Ethereum 3.0: Пропозиція Beam Chain веде до змін у шарі консенсусу

Недавня конференція Devcon 2024, що відбулася в Бангкоку, об'єднала численних учасників екосистеми Ethereum. Протягом конференції декілька проектів представили свої останні досягнення та плани, що надало новий імпульс для розвитку глобальної сфери Web3.

Серед них особливо привертає увагу пропозиція щодо оновлення "Ethereum 3.0", запропонована дослідником фонду Ethereum Джастином Дрейком. Ця пропозиція щодо оновлення рівня консенсусу, відома як Beam Chain, має на меті зменшити обчислювальне та комунікаційне навантаження на валідаторів за допомогою технології нульових знань, що, в свою чергу, знизить бар'єри для стає валідатором. Це допоможе залучити більше валідаторів до мережі, підвищити безпеку, зменшити надлишкові обчислення та підвищити загальну ефективність мережі. Крім того, ця пропозиція також планує скористатися цією можливістю, щоб вирішити історичні проблеми, які залишилися в Beacon Chain, і підготуватися до можливих вимог до квантової безпеки в майбутньому.

Пропозиція Beam Chain може бути розглянута як конкретна відповідь на роботу з Snark-ізації Ethereum (SNARKification) в дорожній карті The Verge, раніше запропонованій Віталіком. Віталік зазначав, що перетворення шару консенсусу є складним завданням, яке потребує постійної оптимізації.

Beam Chain головним чином зосереджується на перетворенні шару консенсусу. Його основою є перетворення функції стану у Snark, що є перевагою технології нульових знань. Функції перетворення стану шару консенсусу включають функції перетворення для кожного часової слоту, кожного блоку та кожної епохи. Ці функції охоплюють виконання алгоритму консенсусу та логіки стейкінгу, пропозицію блоків, верифікацію результатів виконавчого шару, верифікацію кореня дерева Меркла, верифікацію та агрегацію підписів консенсусу, обчислення хешу, а також стейкінг та операції викупу, що стосуються доступу до стану зберігання рахунків.

Варто зазначити, що Ethereum, просуваючи Snark-ізацію консенсусного рівня, все ще ставить на перше місце децентралізацію та різноманіття. Тому не буде обов'язковим використання певних алгоритмів та протоколів нульового знання, а пропонувальникам буде дозволено обирати самостійно.

Основним викликом реалізації концепції Beam Chain є те, як скоротити час доказування, який зараз займає десятки або навіть сотні секунд, до секундного рівня. Для цього Джастін заохочує спільноту використовувати методи прискорення ASIC, щоб виконати весь процес від генерації доказів до доказування в віртуальній машині нульових знань на чіпі, з метою збільшення часу генерації доказів більш ніж у десять разів протягом наступних кількох років, реалізуючи миттєве доказування (Realtime Proving).

Деякі дослідницькі установи активно вивчають можливість прискорення нульових доказів, використовуючи апаратні платформи, такі як GPU, FPGA та ASIC. Вони вже успішно прискорили кілька систем нульових доказів, таких як Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 та Plonky2, і розробили кілька рішень для прискорення на базі FPGA та GPU, причому прискорення деяких основних операторів досягло понад сто разів.

У сфері верифікованих обчислень великих моделей у напрямку AI+ZK, за допомогою технологій, таких як самостійно спроектований множник матриць Folding, оптимізація співпраці GPU+CPU для протоколу Sumcheck, ефективна реалізація еліптичних кривих та ін., деякі організації вже скоротили час генерації першого токена zkLLM з 4 годин до приблизно 18 хвилин.

Крім того, щоб протистояти потенційній загрозі квантових комп'ютерів, деякі організації модифікували бібліотеки криптографії на основі OpenSSL, які підтримують кілька алгоритмів післяквантового стандарту NIST. Вони також оптимізували процес консенсусу та зчитування пам'яті з низькою затримкою, що дозволило TPS квантовитривалого блокчейну досягти приблизно 50% від оригінальної ланцюга.

З появою пропозиції Beam Chain очікується, що вона спонукатиме спільноту звернути більше уваги на трансформацію рівня консенсусу, що призведе до появи нових інноваційних ідей. Snark-ізація рівня консенсусу та рівня виконання спільно завершать остаточний план Snark-ізації Ethereum, роблячи значний внесок у масштабованість та децентралізацію Ethereum. Водночас віртуальна машина на основі технології нульових знань має можливість зайняти центральну роль в екосистемі Ethereum. Завдяки впровадженню доказів SNARK та постквантової криптографії, у поєднанні з нижчими порогами стейкінгу та швидшими часами підтвердження блоків, Beam Chain має потенціал для забезпечення більшої децентралізації та вищої продуктивності для Ethereum.