Ethereum 3.0: Rencana Beam Chain

Konferensi Devcon 2024 yang baru saja berakhir menarik perhatian luas dari ekosistem Ethereum. Di acara tersebut, beberapa proyek mengumumkan perkembangan terbaru, memicu diskusi hangat di kalangan komunitas Web3 global.

Yang paling menarik perhatian adalah rencana peningkatan "Ethereum 3.0" yang diajukan oleh peneliti dari Ethereum Foundation, Justin Drake, yaitu proposal Beam Chain. Inti dari proposal ini adalah memanfaatkan teknologi zero-knowledge proof untuk mengurangi beban komputasi dan komunikasi validator, sehingga menurunkan ambang batas untuk menjadi validator. Ini akan membantu menarik lebih banyak validator untuk bergabung dengan jaringan, meningkatkan keamanan, mengurangi perhitungan redundan, dan meningkatkan efisiensi secara keseluruhan. Drake juga berharap dapat memanfaatkan kesempatan ini untuk menyelesaikan utang teknis di Beacon Chain dan mempersiapkan kebutuhan keamanan pasca kuantum di masa depan.

Usulan ini sejalan dengan gagasan tentang Snarkisasi Ethereum dalam peta jalan The Verge yang sebelumnya diajukan oleh Vitalik. Vitalik telah menunjukkan bahwa mengubah lapisan konsensus adalah tantangan yang memerlukan optimasi terus-menerus. Usulan Beam Chain dapat dianggap sebagai respons terhadap tantangan ini.

Beam Chain terutama berfokus pada transformasi lapisan konsensus. Secara spesifik, cukup dengan menjadikan fungsi transisi status Snark, yang merupakan keunggulan teknologi bukti nol-pengetahuan. Fungsi transisi status lapisan konsensus terdiri dari tiga bagian: per-slot, per-block, dan per-epoch, yang mencakup pelaksanaan algoritma konsensus, usulan blok, verifikasi hasil lapisan eksekusi, verifikasi Merkle Tree Root, verifikasi/agregasi tanda tangan konsensus, perhitungan hash, serta operasi staking dan penebusan.

Perlu dicatat bahwa Ethereum, dalam memajukan proses Snarkisasi lapisan konsensus, tetap menjadikan desentralisasi dan keragaman sebagai tujuan utama. Oleh karena itu, tidak akan ada kewajiban untuk menggunakan algoritme dan protokol nol-pengetahuan tertentu, melainkan membiarkan para pengusul memilih sendiri.

Inti dari tantangan untuk mewujudkan konsep Beam Chain adalah bagaimana mengompres waktu pembuktian yang saat ini memerlukan puluhan bahkan ratusan detik menjadi tingkat detik. Justin mengusulkan solusi menggunakan metode akselerasi ASIC di ZK Workshop II pada bulan September tahun ini, menyarankan untuk menyelesaikan seluruh proses dari pembuatan bukti hingga pembuktian menggunakan mesin virtual bukti nol di chip, dan diharapkan dapat meningkatkan waktu pembuatan bukti lebih dari sepuluh kali lipat dalam beberapa tahun ke depan.

Beberapa lembaga dan tim sedang berupaya untuk meningkatkan kinerja dan aplikasi teknologi bukti nol pengetahuan. Mereka memanfaatkan platform perangkat keras seperti GPU, FPGA, dan ASIC untuk mempercepat bukti ZK, yang mencakup berbagai sistem ZK seperti Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2, dan Plonky2. Beberapa operator inti telah mencapai percepatan lebih dari seratus kali.

Dalam arah AI+ZK, beberapa tim telah mencapai kemajuan signifikan dalam komputasi yang dapat diverifikasi oleh model besar. Melalui teknologi seperti pengoptimalan kolaboratif GPU+CPU dari matriks perkalian Folding yang dirancang secara mandiri, protokol Sumcheck, dan implementasi efisien kurva elips, waktu generasi token pertama zkLLM telah dipersingkat dari 4 jam menjadi sekitar 18 menit.

Selain itu, untuk mengatasi potensi ancaman dari komputer kuantum, beberapa tim telah memodifikasi pustaka kripto yang mendukung algoritma pasca-kuantum NIST standar dengan basis OpenSSL. Dengan mengoptimalkan proses konsensus dan pembacaan memori latensi rendah, TPS blockchain anti-kuantum dapat mencapai sekitar 50% dari rantai asli.

Eksplorasi teknologi ini telah diterapkan dalam beberapa solusi percepatan perangkat keras dan perangkat lunak, seperti Power Zebra yang mengoptimalkan operator yang umum digunakan untuk pembuktian tanpa pengetahuan. Solusi ini mencapai peningkatan kinerja yang signifikan pada beberapa komponen kunci.

Selama ini, komunitas Ethereum terutama fokus pada optimasi lapisan eksekusi, seperti meningkatkan BlockGasLimit dan mengembangkan L2. Sementara itu, Snarkifikasi lapisan eksekusi telah hampir selesai melalui L2 dalam peta jalan "Rollup Centric". Usulan Beam Chain membuka babak baru dalam Snarkifikasi lapisan konsensus, yang diharapkan dapat memicu lebih banyak ide inovatif.

Dapat diperkirakan, seiring dengan Snarkisasi lapisan konsensus dan lapisan eksekusi, cetak biru Snarkisasi Ethereum akan secara bertahap diselesaikan, membawa terobosan signifikan untuk skalabilitas dan desentralisasi. Mesin virtual yang berbasis teknologi bukti nol pengetahuan akan memainkan peran kunci dalam ekosistem Ethereum. Dengan memperkenalkan bukti SNARK dan kriptografi pasca kuantum, dikombinasikan dengan ambang taruhan yang lebih rendah dan waktu konfirmasi blok yang lebih cepat, Beam Chain diharapkan dapat membawa desentralisasi yang lebih kuat dan kinerja yang lebih tinggi untuk Ethereum.