Ethereum 3.0: Đề xuất Beam Chain dẫn đầu sự thay đổi của Nhận thức chung

Hội nghị Devcon 2024 gần đây đã diễn ra tại Bangkok, quy tụ nhiều người tham gia trong hệ sinh thái Ethereum. Trong suốt hội nghị, nhiều dự án đã công bố những tiến triển và kế hoạch mới nhất, mang lại động lực phát triển mới cho lĩnh vực Web3 toàn cầu.

Trong đó, đề xuất nâng cấp "Ethereum 3.0" của nhà nghiên cứu Justin Drake thuộc Quỹ Ethereum đặc biệt thu hút sự chú ý. Đề xuất nâng cấp lớp nhận thức chung được gọi là Beam Chain này nhằm giảm bớt gánh nặng tính toán và giao tiếp của các xác nhận viên thông qua công nghệ chứng minh không kiến thức, từ đó hạ thấp tiêu chuẩn để trở thành xác nhận viên. Điều này sẽ giúp thu hút nhiều xác nhận viên hơn tham gia vào mạng lưới, nâng cao an ninh, giảm thiểu tính toán dư thừa và cải thiện hiệu quả tổng thể của mạng lưới. Ngoài ra, đề xuất này còn dự định tận dụng cơ hội này để giải quyết các vấn đề tồn đọng trong chuỗi Beacon và chuẩn bị cho các nhu cầu an toàn chống lượng tử có thể xuất hiện trong tương lai.

Đề xuất Beam Chain có thể được coi là một phản hồi cụ thể đối với công việc SNARK hóa (SNARKification) trên Ethereum trong lộ trình The Verge mà Vitalik đã đề xuất trước đó. Vitalik đã cho biết, việc cải tạo lớp nhận thức chung là một công việc đầy thách thức, cần tối ưu hóa liên tục.

Beam Chain chủ yếu tập trung vào việc cải cách lớp nhận thức chung. Cốt lõi của nó là biến đổi hàm chuyển trạng thái thành Snark, điều này chính là lợi thế của công nghệ chứng minh không biết. Các hàm chuyển trạng thái của lớp nhận thức chung bao gồm hàm chuyển đổi cho mỗi khoảng thời gian, mỗi khối và mỗi kỷ nguyên. Những hàm này liên quan đến việc thực hiện thuật toán nhận thức chung và logic đặt cược, đề xuất khối, xác thực kết quả lớp thực thi, xác thực gốc cây Merkle, xác thực và tổng hợp chữ ký nhận thức chung, tính toán băm và các hoạt động đặt cược và đổi thưởng liên quan đến việc truy cập trạng thái lưu trữ tài khoản.

Cần lưu ý rằng Ethereum trong quá trình thúc đẩy việc Snark hóa lớp nhận thức chung vẫn đặt mục tiêu phi tập trung và sự đa dạng lên hàng đầu. Do đó, sẽ không yêu cầu bắt buộc sử dụng các thuật toán và giao thức chứng minh không kiến thức cụ thể, mà cho phép các đề xuất tự chọn.

Thách thức cốt lõi trong việc hiện thực hóa ý tưởng Beam Chain là làm thế nào để giảm thời gian chứng minh hiện tại cần hàng chục đến hàng trăm giây xuống còn cấp giây. Để đạt được điều này, Justin khuyến khích cộng đồng áp dụng phương pháp tăng tốc ASIC, hoàn thành toàn bộ quy trình từ việc tạo chứng cứ đến chứng minh trên chip của máy ảo chứng minh không biết, nhằm mục tiêu nâng cao thời gian tạo chứng minh gấp mười lần trong vài năm tới, đạt được chứng minh thời gian thực (Realtime Proving).

Một số tổ chức nghiên cứu đang tích cực khám phá việc sử dụng các nền tảng phần cứng như GPU, FPGA, ASIC để tăng tốc chứng minh không kiến thức. Họ đã thành công trong việc tăng tốc nhiều hệ thống chứng minh không kiến thức, chẳng hạn như Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 và Plonky2, và phát triển nhiều giải pháp tăng tốc FPGA IP và GPU, với tỷ lệ tăng tốc của một số toán tử cốt lõi đạt trên trăm lần.

Trong lĩnh vực tính toán có thể xác minh của mô hình lớn theo hướng AI+ZK, thông qua các công nghệ như nhân ma trận Folding tự thiết kế, tối ưu hóa hợp tác GPU+CPU của giao thức Sumcheck, và thực hiện hiệu quả đường cong elip, một số tổ chức đã rút ngắn thời gian tạo token đầu tiên của zkLLM 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 tổ chức đã cải tiến thư viện mã hóa hỗ trợ nhiều thuật toán hậu lượng tử của NIST dựa trên OpenSSL. Họ cũng đã tối ưu hóa quy trình nhận thức chung và đọc bộ nhớ có độ trễ thấp, giúp TPS của blockchain chống lượng tử có thể đạt khoảng 50% so với chuỗi gốc.

Với sự ra mắt của đề xuất Beam Chain, dự kiến sẽ hướng dẫn cộng đồng tập trung nhiều hơn vào việc cải cách lớp nhận thức chung, mang lại nhiều ý tưởng sáng tạo hơn. Việc Snark hóa lớp nhận thức chung và lớp thực thi sẽ cùng nhau hoàn thành bản thiết kế cuối cùng cho việc Snark hóa Ethereum, đóng góp đáng kể cho khả năng mở rộng và tính phi tập trung của Ethereum. Đồng thời, máy ảo dựa trên công nghệ chứng minh không biết (zero-knowledge proof) được kỳ vọng sẽ đóng vai trò cốt lõi trong hệ sinh thái Ethereum. Bằng cách giới thiệu chứng minh SNARK và mật mã hậu lượng tử (post-quantum cryptography), kết hợp với ngưỡng đặt cọc thấp hơn và thời gian xác nhận khối nhanh hơn, Beam Chain được kỳ vọng sẽ mang lại sự phi tập trung mạnh mẽ hơn và hiệu suất cao hơn cho Ethereum.