Beam Chain: „Ethereum 3.0“
Právě skončená konference 2024 Devcon byla velmi živá, ekosystém Ethereum se sešel v Bangkoku, během této doby byly zveřejněny nejnovější pokroky a dynamika projektů Ethereum a souvisejících ekosystémů, což rozproudilo řadu nových názorů, trendů a plánů v globálním Web3.
Zejména působivý je návrh „Ethereum 3.0“, který předložil výzkumník Ethereum Foundation Justin Drake.
Předložil návrh, který je komunitou nazýván „Ethereum 3.0“, což je upgrade konsensuální vrstvy -- Beam Chain [1]. Jeho klíčovým bodem je: použít nulové znalosti k oslabení výpočetní a komunikační zátěže Validatorů, snížit prahové požadavky na to, aby se stal Validator, což umožní většímu počtu Validatorů připojit se k síti, čímž zvýší bezpečnost, sníží redundanci výpočtu a zlepší celkovou efektivitu sítě. Dále, Justin také chce využít příležitosti k transformaci Snarkifikace konsensuální vrstvy k řešení technického dluhu zanechaného v Beacon Chain kvůli časovým omezením a připravit se na budoucí potřeby kvantové odolnosti.
V roadmapě Vitalika The Verge je Snarkifikace Ethereum (SNARKification) jedním z důležitých úkolů, který zahrnuje transformaci konsensuální a výkonné vrstvy pomocí nulových znalostí. V poslední interpretaci Vitalika [2] přiznává, že transformace konsensuální vrstvy je výzvou, kterou je třeba neustále zvažovat a optimalizovat v budoucí práci. Návrh Beam Chain je přesně odpovědí Vitalika na to, jak Snarkifikovat konsensuální vrstvu.
Beam Chain se zaměřuje pouze na konsensuální vrstvu. Avšak Snarkifikace konsensuální vrstvy neznamená, že je třeba transformovat všechny části. Jádrem blockchainu je funkce přechodu stavu (State Transition Function), takže její transformace vyžaduje pouze Snarkifikaci funkce přechodu stavu, což je přesně to, v čem ZK vyniká. Pro konsensuální vrstvu funkce přechodu stavu zahrnuje tři části, a to per-slot transition function, per-block transition function a per-epoch transition function. V těchto třech funkcích přechodu stavu se nachází provádění konsensuálního algoritmu a logiky stakování, návrh bloků, ověřování správnosti výsledků výkonné vrstvy, ověřování kořenového Merkle stromu, ověřování / agregace konsensuálních podpisů, výpočet hash funkcí, zahrnující operace s přístupem k uloženému stavu účtů a staking a redeeming. Snarkifikace konsensuální vrstvy vlastně znamená Snarkifikaci výše uvedených operací. Je důležité poznamenat, že při Snarkifikaci konsensuální vrstvy Ethereum stále klade decentralizační a různorodé cíle na první místo, takže nebude nuceně požadovat ZK algoritmy a protokoly, ale nechá to na volbě Proposera.
Obrázek zdroj: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGgt=8257s
Hlavní výzva: Realtime Proving
Aby se dosáhlo koncepce Beam Chain, největší výzvou je zlepšení efektivity důkazů, tedy jak stlačit současný čas důkazů, který trvá desítky nebo dokonce stovky sekund, na úroveň sekund. Na ZK Workshop II [3], který se konal 24. září a organizovali ho AntChain OpenLabs, ZAN a Pharos, sdílel host Justin zprávu s názvem „Realtime Proving“, přičemž jeho klíčové myšlenky se shodovaly s koncepcí „Ethereum 3.0“, a navrhl řešení pro překonání výkonnostních překážek. Povzbuzoval komunitu, aby používala metody akcelerace ASIC, k dokončení celého procesu od generování důkazů po dokazování pomocí virtuálního stroje nulových znalostí na čipech, s cílem zvýšit čas generování důkazů více než desetkrát během několika příštích let, a skutečně dosáhnout Realtime Proving.
Podporujeme výkon a aplikaci technologií nulových znalostí: stále jsme na cestě
AntChain OpenLabs se neustále snaží urychlit ZK důkazy pomocí hardwarových platforem jako GPU, FPGA a ASIC, což urychlilo různé ZK systémy včetně Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 a Plonky 2, a vytvořilo několik FPGA IP a GPU akcelerovaných řešení, přičemž některé klíčové operátory dosáhly více než stonásobného zrychlení.
Relativní zrychlení některých operátorů akcelerovaných pomocí CUDA získaných na CPU, viz tabulka (jedna).
( tabulka jedna )
Srovnání výkonu GPU akcelerovaného MSM a open-source ICICLE, které implementovalo AntChain OpenLabs (oba 4090 GPU), viz tabulka (dva).
( tabulka dvě )
Srovnání výkonu GPU akcelerovaného Circle FFT, který implementoval AntChain OpenLabs, a open-source Stwo Prover na 16-jádrovém CPU, viz tabulka (tři).
( tabulka tři )
Kromě toho se AntChain OpenLabs také zaměřuje na aplikaci nulových znalostí, v oblasti AI+ZK velkých modelů, pomocí technologií jako je vlastní navržená matice násobení Folding, Sumcheck protokol pro spolupráci GPU+CPU, efektivní implementace eliptických křivek atd., snížila čas generování prvního tokenu zkLLM [4][5] (původní implementace nezahrnovala závazek a odhalení, výkon byl testován po přidání závazku a odhalení, zaměřeno na model LLama-7B) z 4 hodin na přibližně 18 minut pod 4 GPU.
AntChain OpenLabs neustále optimalizuje výkon a použitelnost velkých modelů pro verifikovatelné výpočty založené na GPU a v oblasti závazkových schémat, optimalizace více instancí Folding a generování více tokenových důkazů, s cílem vybudovat efektivní, uživatelsky přívětivou a AI-ekologicky přátelskou službu pro verifikovatelné výpočty, prozkoumat možné směry pro masové využití technologií nulových znalostí a vytvořit most mezi aplikacemi Web3 a AI.
Vzhledem k hrozbě kvantových počítačů se AntChain OpenLabs také aktivně zabývá výzkumem a na základě OpenSSL [6] vytvořil postkvantovou verzi kryptografické knihovny, která podporuje více NIST standardních postkvantových algoritmů. Současně čelí problémům s ukládáním postkvantových podpisů, které jsou více než 40krát větší než ECDSA, a díky optimalizaci konsensuálního procesu a optimalizaci čtení paměti s nízkou latencí dosahuje TPS kvantově odolného blockchainu přibližně 50 % původního řetězce.
Je třeba věnovat pozornost tomu, že výše uvedené technické průzkumy již byly aplikovány v softwarově-hardware akcelerovaném řešení Power Zebra (https://zan.top/home/power-zebra?chInfo=ch_WZ), které bylo spuštěno ZAN, a to se zaměřuje na urychlení a optimalizaci běžně používaných operátorů v nulových znalostech, včetně MSM pro vícenásobné skalarové násobení, NTT pro teorii čísel, H řešení polynomů, důkazy o otevření polynomů a další klíčové komponenty, plně využívající výpočetní zdroje GPU, šířku pásma paměti a PCIe, což významně zvyšuje efektivitu výpočtu. Předtím, než open source komunita zkWASM Delphinus Lab zavedla ZAN-ovo softwarově-hardware akcelerované řešení Power Zebra, výkon GPU vzrostl o více než 20 %, čímž vytvořil nejvyšší rekord v komunitě podobných služeb.
Předpověď
Dlouho se komunita Ethereum soustředila na různé optimalizace výkonné vrstvy, včetně zvyšování BlockGasLimit, L2s a dalších strategií. V rámci toho byla Snarkifikace výkonné vrstvy již většinou dokončena v roadmapě „Rollup Centric“ pomocí L2, což přineslo značné úspěchy. Myšlenka Beam Chain otevřela dveře k Snarkifikaci konsensuální vrstvy. Věříme, že s příchodem Beam Chain bude komunitu inspirovat a vést k zaměření na transformaci konsensuální vrstvy, což přinese více vzrušujících myšlenek.
Je možné očekávat, že Snarkifikace konsensuální vrstvy a výkonné vrstvy dokončí konečný puzzle Snarkifikace Ethereum, což bude mít obrovský přínos pro škálovatelnost a decentralizaci Ethereum. Současně, s postupem návrhu Beam Chain, bude virtuální stroj založený na technologii nulových znalostí hrát klíčovou roli v ekosystému Ethereum. Zavedením SNARK důkazů a postkvantové kryptografie, spolu s nižšími požadavky na stakování a rychlejším časem potvrzení bloků, přinese Beam Chain silnější decentralizaci a vyšší výkon Ethereum.
Reference
[1] https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg
[2] https://vitalik.eth.limo/general/2024/10/23/futures4.html
[3] https://x.com/zan_team/status/1844947080642539752
[4] https://github.com/jvhs0706/zkllm-ccs2024
[5] https://arxiv.org/abs/2404.16109
[6] https://www.openssl.org/
