Ethereum можливе майбутнє: The Surge

Дорога Ethereum спочатку мала дві стратегії масштабування: шардінг та протоколи Layer2. З поглибленням досліджень ці два шляхи злилися, утворивши дорожню карту, орієнтовану на Rollup, яка залишається поточною стратегією розширення Ethereum.

Дорожня карта, зосереджена на Rollup, пропонує простий розподіл праці: Ethereum L1 зосереджується на тому, щоб стати потужним і децентралізованим базовим рівнем, а L2 бере на себе завдання допомагати екосистемі розширюватися. Ця модель дуже поширена в суспільстві: існування судової системи (L1) не є метою досягнення ефективності, а для захисту контрактів і прав власності, в той час як підприємці (L2) будують на цій надійній основі, сприяючи розвитку людства.

Цього року важливі досягнення були зроблені в дорожній карті, зосередженій на Rollup: запуск EIP-4844 blobs значно збільшив пропускну здатність даних Ethereum L1, кілька EVM Rollup увійшли в першу фазу. Кожен L2 існує як "фрагмент" з власними правилами та логікою, різноманітність реалізації фрагментів тепер стала реальністю. Але цей шлях також стикається з деякими унікальними викликами. Наша теперішня задача полягає в завершенні дорожньої карти, зосередженої на Rollup, вирішуючи ці проблеми, водночас зберігаючи притаманну Ethereum L1 надійність і децентралізацію.

! Віталік Новини: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

The Surge: ключова мета

1. У майбутньому Ethereum може досягти понад 100000 TPS через L2;
2. Зберігайте децентралізацію та надійність L1;
3. Принаймні деякі L2 повністю успадковують основні властивості Ethereum ( без довіри, відкритості, антицензури );
4. Ethereum повинен відчуватися як єдина екосистема, а не 34 різні блокчейни.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Парадокс трикутника масштабованості

Трикутний парадокс масштабованості стверджує, що між трьома характеристиками блокчейну: децентралізацією, масштабованістю та безпекою існує суперечність. Це не теорема, а швидше евристичний погляд. Протягом багатьох років деякі високопродуктивні блокчейни заявляли, що вирішили трійний парадокс, але це зазвичай є оманливим.

Однак поєднання вибірки доступності даних з SNARKs дійсно вирішує трикутний парадокс: це дозволяє клієнтам перевіряти, що певна кількість даних доступна, і що певна кількість обчислювальних кроків виконана правильно, завантажуючи лише невелику кількість даних і виконуючи дуже мало обчислень.

Іншим способом вирішення трьох складностей є архітектура Plasma, яка в інтересах стимулювання покладає відповідальність за перевірку доступності даних на користувачів. З поширенням SNARKs архітектура Plasma стає більш доцільною для більш широких сценаріїв використання.

! Віталік Новини: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Подальший прогрес у вибірці доступності даних

Ми вирішуємо яку проблему?

Після оновлення Dencun, яке відбудеться 13 березня 2024 року, в Ethereum кожні 12 секунд буде 3 слоти по 125 кБ блобів, або доступна пропускна здатність даних приблизно 375 кБ на слот. Припустимо, що дані транзакцій публікуються безпосередньо в ланцюгу, переказ ERC20 становить приблизно 180 байтів, отже, максимальна TPS Rollup в Ethereum буде 173,6 TPS.

Додавши calldata Ethereum, це становитиме 607 TPS. Використовуючи PeerDAS, кількість blob може збільшитися до 8-16, що забезпечить 463-926 TPS для calldata.

Це суттєве покращення для Ethereum L1, але цього недостатньо. Наша середньострокова мета - 16 МБ для кожного слота, якщо поєднати з покращеннями стиснення даних Rollup, це забезпечить ~58000 TPS.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Що це? Як це працює?

PeerDAS є відносно простим реалізацією "1D sampling". В Ethereum кожен blob є 4096-им поліномом у полі простих чисел з 253 біти. Ми транслюємо частки полінома, де кожна частка містить 16 оцінок з сусідніх 16 координат з загалом 8192 координат. З цих 8192 оцінок будь-які 4096 можуть відновити blob.

Принцип роботи PeerDAS полягає в тому, що кожен клієнт прослуховує невелику кількість підмереж, в яких i-та підмережа транслює i-й зразок будь-якого blob, і запитує у рівні p2p мережі про інших peer, щоб отримати необхідні blob з інших підмереж. Більш консервативна версія SubnetDAS використовує лише механізм підмереж, без додаткових запитів до peer-статі. Поточна пропозиція полягає в тому, щоб учасники, що беруть участь у доказі частки, використовували SubnetDAS, тоді як інші вузли використовували PeerDAS.

Теоретично, ми можемо розширити масштаб "1D sampling" до досить великого розміру: якщо збільшити максимальну кількість blob до 256, то ми зможемо досягти цільового значення 16MB, тоді як для кожного вузла в даних про доступність зразків потрібно лише 1 MB пропускної здатності на кожен слот. Це ледве укладається в наші межі терпимості: це здійсненно, але це означає, що клієнти з обмеженою пропускною здатністю не можуть зразкувати. Ми можемо оптимізувати, зменшуючи кількість blob та збільшуючи їхній розмір, але це збільшить витрати на відновлення.

Отже, ми врешті-решт хочемо зробити ще один крок вперед, провести 2D-інтерполяцію, яка не лише виконує випадкову вибірку всередині blob, але й між blob. Використовуючи лінійні властивості KZG-комітментів, ми розширюємо набір blob у блоці новими віртуальними blob, які надмірно кодують ту ж інформацію.

Вкрай важливо, що розширення обчислювальних зобов'язань не потребує наявності blob, тому ця схема в основі своїй є дружньою до розподіленого побудови блоків. Вузли, які фактично будують блоки, повинні лише мати blob KZG зобов'язання, і вони можуть покладатися на вибіркову доступність даних (DAS) для перевірки доступності даних блока. Одновимірна вибіркова доступність даних (1D DAS) в основному також є дружньою до розподіленого будівництва блоків.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Що ще потрібно зробити? Які є компроміси?

Наступним етапом є завершення впровадження та запуску PeerDAS. Після цього потрібно постійно збільшувати кількість blob на PeerDAS, уважно спостерігаючи за мережею та вдосконалюючи програмне забезпечення для забезпечення безпеки, це поступовий процес. Водночас, ми сподіваємось на більше академічних досліджень для стандартизації PeerDAS та інших версій DAS, а також їх взаємодії з проблемами безпеки, такими як правила вибору форків.

На більш віддаленій стадії в майбутньому нам потрібно буде зробити більше роботи для визначення ідеальної версії 2D DAS та підтвердження її безпекових властивостей. Ми також сподіваємось, що зможемо остаточно перейти від KZG до альтернативи, яка є квантово-безпечною та не вимагає надійної установки. Наразі нам не зовсім зрозуміло, які кандидати доброзичливі до розподіленого блокового будівництва.

Я вважаю, що довгостроковий реальний шлях це:

1. Реалізація ідеального 2D DAS;
2. Наполягайте на використанні 1D DAS, жертвуючи ефективністю смуги пропускання для простоти та надійності, приймаючи нижчий верхній межу даних.
3. Відмовитися від DA та повністю прийняти Plasma як нашу основну архітектуру Layer2.

Будь ласка, зверніть увагу, що навіть якщо ми вирішимо безпосередньо розширити виконання на рівні L1, ця можливість все ще існує. Це пов'язано з тим, що якщо рівень L1 має обробляти велику кількість TPS, блоки L1 стануть дуже великими, і клієнти захочуть мати ефективний спосіб перевірки їхньої правильності, тому ми будемо вимушені використовувати на рівні L1 ті ж технології, що й у Rollup(, такі як ZK-EVM та DAS).

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Як взаємодіяти з іншими частинами дорожньої карти?

Якщо реалізувати стиснення даних, потреба в 2D DAS зменшиться, або, принаймні, затримується; якщо Plasma буде широко використовуватися, то потреба ще більше зменшиться. DAS також ставить виклики для розподілених протоколів побудови блоків і механізмів: хоча DAS теоретично дружній до розподіленого відновлення, на практиці це потребує поєднання з пропозицією списку включення пакетів та механізмом вибору розгалужень навколо нього.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Стиснення даних

Ми вирішуємо яку проблему?

Кожна транзакція в Rollup займає велику кількість простору даних в ланцюзі: передача ERC20 потребує близько 180 байтів. Навіть за ідеальної доступності даних, це обмежує масштабованість Layer-протоколів. Кожен слот 16 МБ, ми отримуємо:

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

Якщо ми зможемо вирішити не тільки проблеми з чисельником, але й проблеми з знаменником, і зробити так, щоб кожна транзакція в Rollup займала на ланцюзі менше байтів, що тоді буде?

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Що це таке і як це працює?

У процесі стиснення нульових байтів ми замінюємо кожну довгу послідовність нульових байтів на два байти, які вказують, скільки нульових байтів. Далі ми використали специфічні властивості транзакцій:

Агрегація підписів: ми перейшли від підписів ECDSA до підписів BLS. Особливістю підписів BLS є те, що кілька підписів можуть бути об'єднані в один єдиний підпис, який може підтвердити дійсність усіх оригінальних підписів. На рівні L1, навіть при агрегації, обчислювальні витрати на верифікацію все ще високі, тому використання підписів BLS не розглядається. Але в умовах L2, де дані є дефіцитом, використання підписів BLS є доцільним. Агрегаційна функція ERC-4337 забезпечує шлях для реалізації цієї функції.

Замініть адреси на вказівники: якщо ви раніше використовували певну адресу, ми можемо замінити 20-байтову адресу на 4-байтовий вказівник, що вказує на певне місце в історії.

Кастомна серіалізація значення транзакції: більшість значень транзакцій мають невелику кількість розрядів, наприклад, 0,25 ETH представляється як 250 000 000 000 000 000 wei. Максимальна базова комісія та пріоритетна комісія також подібні. Тому ми можемо використовувати власний формат десятичного дробу для представлення більшості валютних значень.

! Віталік Новини: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

що ще потрібно зробити, які є компроміси?

Далі основне, що потрібно зробити, це фактична реалізація вищезазначеного плану. Основні компроміси включають:

1. Перехід на підпис BLS вимагатиме великих зусиль і знизить сумісність з надійними апаратними чіпами, які можуть підвищити безпеку. Можна використовувати пакети ZK-SNARK з іншими схемами підпису як альтернативу.

2. Динамічне стиснення ( Наприклад, заміна адрес ) на вказівники ускладнить код клієнта.

3. Публікація різниці в стані в ланцюг замість транзакції зменшить можливість аудиту і зробить багато програм (, таких як блокчейн-оглядачі ), неспроможними.

! Віталік Новини: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Як взаємодіяти з іншими частинами дорожньої карти?

Використання ERC-4337 та в кінцевому підсумку інтеграція частини його змісту в L2 EVM може значно прискорити розгортання агрегувальних технологій. Розміщення частини змісту ERC-4337 на L1 може пришвидшити його розгортання на L2.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Узагальнений Плазма

Ми вирішуємо яку проблему?

Навіть використовуючи blob обсягом 16 МБ та стиснення даних, 58 000 TPS може бути недостатньо, щоб повністю задовольнити потреби споживчих платежів, децентралізованих соціальних мереж або інших високошвидкісних сфер, особливо коли ми починаємо враховувати фактори конфіденційності, що може знизити масштабованість у 3-8 разів. Для сценаріїв з високим обсягом транзакцій і низькою вартістю наразі