Ethereum 3.0: проект Beam Chain

Нещодавно завершена конференція Devcon 2024 привернула широку увагу екосистеми Ethereum. На заході кілька проєктів представили свої останні досягнення, що викликало жваве обговорення у світовій спільноті Web3.

Серед найбільш помітних є план оновлення "Ethereum 3.0", запропонований дослідником Фонду Ethereum Джастіном Дрейком, а саме пропозиція Beam Chain. Основна ідея цієї пропозиції полягає у використанні технології нульових знань для зменшення обчислювального та комунікаційного навантаження на валідаторів, що, в свою чергу, знижує бар'єри для того, щоб стати валідатором. Це допоможе залучити більше валідаторів до мережі, підвищити безпеку, зменшити надмірні обчислення та підвищити загальну ефективність. Дрейк також сподівається скористатися цією можливістю для вирішення технічного боргу в Beacon Chain і підготовки до майбутніх потреб у квантовій безпеці.

Ця пропозиція співпадає з ідеєю про Snark-ізацію Ethereum у дорожній карті The Verge, яку раніше запропонував Віталік. Віталік зазначав, що модифікація рівня консенсусу є викликом, що вимагає постійної оптимізації. Пропозицію Beam Chain можна розглядати як відповідь на цей виклик.

Beam Chain головним чином зосереджується на перетворенні шару консенсусу. Конкретніше, досить просто скомпонувати функцію перетворення стану Snark, що є перевагою технології нульового знання. Функції перетворення стану шару консенсусу включають три частини: per-slot, per-block та per-epoch, що охоплює виконання алгоритму консенсусу, пропозицію блоків, перевірку результатів виконавчого шару, перевірку кореня дерева Меркла, перевірку/агрегацію підписів консенсусу, обчислення хешу, а також операції зі ставками та викупом.

Варто зазначити, що Ethereum, просуваючи Snark-ізацію рівня консенсусу, все ще ставить децентралізацію та різноманітність на перше місце. Тому не буде примусової вимоги використовувати певні алгоритми та протоколи нульового знання, а пропонуватимуться варіанти вибору для ініціаторів.

Основна складність реалізації концепції Beam Chain полягає в тому, як стиснути час доказу, який зараз займає десятки, а то й більше ста секунд, до секундного рівня. Джастін на ZK Workshop II у вересні цього року запропонував рішення з використанням методів прискорення ASIC, рекомендувавши виконувати весь процес від генерації доказів до доказу в віртуальній машині нульового знання на чіпі, що обіцяє в найближчі кілька років збільшити час генерації доказів більш ніж у десять разів.

Багато установ і команд працюють над підвищенням продуктивності та застосування технології нульових знань. Вони використовують апаратні платформи, такі як GPU, FPGA, ASIC, для прискорення ZK-доказів, що включає різні ZK-системи, такі як Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 та Plonky2. Деякі ключові оператори вже досягли прискорення понад сто разів.

У напрямку AI+ZK деякі команди досягли значного прогресу в перевірці обчислень великих моделей. Завдяки самостійно розробленим технологіям, таким як матричне множення Folding, спільна оптимізація GPU+CPU для протоколу Sumcheck та ефективна реалізація еліптичних кривих, час генерації першого токена zkLLM було скорочено з 4 годин до приблизно 18 хвилин.

Крім того, для протидії потенційним загрозам з боку квантових комп'ютерів деякі команди модифікували бібліотеки криптографії, що підтримують кілька алгоритмів постквантового стандарту NIST на базі OpenSSL. Завдяки оптимізації процесу консенсусу та низькозатратному зчитуванню пам'яті, TPS квантовостійкого блокчейну може досягати приблизно 50% від оригінальної мережі.

Ці технологічні дослідження вже були застосовані в деяких рішеннях з апаратного та програмного прискорення, таких як Power Zebra, оптимізований для операторів, що часто використовуються в нульових доказах. Це рішення забезпечило значне підвищення продуктивності в кількох ключових компонентах.

Протягом тривалого часу спільнота Ethereum в основному зосереджувалася на оптимізації виконувального рівня, такій як підвищення BlockGasLimit і розвиток L2. А Snark-ування виконувального рівня вже в основному завершено через L2 в "Rollup Centric" дорожній карті. Пропозиція Beam Chain відкрила нову главу Snark-ування рівня консенсусу, що обіцяє спонукати до більшої кількості інноваційних ідей.

Можна передбачити, що з розвитком Snark на рівні консенсусу та виконання, план Snark для Ethereum буде поступово завершено, що призведе до значних проривів у його масштабованості та децентралізації. Віртуальна машина на основі технології нульових знань відіграватиме ключову роль в екосистемі Ethereum. Завдяки впровадженню SNARK-доказів та постквантової криптографії, у поєднанні з нижчими вимогами до застави та швидшими часами підтвердження блоків, Beam Chain має потенціал забезпечити Ethereum сильнішою децентралізацією та вищою продуктивністю.