Ethereum 3.0: Proposta Beam Chain lidera a transformação da camada de consenso

A recente conferência Devcon 2024, que ocorreu em Bangkok, reuniu muitos participantes do ecossistema Ethereum. Durante a conferência, vários projetos anunciaram os seus últimos progressos e planos, trazendo um novo impulso ao campo Web3 global.

Entre eles, a proposta de atualização "Ethereum 3.0" apresentada pelo pesquisador da Fundação Ethereum, Justin Drake, é particularmente notável. Esta proposta de atualização da camada de consenso, chamada Beam Chain, visa reduzir a carga computacional e de comunicação dos validadores através da tecnologia de provas de conhecimento zero, diminuindo assim a barreira para se tornar um validador. Isso ajudará a atrair mais validadores para a rede, aumentando a segurança, reduzindo cálculos redundantes e melhorando a eficiência geral da rede. Além disso, a proposta também planeja aproveitar esta oportunidade para resolver problemas históricos na cadeia Beacon e se preparar para possíveis demandas de segurança quântica no futuro.

A proposta Beam Chain pode ser vista como uma resposta concreta ao trabalho de SNARKificação do Ethereum no roteiro The Verge, anteriormente apresentado por Vitalik. Vitalik afirmou que a reformulação da camada de consenso é um trabalho desafiador que requer otimização contínua.

A Beam Chain foca principalmente na transformação da camada de consenso. Seu núcleo é a "snarkização" da função de transição de estado, que é precisamente a vantagem da tecnologia de provas de zero conhecimento. A função de transição de estado da camada de consenso inclui a função de transição para cada intervalo de tempo, cada bloco e cada era. Essas funções envolvem a execução do algoritmo de consenso e da lógica de staking, a proposição de blocos, a verificação dos resultados da camada de execução, a verificação da raiz da árvore Merkle, a verificação e agregação de assinaturas de consenso, cálculo de hash e operações de staking e resgate que envolvem o acesso ao estado de armazenamento da conta.

É importante notar que o Ethereum, ao avançar na Snarkização da camada de consenso, ainda considera a descentralização e a diversidade como objetivos primordiais. Assim, não será exigido o uso de algoritmos e protocolos de prova de zero conhecimento específicos, mas sim permitirá que os proponentes façam suas próprias escolhas.

O principal desafio para implementar a visão do Beam Chain é como reduzir o tempo de prova, que atualmente leva dezenas ou até centenas de segundos, para níveis de segundos. Para isso, Justin incentiva a comunidade a adotar métodos de aceleração ASIC, completando todo o processo do virtual machine de prova de conhecimento zero, desde a geração de evidências até a prova, com o objetivo de aumentar o tempo de geração de provas mais de dez vezes nos próximos anos, realizando a prova em tempo real (Realtime Proving).

Algumas instituições de pesquisa estão ativamente a explorar a aceleração de provas de conhecimento zero utilizando plataformas de hardware como GPU, FPGA e ASIC. Elas já aceleraram com sucesso vários sistemas de provas de conhecimento zero, como o Prover do Polygon ZKEVM, o Stone Prover, o Halo2 e o Plonky2, e desenvolveram várias soluções de aceleração para FPGA e GPU, com algumas operações centrais a alcançarem acelerações superiores a cem vezes.

Na área de computação verificável de grandes modelos em direção a AI+ZK, através de tecnologias como multiplicação de matrizes projetada de forma independente, otimização colaborativa GPU+CPU do protocolo Sumcheck, e implementação eficiente de curvas elípticas, algumas instituições já conseguiram reduzir o tempo de geração do primeiro token zkLLM de 4 horas para cerca de 18 minutos.

Além disso, para enfrentar a ameaça potencial dos computadores quânticos, algumas instituições modificaram bibliotecas de criptografia baseadas no OpenSSL para suportar vários algoritmos pós-quânticos do NIST. Eles também otimizaram o processo de consenso e a leitura de memória de baixa latência, permitindo que o TPS da blockchain resistente a quânticos atinja cerca de 50% da cadeia original.

Com a proposta da Beam Chain, espera-se que a comunidade direcione mais atenção para a reforma da camada de consenso, trazendo mais ideias inovadoras. A Snarkização da camada de consenso e da camada de execução completará o plano final de Snarkização do Ethereum, fazendo uma contribuição significativa para a escalabilidade e descentralização do Ethereum. Ao mesmo tempo, as máquinas virtuais baseadas em tecnologia de prova de conhecimento zero têm potencial para desempenhar um papel central no ecossistema Ethereum. Ao introduzir provas SNARK e criptografia pós-quântica, combinadas com um limite de aposta mais baixo e tempos de confirmação de bloco mais rápidos, a Beam Chain tem potencial para trazer uma descentralização mais forte e um desempenho mais alto para o Ethereum.