Tương lai có thể của Ethereum: The Surge

Lộ trình của Ethereum ban đầu có hai chiến lược mở rộng: phân đoạn và giao thức Layer 2. Khi nghiên cứu sâu hơn, hai con đường này đã hòa nhập vào nhau, hình thành lộ trình tập trung vào Rollup, điều này vẫn là chiến lược mở rộng hiện tại của Ethereum.

Lộ trình tập trung vào Rollup đưa ra sự phân công đơn giản: Layer 1 của Ethereum tập trung vào việc trở thành một nền tảng mạnh mẽ và phi tập trung, trong khi Layer 2 đảm nhận nhiệm vụ hỗ trợ mở rộng hệ sinh thái. Mô hình này rất phổ biến trong xã hội: sự tồn tại của hệ thống tòa án (L1) không phải để theo đuổi hiệu quả, mà là để bảo vệ hợp đồng và tài sản, trong khi các doanh nhân (L2) xây dựng dựa trên nền tảng vững chắc này, thúc đẩy sự phát triển của nhân loại.

Năm nay, lộ trình tập trung vào Rollup đã đạt được những tiến bộ quan trọng: Việc ra mắt blobs EIP-4844 đã tăng cường đáng kể băng thông dữ liệu của Ethereum L1, nhiều EVM Rollup đã bước vào giai đoạn đầu tiên. Mỗi L2 tồn tại như một "mảnh" với các quy tắc và logic riêng, sự đa dạng trong việc triển khai các mảnh hiện nay đã trở thành hiện thực. Nhưng con đường này cũng đối mặt với một số thách thức độc đáo. Nhiệm vụ của chúng ta bây giờ là hoàn thành lộ trình tập trung vào Rollup, giải quyết những vấn đề này, đồng thời duy trì tính ổn định và phi tập trung đặc trưng của Ethereum L1.

The Surge: Mục tiêu chính

1. Tương lai Ethereum có thể đạt được hơn 100.000 TPS thông qua L2;
2. Giữ sự phi tập trung và tính mạnh mẽ của L1;
3. Ít nhất một số L2 hoàn toàn kế thừa các thuộc tính cốt lõi của Ethereum là ( không cần tin tưởng, mở, chống kiểm duyệt );
4. Ethereum nên cảm thấy như một hệ sinh thái thống nhất, chứ không phải 34 chuỗi khối khác nhau.

Nghịch lý tam giác khả năng mở rộng

Tam giác mở rộng cho rằng có sự mâu thuẫn giữa ba đặc điểm của blockchain là phi tập trung, khả năng mở rộng và an ninh. Đây không phải là một định lý, mà là một quan điểm hướng dẫn. Trong nhiều năm qua, một số chuỗi hiệu suất cao đã tuyên bố giải quyết được mâu thuẫn ba chiều, nhưng điều này thường gây hiểu lầm.

Tuy nhiên, sự kết hợp giữa mẫu khả dụng dữ liệu và SNARKs thực sự giải quyết được nghịch lý tam giác: nó cho phép khách hàng xác minh một số lượng dữ liệu là khả dụng chỉ bằng cách tải xuống một lượng dữ liệu nhỏ và thực hiện một lượng tính toán rất ít.

Một phương pháp khác để giải quyết ba khó khăn là kiến trúc Plasma, nó chuyển giao trách nhiệm giám sát tính khả dụng của dữ liệu cho người dùng theo cách tương thích với động lực. Với sự phổ biến của SNARKs, kiến trúc Plasma trở nên khả thi hơn cho nhiều kịch bản sử dụng.

Tiến triển hơn nữa về mẫu dữ liệu khả dụng

Chúng tôi đang giải quyết vấn đề gì?

Sau khi nâng cấp Dencun vào ngày 13 tháng 3 năm 2024, mỗi slot của Ethereum trong 12 giây sẽ có 3 blob khoảng 125 kB, hoặc băng thông dữ liệu khả dụng khoảng 375 kB cho mỗi slot. Giả sử dữ liệu giao dịch được công bố trực tiếp trên chuỗi, chuyển khoản ERC20 khoảng 180 byte, do đó TPS tối đa của Rollup trên Ethereum là 173,6 TPS.

Thêm calldata của Ethereum, thì số liệu sẽ trở thành 607 TPS. Sử dụng PeerDAS, số lượng blob có thể tăng lên từ 8-16, điều này sẽ cung cấp 463-926 TPS cho calldata.

Đây là một cải tiến lớn đối với Ethereum L1, nhưng vẫn chưa đủ. Mục tiêu trung hạn của chúng tôi là 16 MB cho mỗi slot, nếu kết hợp với cải tiến nén dữ liệu Rollup, sẽ mang lại khoảng ~58000 TPS.

Nó là cái gì? Nó hoạt động như thế nào?

PeerDAS là một triển khai tương đối đơn giản của "1D sampling". Trong Ethereum, mỗi blob là một đa thức bậc 4096 trên trường số nguyên tố 253. Chúng tôi phát sóng các shares của đa thức, trong đó mỗi share chứa 16 giá trị đánh giá từ 16 tọa độ liền kề trong tổng số 8192 tọa độ. Trong 8192 giá trị đánh giá này, bất kỳ 4096 giá trị nào cũng có thể phục hồi blob.

Nguyên tắc hoạt động của PeerDAS là cho phép mỗi khách hàng lắng nghe một số lượng nhỏ subnet, trong đó subnet thứ i phát sóng mẫu thứ i của bất kỳ blob nào và yêu cầu các blob từ các subnet khác mà nó cần thông qua việc hỏi các bên ngang hàng trong mạng p2p toàn cầu. Phiên bản bảo thủ hơn là SubnetDAS chỉ sử dụng cơ chế subnet mà không có việc hỏi thêm từ lớp ngang hàng. Đề xuất hiện tại là cho phép các nút tham gia vào việc xác thực bằng chứng sở hữu sử dụng SubnetDAS, trong khi các nút khác sử dụng PeerDAS.

Về lý thuyết, chúng ta có thể mở rộng quy mô "1D sampling" đến một mức độ khá lớn: nếu tăng số lượng blob tối đa lên 256, thì chúng ta có thể đạt được mục tiêu 16MB, trong khi mỗi nút trong mẫu khả dụng dữ liệu chỉ cần 1 MB băng thông cho mỗi slot. Điều này chỉ vừa đủ trong phạm vi chấp nhận của chúng tôi: điều này là khả thi, nhưng điều đó có nghĩa là khách hàng bị giới hạn băng thông không thể thực hiện sampling. Chúng ta có thể tối ưu hóa bằng cách giảm số lượng blob và tăng kích thước blob, nhưng điều này sẽ làm tăng chi phí tái tạo.

Do đó, cuối cùng chúng tôi muốn tiến xa hơn, thực hiện lấy mẫu 2D, không chỉ trong blob mà còn giữa các blob. Sử dụng thuộc tính tuyến tính của cam kết KZG, mở rộng một tập hợp blob trong một khối bằng một tập hợp blob ảo mới, những blob ảo này mã hóa dư thừa cùng một thông tin.

Điều quan trọng là việc tính toán cam kết mở rộng không cần có blob, do đó kế hoạch này về cơ bản thân thiện với việc xây dựng khối phân tán. Các nút thực tế xây dựng khối chỉ cần có cam kết blob KZG, và chúng có thể dựa vào việc lấy mẫu khả dụng dữ liệu (DAS) để xác minh khả dụng của khối dữ liệu. Việc lấy mẫu khả dụng dữ liệu một chiều (1D DAS) về cơ bản cũng thân thiện với việc xây dựng khối phân tán.

còn cần làm gì? Có những cân nhắc nào?

Tiếp theo là hoàn thành việc triển khai và ra mắt PeerDAS. Sau đó, số lượng blob trên PeerDAS sẽ được tăng cường liên tục, đồng thời theo dõi cẩn thận mạng lưới và cải thiện phần mềm để đảm bảo an toàn, đây là một quá trình dần dần. Trong khi đó, chúng tôi hy vọng có nhiều công trình nghiên cứu hơn để quy định PeerDAS và các phiên bản khác của DAS cũng như sự tương tác của chúng với các vấn đề an toàn như quy tắc lựa chọn phân nhánh.

Trong giai đoạn xa hơn trong tương lai, chúng ta cần làm nhiều hơn nữa để xác định phiên bản lý tưởng của 2D DAS và chứng minh các thuộc tính an toàn của nó. Chúng tôi cũng hy vọng cuối cùng có thể chuyển từ KZG sang một giải pháp thay thế an toàn với lượng tử và không cần thiết lập đáng tin cậy. Hiện tại, chúng tôi vẫn chưa rõ có những ứng viên nào thân thiện với việc xây dựng khối phân tán.

Con đường thực tế lâu dài mà tôi nghĩ là:

1. Triển khai DAS 2D lý tưởng;
2. Kiên trì sử dụng 1D DAS, hy sinh hiệu suất băng thông mẫu, chấp nhận giới hạn dữ liệu thấp hơn vì sự đơn giản và độ tin cậy.
3. Từ bỏ DA, hoàn toàn chấp nhận Plasma như kiến trúc Layer2 chính mà chúng tôi quan tâm.

Xin lưu ý, ngay cả khi chúng tôi quyết định mở rộng thực thi trực tiếp trên lớp L1, lựa chọn này vẫn tồn tại. Điều này là vì nếu lớp L1 phải xử lý một lượng lớn TPS, các khối L1 sẽ trở nên rất lớn, và khách hàng sẽ muốn có một phương pháp hiệu quả để xác minh tính chính xác của chúng, do đó chúng tôi sẽ phải sử dụng các công nghệ tương tự như Rollup( như ZK-EVM và DAS) trên lớp L1.

Làm thế nào để tương tác với các phần khác của lộ trình?

Nếu thực hiện nén dữ liệu, nhu cầu về 2D DAS sẽ giảm bớt, hoặc ít nhất sẽ bị trì hoãn, nếu Plasma được sử dụng rộng rãi, thì nhu cầu sẽ giảm thêm. DAS cũng đặt ra thách thức cho các giao thức và cơ chế xây dựng blockchain phân tán: mặc dù DAS lý thuyết là thân thiện với việc tái tạo phân tán, nhưng trong thực tế, điều này cần phải kết hợp với đề xuất danh sách bao gồm gói và cơ chế chọn nhánh xung quanh nó.

Nén dữ liệu

Chúng tôi đang giải quyết vấn đề gì?

Mỗi giao dịch trong Rollup sẽ chiếm một lượng lớn không gian dữ liệu trên chuỗi: Chuyển ERC20 cần khoảng 180 byte. Ngay cả khi có mẫu khả năng dữ liệu lý tưởng, điều này cũng hạn chế khả năng mở rộng của giao thức Layer. Mỗi slot 16 MB, chúng ta có:

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

Nếu chúng ta không chỉ giải quyết vấn đề của tử số, mà còn giải quyết vấn đề của mẫu số, để mỗi giao dịch trong Rollup chiếm ít byte hơn trên chuỗi, thì điều gì sẽ xảy ra?

Nó là gì, hoạt động như thế nào?

Trong nén byte không, sử dụng hai byte để thay thế mỗi chuỗi byte không dài, biểu thị số lượng byte không. Hơn nữa, chúng tôi đã tận dụng các thuộc tính cụ thể của giao dịch:

Tổng hợp chữ ký: Chúng tôi đã chuyển từ chữ ký ECDSA sang chữ ký BLS. Đặc điểm của chữ ký BLS là nhiều chữ ký có thể kết hợp thành một chữ ký duy nhất, chữ ký này có thể chứng minh tính hợp lệ của tất cả các chữ ký gốc. Trong lớp L1, do chi phí tính toán để xác minh vẫn cao ngay cả khi thực hiện tổng hợp, nên không xem xét việc sử dụng chữ ký BLS. Nhưng trong môi trường L2, nơi dữ liệu khan hiếm, việc sử dụng chữ ký BLS là có ý nghĩa. Tính năng tổng hợp của ERC-4337 cung cấp một con đường để thực hiện chức năng này.

Sử dụng pointers để thay thế địa chỉ: Nếu trước đây đã sử dụng một địa chỉ nào đó, chúng ta có thể thay thế địa chỉ 20 byte bằng một pointer 4 byte trỏ đến một vị trí nào đó trong lịch sử.

Tuỳ chỉnh tuần tự hoá giá trị giao dịch: Hầu hết số chữ số của giá trị giao dịch rất ít, ví dụ, 0.25 Ether được biểu diễn là 250,000,000,000,000,000 wei. Phí cơ bản tối đa và phí ưu tiên cũng tương tự. Do đó, chúng ta có thể sử dụng định dạng số thập phân dấu phẩy tuỳ chỉnh để biểu thị hầu hết các giá trị tiền tệ.

còn cần làm gì, có những sự cân nhắc nào?

Điều chính cần làm tiếp theo là thực hiện kế hoạch trên. Các cân nhắc chính bao gồm:

1. Việc chuyển sang chữ ký BLS cần phải nỗ lực rất lớn và sẽ làm giảm khả năng tương thích với các chip phần cứng đáng tin cậy có thể tăng cường tính bảo mật. Có thể sử dụng các gói ZK-SNARK của các phương án chữ ký khác để thay thế.

2. Nén động ( Ví dụ, việc thay thế địa chỉ ) bằng con trỏ sẽ làm cho mã của khách hàng trở nên phức tạp.

3. Việc phát hành sự khác biệt trạng thái lên chuỗi thay vì giao dịch sẽ làm giảm khả năng kiểm toán và khiến nhiều phần mềm ( như trình duyệt khối ) không thể hoạt động.

Làm thế nào để tương tác với các phần khác của lộ trình?

Việc áp dụng ERC-4337 và cuối cùng đưa một phần nội dung của nó vào EVM L2 có thể làm tăng tốc độ triển khai công nghệ tổng hợp. Đặt một phần nội dung của ERC-4337 trên L1 có thể thúc đẩy quá trình triển khai của nó trên L2.

Plasma Tổng quát

Chúng tôi đang giải quyết vấn đề gì?

Ngay cả khi sử dụng blob 16 MB và nén dữ liệu, 58,000 TPS cũng chưa chắc đủ để hoàn toàn đáp ứng nhu cầu của thanh toán người tiêu dùng, mạng xã hội phi tập trung hoặc các lĩnh vực băng thông cao khác, đặc biệt là khi chúng ta bắt đầu xem xét các yếu tố về quyền riêng tư, điều này có thể làm giảm khả năng mở rộng từ 3-8 lần. Đối với các tình huống ứng dụng có khối lượng giao dịch cao và giá trị thấp, hiện tại