StarkNet
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Autor - Kairos - Mar '25
Ethereum es la principal red de contratos inteligentes y DApps en el ecosistema blockchain. Sin embargo, su creciente adopción ha expuesto sus limitaciones: altos costos de transacción y velocidad limitada, estas restricciones impiden que muchas aplicaciones sean viables en su red principal.
Para abordar este problema, han surgido diversas soluciones de escalabilidad, cada una con un enfoque distinto. Entre ellas, los Validity Rollups representan una opción segura y capaz de hacer que la eficiencia llegue hasta las aplicaciones.
En este artículo, profundizaremos en Starknet, una solución que busca escalar Ethereum de una manera innovadora por medio de los Validity proofs, ofreciendo una infraestructura que permite procesar transacciones de forma más rápida y económica sin comprometer la seguridad de la red.
Desde 2018, Starkware, un equipo israelí especializado en escalabilidad y criptografía de Zero Knowledge, ha desarrollado tecnologías para mejorar la eficiencia de Ethereum. Entre sus principales innovaciones destaca StarkEx, una solución de escalabilidad privada diseñada para empresas y protocolos. StarkEx optimiza el procesamiento de transacciones, reduce costos y aumenta la velocidad sin comprometer la seguridad. Proyectos como dYdX, Immutable, Rhino.fi y Reddio ya han integrado StarkEx dentro del ecosistema StarkEx.
Además, Starkware ha desarrollado Starknet, una Layer 2 (L2) pública, descentralizada y permissionless. Esta red utiliza Validity Proofs y pruebas zk-STARKs para procesar miles de transacciones off-chain antes de consolidarlas en Ethereum, lo que garantiza escalabilidad sin sacrificar seguridad. A diferencia de StarkEx, Starknet permite a cualquier desarrollador desplegar aplicaciones sin restricciones, utilizando Cairo, su lenguaje de programación nativo.
Starknet es un sistema que coordina distintos componentes para procesar, verificar y publicar transacciones en Ethereum de manera eficiente. Su arquitectura está compuesta por tres elementos principales que trabajan en conjunto para garantizar la seguridad y escalabilidad:
Sequencer: Recibe las transacciones, las ordena y las ejecuta en la red L2. Funciona de manera similar a los validadores en Ethereum, pero su rol se centra en organizar y procesar transacciones en lotes. Una vez ejecutadas, las agrupa en bloques y las marca como ACCEPTED_ON_L2.
Prover: Valida criptográficamente la ejecución de los bloques generados por el Sequencer. Utiliza Cairo-VM para generar un Execution Trace, que documenta cada paso de la ejecución, y un State Diff, que resume los cambios en el estado de la red. Con esta información, crea una STARK Proof, una prueba matemática que certifica la validez del bloque sin necesidad de volver a ejecutar las transacciones.
Ethereum (L1): Actúa como la capa de liquidación. Un contrato inteligente recibe la STARK Proof y la verifica. Si la prueba es válida, el estado de Starknet en Ethereum se actualiza y las transacciones quedan confirmadas de manera definitiva.
La información del estado de Starknet se mantiene utilizando Merkle Trees, lo que permite estructurar de manera eficiente los datos de la red, permitiendo a Starknet procesar un gran volumen de transacciones fuera de la cadena principal, reduciendo costos sin comprometer la seguridad de Ethereum.
Starknet funciona como un Validity Rollup, una solución de escalado basada en las Validity Proofs, un mecanismo criptográfico que garantiza la validez de todas las transacciones antes de enviarlas a la red principal. A diferencia de otros enfoques, como los Optimistic Rollups, que asumen la validez de las transacciones y requieren un período de disputa, las Validity Proofs demuestran matemáticamente su corrección, eliminando la necesidad de verificaciones externas y permitiendo retiros instantáneos.
Las Validity Proofs son generadas por sistemas de verificación como los zk-SNARKs y zk-STARKs. Starknet adopta STARKs (Scalable Transparent Arguments of Knowledge) por su mayor transparencia, seguridad y eficiencia en costos. Cuando un conjunto de transacciones se procesa en Starknet, el Prover se encarga de generar una prueba de validez en varias etapas:
Ejecución y generación del Execution Trace:
Se ejecutan las transacciones y se documenta matemáticamente cada paso del proceso. Este registro permite reconstruir la ejecución sin necesidad de volver a procesarla, asegurando que cada operación pueda ser validada con precisión.
Cálculo del State Diff
Se determina cómo cambió el estado de la red tras la ejecución del bloque, incluyendo modificaciones en cuentas, contratos inteligentes y cualquier actualización relevante dentro de Starknet.
Conversión de datos a estructura algebraica
El Prover transforma el Execution Trace y el State Diff en una estructura matemática que facilita la verificación criptográfica. Se aplican técnicas como blowup and mixing para impedir que cualquier alteración pase desapercibida.
Generación y verificación de la prueba STARK
Se genera una prueba STARK compacta que certifica la corrección de las transacciones. Esta prueba es enviada a un contrato inteligente en Ethereum, que la verifica sin necesidad de reejecutar cada transacción individualmente. Si la prueba es válida, el estado de Starknet en Layer 1 (L1) se actualiza, asegurando la inmutabilidad y finalización de las transacciones.
Las principales ventajas de los Validity Rollups con pruebas STARK incluyen:
Mayor seguridad: No requieren una configuración de confianza (trusted setup), eliminando riesgos inherentes a los SNARKs.
Resistencia a ataques cuánticos: Su diseño criptográfico no depende de funciones vulnerables a la computación cuántica.
Eficiencia computacional: Ethereum puede validar grandes volúmenes de transacciones con una sola prueba compacta, reduciendo el costo y la carga de procesamiento.
Aunque también existen desafíos. La falta de compatibilidad con la Ethereum Virtual Machine (EVM) implica que los contratos inteligentes diseñados para Ethereum deben adaptarse a nuevos entornos de ejecución, como Cairo, el lenguaje nativo de Starknet. Esto puede representar una barrera para desarrolladores acostumbrados a Solidity.
Para optimizar la generación de pruebas STARK, Starknet no utiliza la Ethereum Virtual Machine (EVM), sino que emplea su propio entorno de ejecución: Cairo-VM.
La EVM presenta limitaciones cuando se combina con pruebas de validez. Su modelo de ejecución es stack-based, lo que dificulta la eficiencia de las pruebas criptográficas. Además, depende de estructuras de almacenamiento como Keccak y Merkle Patricia Trees, que no están optimizadas para sistemas basados en pruebas de validez y aumentan significativamente la carga computacional.
Según la clasificación de Vitalik Buterin, Starknet se encuentra en el nivel 4 dentro del espectro de compatibilidad de las zkEVMs. Esto significa que no es compatible de forma nativa con las aplicaciones de Ethereum.
CairoVM ha sido diseñado específicamente para optimizar la generación de pruebas STARK. Sus principales ventajas incluyen:
Representación algebraica eficiente: Cada instrucción en Cairo está diseñada para facilitar su conversión en una prueba matemática verificable.
Lenguaje de programación propio: Cairo introduce Cairo-lang, un lenguaje inspirado en Rust, optimizado para la generación de pruebas STARK.
Nota: Cairo no es compatible con Solidity y el ecosistema tradicional de Ethereum, aunque existen soluciones como Kakarot zkEVM que permiten la compatibilidad de estos lenguajes.
Starknet se encuentra en una etapa de transformación profunda, con el objetivo de consolidarse como la capa de ejecución unificada para Ethereum y Bitcoin. Esta visión lo posiciona como el primer Layer 2 capaz de liquidar transacciones de manera nativa en ambas cadenas, abriendo paso a una nueva era de interoperabilidad y escalabilidad.
El proceso de descentralización de Starknet avanza en tres frentes: staking, operación y consenso.
Staking: Desde noviembre de 2024, más de 170 millones de STRK han sido delegados, fortaleciendo la seguridad económica de la red. Durante 2025, este sistema evolucionará en cuatro fases hasta que la validación de bloques dependa exclusivamente de los validadores, consolidando un modelo Proof-of-Stake más robusto.
Operación de la Red: Starknet reemplazará su sequencer centralizado por un modelo más abierto, integrando el Apollo Sequencer junto con los sequencers Madara y Katana. Para finales de 2025, la producción de bloques involucrará múltiples actores y un mecanismo de consenso donde los validadores votarán en cada bloque antes de su confirmación, reduciendo la dependencia de un operador único.
Gobernanza: El Starknet Security Council jugará un papel clave en la supervisión de actualizaciones críticas en L1 y L2, gestionando la emisión de STRK y garantizando la resistencia a la censura. A medida que el ecosistema crece, la descentralización de este mecanismo seguirá siendo una prioridad.
En marzo de 2025, Starknet anunció su expansión hacia Bitcoin como segundo layer de liquidación, proponiéndose como la primera red de ejecución que unifica las dos blockchains más importantes del ecosistema. Esta integración busca escalar Bitcoin de forma trustless y segura, habilitando nuevas funcionalidades como contratos inteligentes, DeFi y pagos instantáneos con costos mínimos.
Entre los avances más importantes destacan:
Xverse Integration: La wallet líder de Bitcoin integrará Starknet, permitiendo a los usuarios utilizar BTC directamente en DApps del ecosistema.
BTCFi Season: Un programa de incentivos para que los usuarios de Bitcoin participen en finanzas descentralizadas a través de Starknet.
Strategic Bitcoin Reserve (SBR): StarkWare ha adoptado un estándar Bitcoin en su tesorería, reforzando su compromiso con la red.
Lightning Payments con STRK: Mediante la app Braavos, los usuarios ya pueden hacer pagos instantáneos usando STRK vía Lightning Network.
Starknet también trabaja en puentes trustless desde Bitcoin, explorando tres rutas posibles:
Un modelo federado con multisig.
Integración de BitVM para puentes con lógica verificable.
Y en el futuro, una conexión nativa mediante la propuesta OP_CAT, que habilitaría contratos inteligentes directamente sobre Bitcoin.
En el frente técnico, Starknet continúa optimizando su rendimiento:
La versión v0.13.4 introducirá stateful compression, un nuevo sistema de gas y mejoras en ejecución nativa.
Starknet representa un salto innovador en la escalabilidad de Ethereum, aprovechando las pruebas de validez y zk-STARKs para reducir costos y aumentar la eficiencia sin comprometer la seguridad. A diferencia de otras soluciones de escalabilidad, su enfoque en un Layer 2 descentralizado y permissionless ofrece un ecosistema donde cualquier desarrollador puede construir aplicaciones sin limitaciones.
A medida que evoluciona, Starknet avanza en su proceso de descentralización, reemplazando su sequencer centralizado, estableciendo un sistema de staking basado en Proof-of-Stake y fortaleciendo su gobernanza a través del Starknet Security Council. Con la llegada de nuevas versiones, la implementación de Stwo y la optimización del sistema de tarifas, se espera que Starknet se convierta en una de las soluciones más eficientes y seguras para escalar Ethereum.
