Ethereum 3.0: Пропозиція Beam Chain веде до інновацій у консенсусному шарі zk-SNARKs

Нещодавно проведена конференція 2024 Devcon привернула широку увагу екосистеми Ethereum. На заході дослідник Фонду Ethereum Джастін Дрейк представив пропозицію щодо оновлення рівня консенсусу, відому як "Ethereum 3.0" — Beam Chain. Ця пропозиція має на меті знизити обчислювальні та комунікаційні витрати для валідаторів за допомогою технології zk-SNARKs, що зменшить бар'єри для участі у якості валідаторів, привернувши більше учасників до мережі, підвищуючи безпеку та оптимізуючи загальну ефективність. Крім того, Дрейк сподівається скористатися цією можливістю для вирішення історичних проблем, що залишилися в Beacon Chain, та підготуватися до можливих загроз з боку квантових обчислень у майбутньому.

Ця пропозиція збігається з ідеєю щодо Snark-ування Ethereum, висунутою співзасновником Ethereum Віталіком Бутеріним у раніше представленій дорожній карті The Verge. Віталік зазначав, що перетворення консенсусного шару є складним завданням, яке потребує постійної оптимізації. Пропозиція Beam Chain може бути розглянута як активна відповідь на це виклик.

Beam Chain основну увагу приділяє трансформації рівня консенсусу. Конкретно, він буде проводити Snark-обробку функцій перетворення стану, що включає функції перетворення стану для кожного часовго слота, кожного блоку та кожного епохи. Цей процес включає виконання алгоритмів консенсусу та логіки стейкінгу, пропозицію блоків, верифікацію результатів виконання, верифікацію кореня дерева Меркла, верифікацію та агрегацію підписів консенсусу, обчислення хешу, а також стейкінг і операції викупу, що стосуються доступу до стану зберігання рахунків. Варто зазначити, що для підтримки децентралізації та різноманітності Ethereum не вимагатиме використання конкретних алгоритмів та протоколів нульового знання, а залишить це на розсуд пропонента.

Основний виклик реалізації концепції Beam Chain полягає в тому, як стиснути час доказу, який наразі потребує десятків, а то й сотень секунд, до секундного рівня. Дрейк у вересні цього року на семінарі запропонував рішення з використанням методів прискорення ASIC, а саме завершення всього процесу від генерації доказів до доказу в віртуальній машині нульових знань на чіпі, з метою підвищити швидкість генерації доказів у десять разів у найближчі кілька років та досягти реального часу доказу.

Декілька дослідницьких груп активно вивчають використання апаратних платформ, таких як GPU, FPGA, ASIC, для прискорення процесу zk-SNARKs. Вони вже досягли значного прогресу в кількох системах zk-SNARKs, де прискорення деяких основних операторів перевищило сотні разів. Ці технологічні досягнення вже були застосовані в деяких рішеннях з апаратно-програмним прискоренням, що суттєво підвищило обчислювальну ефективність.

Окрім оптимізації продуктивності, дослідники також досліджують широке застосування технології zk-SNARKs. У сфері поєднання штучного інтелекту та zk-SNARKs вони за допомогою ряду технічних інновацій значно скоротили час генерування доказу першого токена великої мовної моделі. Крім того, щоб протистояти потенційним загрозам, які виникають через квантові обчислення, дослідники також розробили бібліотеку шифрів, що підтримує кілька стандартів NIST для постквантових алгоритмів, і завдяки оптимізації процесу консенсусу та читання пам'яті, досягли здатності обробки транзакцій квантової блокчейн-системи на рівні приблизно 50% від традиційної.

Пропозиція Beam Chain знаменує собою початок того, що спільнота Ethereum починає звертати увагу на реформування шару консенсусу. Ця ініціатива в поєднанні з оптимізацією виконавчого шару, ймовірно, завершить фінальну частину «Snark» для Ethereum, що значно сприятиме підвищенню його масштабованості та ступеня децентралізації. З просуванням пропозиції віртуальна машина на основі технології нульових знань відіграватиме все більш важливу роль в екосистемі Ethereum. Завдяки впровадженню SNARK-доказів та постквантової криптографії, в поєднанні з нижчими вимогами до стейку та швидшими підтвердженнями блоків, Beam Chain має потенціал надати Ethereum більш сильні характеристики децентралізації та вищу продуктивність.