Ethereum 3.0 : La proposition Beam Chain mène à une transformation de la couche de consensus

La récente conférence Devcon 2024 s'est tenue à Bangkok, réunissant de nombreux participants de l'écosystème Ethereum. Pendant la conférence, plusieurs projets ont présenté leurs dernières avancées et plans, apportant un nouvel élan au domaine Web3 mondial.

Parmi eux, la proposition de mise à niveau "Ethereum 3.0" présentée par le chercheur de la Fondation Ethereum, Justin Drake, est particulièrement remarquable. Cette proposition de mise à niveau de la couche de consensus appelée Beam Chain vise à réduire la charge de calcul et de communication des validateurs grâce à la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance, afin de diminuer le seuil d'entrée pour devenir validateur. Cela contribuera à attirer davantage de validateurs dans le réseau, à améliorer la sécurité, à réduire les calculs redondants et à augmenter l'efficacité globale du réseau. En outre, cette proposition prévoit également de profiter de cette occasion pour résoudre les problèmes historiques de la chaîne Beacon et se préparer aux besoins potentiels de sécurité contre les attaques quantiques à l'avenir.

La proposition Beam Chain peut être considérée comme une réponse concrète aux travaux de SNARKification d'Ethereum dans la feuille de route The Verge proposée précédemment par Vitalik. Vitalik a déclaré que la transformation de la couche de consensus est une tâche difficile qui nécessite une optimisation continue.

Beam Chain se concentre principalement sur la transformation de la couche de consensus. Son cœur est de transformer la fonction de transition d'état en Snark, ce qui représente précisément l'avantage de la technologie des preuves à connaissance nulle. Les fonctions de transition d'état de la couche de consensus incluent la fonction de transition pour chaque intervalle de temps, chaque bloc et chaque époque. Ces fonctions impliquent l'exécution des algorithmes de consensus et de la logique de mise en jeu, la proposition de blocs, la vérification des résultats de la couche d'exécution, la vérification de la racine de l'arbre Merkle, la vérification et l'agrégation des signatures de consensus, le calcul de hachage ainsi que les opérations de mise en jeu et de rachat impliquant l'accès à l'état de stockage des comptes.

Il convient de noter qu'Ethereum, dans le cadre de l'avancement de la Snarkisation de la couche de consensus, continue de placer la décentralisation et la diversité comme objectifs prioritaires. Par conséquent, il ne sera pas obligatoire d'utiliser des algorithmes et protocoles spécifiques de preuve à connaissance nulle, mais il est permis aux proposeurs de faire leur propre choix.

Le défi central de la réalisation de la vision de Beam Chain est de savoir comment compresser le temps de preuve, qui prend actuellement des dizaines, voire des centaines de secondes, en quelques secondes. Pour ce faire, Justin encourage la communauté à adopter une méthode d'accélération ASIC, en réalisant l'ensemble du processus de machine virtuelle de preuve à zéro connaissance, depuis la génération de preuves jusqu'à la preuve elle-même sur une puce, dans l'espoir d'augmenter le temps de génération de preuves de plus de dix fois au cours des prochaines années et d'atteindre la preuve en temps réel (Realtime Proving).

Certaines institutions de recherche explorent activement l'accélération des preuves à divulgation nulle de connaissance en utilisant des plateformes matérielles telles que GPU, FPGA et ASIC. Elles ont déjà réussi à accélérer plusieurs systèmes de preuves à divulgation nulle de connaissance, tels que Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 et Plonky2, et ont développé plusieurs solutions d'accélération FPGA IP et GPU, avec des gains d'accélération dépassant parfois cent fois pour certains opérateurs clés.

Dans le domaine des calculs vérifiables de grands modèles en AI+ZK, certaines institutions ont déjà réduit le temps de génération du premier token de zkLLM de 4 heures à environ 18 minutes grâce à des technologies telles que le produit matriciel Folding conçu en interne, l'optimisation collaborative GPU+CPU du protocole Sumcheck et la mise en œuvre efficace des courbes elliptiques.

De plus, pour faire face à la menace potentielle des ordinateurs quantiques, certaines institutions ont modifié OpenSSL pour prendre en charge plusieurs algorithmes post-quantiques conformes aux normes NIST. Ils ont également optimisé le processus de consensus et la lecture de mémoire à faible latence, permettant ainsi à la TPS des blockchains anti-quantiques d'atteindre environ 50 % de celle de la chaîne d'origine.

Avec la proposition de Beam Chain, il est prévu que cela guide la communauté à porter plus d'attention à la transformation de la couche de consensus, apportant davantage d'idées novatrices. La Snarkisation de la couche de consensus et de la couche d'exécution complétera ensemble le plan final de la Snarkisation d'Ethereum, contribuant de manière significative à l'évolutivité et à la décentralisation d'Ethereum. Parallèlement, la machine virtuelle basée sur la technologie des preuves à connaissance nulle devrait jouer un rôle central dans l'écosystème d'Ethereum. En introduisant des preuves SNARK et la cryptographie post-quantique, combinées à un seuil de mise plus bas et à un temps de confirmation de bloc plus rapide, Beam Chain devrait apporter une plus grande décentralisation et de meilleures performances à Ethereum.