IOG desarrolla un envoltorio ZK para la verificación de pruebas de RISC Zero y SP1 en Cardano

Input Output Research está desarrollando un envoltorio de conocimiento cero diseñado para conectar aplicaciones de Cardano con RISC Zero, SP1 y otros sistemas que generan pruebas Groth16 sobre la curva elíptica BN254.

El prototipo aborda una brecha de compatibilidad criptográfica que actualmente impide que los contratos inteligentes de Cardano verifiquen de forma eficiente muchas pruebas producidas por herramientas ZK consolidadas. El trabajo sigue en la fase de viabilidad técnica, con componentes seleccionados que se están preparando para una posible implementación de ingeniería a comienzos de 2027.

El envoltorio Groth16 convierte pruebas sobre BN254 para Cardano

Una gran parte de la infraestructura de conocimiento cero en blockchain utiliza pruebas Groth16 sobre BN254. La compatibilidad de Ethereum con esa curva animó a que frameworks de desarrollo, aplicaciones y máquinas virtuales ZK adoptaran el mismo estándar criptográfico.

Cardano, en cambio, admite operaciones BLS12-381. Aunque Groth16 puede usarse con ambas curvas, una prueba creada sobre BN254 no puede verificarse de forma eficiente en Cardano sin nuevas funciones de protocolo o aritmética computacionalmente costosa dentro de un contrato inteligente de Plutus.

El prototipo introduce una capa de envoltorio recursivo entre ambos entornos. Recibe una prueba Groth16 válida sobre BN254 y genera una segunda prueba sobre BLS12-381, lo que permite a Cardano verificar el resultado utilizando operaciones criptográficas ya admitidas por la red.

La conversión no requiere que los usuarios confíen en la parte que la realiza. La prueba externa confirma que existe una prueba original válida para la clave de verificación y las entradas públicas especificadas. Cardano comprueba esa afirmación sin repetir el cómputo detrás del resultado original.

El conjunto de herramientas actual es compatible con RISC Zero y SP1, dos máquinas virtuales de conocimiento cero que permiten a los desarrolladores ejecutar programas de propósito general y generar pruebas compactas de que esos programas se ejecutaron correctamente.

Complementos específicos de origen convierten sus salidas a un formato común. Luego, el motor de envoltorio reproduce la afirmación sobre BLS12-381 y genera el código del verificador que puede integrarse en una aplicación de Cardano.

Input Output Research probó Groth16 y Plonk como sistemas de prueba externos. Groth16 completó el proceso de envoltorio más rápido y produjo pruebas más pequeñas, pero requiere una configuración confiable para el circuito del envoltorio. Plonk evita una configuración específica del circuito aunque exige sustancialmente más tiempo de prueba fuera de cadena.

Ambos enfoques produjeron pruebas finales capaces de ajustarse al presupuesto de verificación en cadena de Cardano. Por lo tanto, la principal compensación se sitúa en la generación de pruebas y los requisitos de configuración, más que en la verificación final a través de Plutus.

RISC Zero y SP1 podrían admitir verificación entre cadenas

La compatibilidad con RISC Zero y SP1 permitiría a los desarrolladores de Cardano utilizar programas y bibliotecas ZK existentes sin reconstruir cada cómputo para el entorno criptográfico de Cardano.

Un ejemplo incluido en la investigación prueba el saldo ERC-20 de una cuenta de Ethereum. RISC Zero ejecuta la lógica de Ethereum requerida, extrae el saldo del estado comprometido de la red y genera una prueba. Luego, el envoltorio convierte esa salida en una forma que un validador de Cardano puede verificar.

La misma arquitectura podría usarse para confirmar estados seleccionados de Ethereum o Bitcoin, verificar la ejecución de programas externos o aportar evidencia criptográfica de que un cómputo ocurrió fuera de Cardano.

El taller también analizó una posible implementación de Helios basada en SP1, un cliente ligero de Ethereum. Dicho sistema podría demostrar la ejecución del consenso de Ethereum dentro de un entorno de conocimiento cero y enviar un resultado compacto para su verificación por una aplicación de Cardano.

Estas capacidades podrían dar soporte a clientes ligeros, puentes, rollups y protocolos entre cadenas que dependen de información fiable de otra blockchain. El envoltorio no transfiere activos ni opera como un puente por sí mismo. Proporciona una capa de verificación que otras aplicaciones podrían integrar en su propia arquitectura.

El enfoque también podría reducir trabajo de desarrollo duplicado. En lugar de implementar cada cómputo como un circuito ZK nativo de Cardano, los equipos podrían utilizar software compatible de los ecosistemas de RISC Zero o SP1 y traducir la prueba final antes de la verificación en cadena.

El conjunto de herramientas sigue siendo un prototipo para experimentación. Sus ejemplos abarcan la generación de pruebas, el envoltorio recursivo y la creación del verificador correspondiente en Cardano, mientras que el despliegue en producción aún requeriría trabajo de ingeniería, revisión de seguridad y una decisión final sobre el sistema de prueba externo.

Plonky3 y Halo2 definen el trabajo de verificación restante

El taller también presentó un estudio de viabilidad para verificar pruebas de Plonky3 a través de contratos inteligentes de Cardano.

Plonky3 es un framework modular para sistemas de prueba basados en STARK. Se apoya principalmente en funciones hash y aritmética de campos finitos en lugar de las operaciones de curvas elípticas utilizadas por muchos sistemas SNARK, lo que lo hace relevante para la investigación poscuántica de Cardano.

Una aplicación propuesta es la agregación de firmas poscuánticas. Estas firmas pueden requerir decenas de kilobytes cada una, mientras que una prueba ZK podría combinar múltiples firmas en un único resultado y reducir la cantidad de datos que deben almacenarse o verificarse en cadena.

Otro posible uso concierne a UTXOs heredados tras una futura migración lejos de las firmas de curvas elípticas actuales. Un titular podría, potencialmente, probar el conocimiento de la semilla vinculada a una dirección sin revelar públicamente dicha semilla.

El estudio de viabilidad determinó que la verificación directa de Plonky3 aún supera los límites de una sola transacción de Cardano. Una prueba de test optimizada midió aproximadamente 186 kilobytes y requirió alrededor de 220 millones de unidades de memoria y 75 mil millones de unidades de CPU.

Dado que las pruebas de consulta individuales pueden comprobarse por separado, los investigadores estimaron que el proceso completo podría dividirse en aproximadamente 23 transacciones. La ejecución en Hydra y un modelo de verificación optimista, en el que la prueba completa solo se comprueba tras un desafío, también se discutieron como posibles alternativas.

Un estimador de costos separado para Halo2 aborda una etapa más temprana del proceso de desarrollo. La herramienta calcula el tamaño esperado de la prueba, el tamaño de la clave de verificación y las operaciones criptográficas necesarias para verificar un circuito propuesto en Cardano.

Los desarrolladores pueden modelar un circuito o probar componentes como SHA-256 antes de completar la aplicación completa. Las estimaciones permiten a los equipos identificar componentes costosos y ajustar el diseño antes de construir el probador y el validador de Cardano.

El envoltorio Groth16 es actualmente la vía más directa desde el programa de investigación hasta el uso práctico por parte de desarrolladores. Si avanza hacia una implementación de ingeniería, las aplicaciones de Cardano podrían verificar salidas de ecosistemas de zkVM consolidados sin esperar a que cada sistema externo introduzca compatibilidad nativa con BLS12-381. Plonky3 requeriría una arquitectura diferente, con la verificación dividida entre transacciones, movida a Hydra o activada mediante un diseño basado en desafíos.