Ethereum 3.0: Kế hoạch Beam Chain

Hội nghị Devcon 2024 vừa kết thúc gần đây đã thu hút sự chú ý rộng rãi từ hệ sinh thái Ethereum. Tại hội nghị, nhiều dự án đã công bố những tiến triển mới nhất, gây ra những cuộc thảo luận sôi nổi trong cộng đồng Web3 toàn cầu.

Điều nổi bật nhất là kế hoạch nâng cấp "Ethereum 3.0" do nhà nghiên cứu của quỹ Ethereum, Justin Drake, đề xuất, tức là đề xuất Beam Chain. Ý tưởng cốt lõi của đề xuất này là sử dụng công nghệ chứng minh không kiến thức để giảm bớt gánh nặng tính toán và giao tiếp của các xác thực viên, từ đó giảm bớt rào cản để trở thành xác thực viên. Điều này sẽ giúp thu hút nhiều xác thực viên hơn tham gia vào mạng lưới, nâng cao tính bảo mật, giảm thiểu tính toán thừa và cải thiện hiệu quả tổng thể. Drake cũng hy vọng nhân cơ hội này để giải quyết nợ kỹ thuật trong chuỗi Beacon và chuẩn bị cho các yêu cầu an toàn chống lại lượng tử trong tương lai.

Đề xuất này hoàn toàn phù hợp với ý tưởng về việc Snark hóa Ethereum trong lộ trình The Verge mà Vitalik đã đề xuất trước đó. Vitalik đã chỉ ra rằng việc cải cách lớp đồng thuận là một thách thức, cần phải tối ưu hóa liên tục. Đề xuất Beam Chain có thể được xem như một phản ứng đối với thách thức này.

Beam Chain chủ yếu tập trung vào việc cải cách lớp đồng thuận. Cụ thể, chỉ cần biến đổi hàm chuyển trạng thái thành Snark, đây chính là lợi thế của công nghệ chứng minh không biết. Hàm chuyển trạng thái của lớp đồng thuận bao gồm ba phần per-slot, per-block và per-epoch, liên quan đến việc thực hiện thuật toán đồng thuận, đề xuất khối, xác minh kết quả lớp thực thi, xác minh gốc Merkle Tree, xác minh/chữ ký đồng thuận, tính toán băm cũng như các thao tác đặt cọc và rút tiền.

Điều đáng chú ý là Ethereum trong quá trình thúc đẩy việc Snark hóa lớp đồng thuận, vẫn giữ sự phi tập trung và đa dạng là mục tiêu hàng đầu. Do đó, không có yêu cầu bắt buộc phải sử dụng các thuật toán và giao thức zero-knowledge cụ thể, mà cho phép những người đề xuất tự do lựa chọn.

Điểm khó khăn cốt lõi trong việc hiện thực hóa ý tưởng Beam Chain là làm thế nào để rút ngắn thời gian chứng minh hiện tại cần hàng chục thậm chí hàng trăm giây xuống còn cấp độ giây. Justin đã đề xuất giải pháp sử dụng phương pháp tăng tốc ASIC tại ZK Workshop II vào tháng 9 năm nay, gợi ý hoàn thành toàn bộ quy trình từ thế hệ chứng cứ đến chứng minh trên chip của máy ảo chứng minh không kiến thức, với hy vọng trong vài năm tới sẽ nâng cao thời gian tạo chứng minh lên hơn mười lần.

Nhiều tổ chức và đội ngũ đang nỗ lực nâng cao hiệu suất và ứng dụng của công nghệ chứng minh không biết (ZK). Họ sử dụng các nền tảng phần cứng như GPU, FPGA, ASIC để tăng tốc ZK proof, liên quan đến nhiều hệ thống ZK như Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 và Plonky2. Một số toán tử cốt lõi đã đạt được tỷ lệ tăng tốc hơn trăm lần.

Trong hướng AI+ZK, một số đội nhóm đã đạt được tiến bộ đáng kể trong tính toán có thể xác minh của các mô hình lớn. Thông qua các công nghệ như nhân ma trận do tự thiết kế Folding, tối ưu hóa phối hợp GPU+CPU của giao thức Sumcheck, và thực hiện hiệu quả đường cong elip, thời gian tạo token đầu tiên của zkLLM đã được rút ngắn từ 4 giờ xuống còn khoảng 18 phút.

Ngoài ra, để đối phó với mối đe dọa tiềm tàng từ máy tính lượng tử, một số đội đã cải tiến thư viện mã hóa hỗ trợ nhiều thuật toán hậu lượng tử theo tiêu chuẩn NIST dựa trên OpenSSL. Bằng cách tối ưu hóa quy trình đồng thuận và đọc bộ nhớ với độ trễ thấp, TPS của blockchain chống lượng tử có thể đạt khoảng 50% so với chuỗi gốc.

Những khám phá công nghệ này đã được áp dụng trong một số giải pháp tăng tốc phần mềm và phần cứng, như Power Zebra được tối ưu hóa cho các toán tử thường được sử dụng trong bằng chứng không kiến thức. Giải pháp này đã đạt được sự cải thiện đáng kể về hiệu suất trên nhiều thành phần chính.

Trong một thời gian dài, cộng đồng Ethereum chủ yếu tập trung vào việc tối ưu hóa lớp thực thi, như tăng BlockGasLimit và phát triển L2. Việc Snark hóa lớp thực thi đã cơ bản hoàn thành thông qua L2 trong lộ trình "Rollup Centric". Sự ra đời của Beam Chain đã mở ra một chương mới cho việc Snark hóa lớp đồng thuận, hy vọng sẽ khơi dậy nhiều ý tưởng sáng tạo hơn.

Có thể thấy, với việc Snark hóa lớp đồng thuận và lớp thực thi, bản đồ Snark hóa của Ethereum sẽ dần hoàn thành, mang lại những bước đột phá lớn cho khả năng mở rộng và tính phi tập trung của nó. Máy ảo dựa trên công nghệ chứng minh không biết sẽ đóng vai trò then chốt trong hệ sinh thái Ethereum. Bằng cách giới thiệu chứng minh SNARK và mật mã hậu lượng tử, kết hợp với ngưỡng đặt cược thấp hơn và thời gian xác nhận khối nhanh hơn, Beam Chain có khả năng mang lại cho Ethereum tính phi tập trung mạnh mẽ hơn và hiệu suất cao hơn.