Beam Chain: “Ethereum 3.0”
La reciente conferencia Devcon 2024, que acaba de concluir, fue un evento vibrante, con el ecosistema de Ethereum reuniéndose en Bangkok, donde Ethereum y proyectos relacionados presentaron avances y dinámicas recientes, encendiendo una serie de nuevos puntos de vista, nuevas tendencias y nuevos planes en el Web3 global.
Particularmente impresionante, es el plan de propuesta de “Ethereum 3.0” publicado por el investigador de la Fundación Ethereum Justin Drake.
Él propuso una mejora de la capa de consenso conocida como “Ethereum 3.0” - Beam Chain [1]. Su idea central es: usar pruebas de conocimiento cero para reducir la carga de cálculo y comunicación de los Validadores, disminuir el umbral necesario para convertirse en Validador, permitiendo que más Validadores se unan a la red para aumentar la seguridad, reducir la redundancia de cálculo y mejorar la eficiencia general de la red. Además, Justin también quiere aprovechar la oportunidad de la transformación de la Snarkificación de la capa de consenso para resolver la deuda técnica dejada por las limitaciones de la era en la cadena Beacon y prepararse para las futuras necesidades de seguridad post-cuántica.
En la hoja de ruta de The Verge de Vitalik, la Snarkificación de Ethereum (SNARKification) ya era uno de los trabajos importantes, que incluye la transformación de la capa de consenso y la capa de ejecución mediante pruebas de conocimiento cero. En la interpretación más reciente de Vitalik [2], Vitalik admite que el trabajo de transformación de la capa de consenso es un desafío, y necesita ser considerado y optimizado de manera continua en el trabajo futuro. La propuesta de Beam Chain puede verse como una respuesta de Vitalik sobre cómo Snarkificar la capa de consenso.
Beam Chain se centra únicamente en la capa de consenso. Pero la Snarkificación de la capa de consenso no significa que todas las partes necesiten ser transformadas. El núcleo de la cadena de bloques es la función de transición de estado (State Transition Function), por lo que para su transformación solo se necesita Snarkificar la función de transición de estado, que es precisamente en lo que ZK se especializa. Para la capa de consenso, la función de transición de estado se compone principalmente de tres partes, es decir, función de transición por slot, función de transición por bloque y función de transición por época. En estas tres funciones de transición de estado, se incluye la ejecución del algoritmo de consenso y la lógica de Staking, la propuesta de bloques, la verificación de la corrección de los resultados de la capa de ejecución, la verificación de la raíz del árbol de Merkle, la verificación/agregación de firmas de consenso, el cálculo de funciones hash, y las operaciones de staking y redención que involucran el acceso al estado de almacenamiento de cuentas, etc. Snarkificar la capa de consenso es, en realidad, realizar la Snarkificación de las operaciones mencionadas. Es importante señalar que en el proceso de Snarkificación de la capa de consenso, Ethereum seguirá priorizando los objetivos de descentralización y diversidad, por lo que no se requerirán forzosamente algoritmos y protocolos ZK, sino que el Proponente elegirá por sí mismo.
Fuente de la imagen: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGgt=8257s
Dificultad principal: Prueba en tiempo real
Para realizar la visión de Beam Chain, el desafío central es mejorar la eficiencia de la prueba, es decir, cómo reducir el tiempo de prueba actual de decenas o incluso cientos de segundos a un nivel de segundos. En el ZK Workshop II [3] celebrado el 24 de septiembre de este año por AntChain OpenLabs, ZAN y Pharos, el invitado Justin compartió un informe titulado “Prueba en tiempo real”, donde propuso que su punto central se alineaba con la idea de “Ethereum 3.0”, sugiriendo soluciones para superar los cuellos de botella de rendimiento. Animó a la comunidad a utilizar métodos de aceleración ASIC, completando el proceso completo de generación de evidencia a prueba de la máquina virtual de conocimiento cero en el chip, y en los próximos años, aumentar el tiempo de generación de pruebas en más de diez veces, logrando verdaderamente la Prueba en tiempo real.
Contribuyendo al rendimiento y aplicación de la tecnología de pruebas de conocimiento cero: seguimos en el camino
AntChain OpenLabs ha estado comprometido en acelerar las pruebas ZK utilizando plataformas de hardware como GPU, FPGA y ASIC, acelerando varios sistemas ZK, incluidos Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 y Plonky 2, formando múltiples soluciones de aceleración de FPGA IP y GPU, con algunos operadores centrales alcanzando más de cien veces la aceleración.
Relación de la aceleración de algunos operadores basados en CUDA de AntChain OpenLabs en comparación con la CPU, como se muestra en la tabla (uno).
( tabla uno )
Comparación de rendimiento entre MSM acelerado por GPU de AntChain OpenLabs y ICICLE de código abierto (ambos 409 0G PU), como se muestra en la tabla (dos).
( tabla dos )
AntChain OpenLabs logró una comparación de rendimiento entre Circle FFT acelerado por GPU y Stwo Prover de código abierto en una CPU de 16 núcleos, como se muestra en la tabla (tres).
( tabla tres )
Además, AntChain OpenLabs también se dedica a la exploración de aplicaciones de pruebas de conocimiento cero, utilizando tecnologías como la multiplicación de matrices Folding, la optimización colaborativa de GPU+CPU del protocolo Sumcheck, y la implementación eficiente de curvas elípticas, para reducir el tiempo de generación del primer token de zkLLM [4][5] (la implementación original no incluía el compromiso y la apertura, el rendimiento fue probado después de agregar compromiso y apertura, apuntando al modelo LLama-7B) de 4 horas a aproximadamente 18 minutos bajo 4 GPU.
AntChain OpenLabs está optimizando continuamente el rendimiento y la usabilidad de los cálculos verificables de grandes modelos basados en GPU, y está trabajando activamente en el reemplazo y optimización de esquemas de compromiso, múltiples instancias de Folding y generación de múltiples pruebas de tokens, con el objetivo de construir un servicio de cálculo verificable eficiente, fácil de usar y amigable con el ecosistema de IA, para explorar posibles direcciones para la aplicación a gran escala de la tecnología de pruebas de conocimiento cero y construir un puente que conecte aplicaciones Web3 y AI.
Al enfrentar amenazas de computadoras cuánticas, AntChain OpenLabs también ha explorado activamente, modificando una biblioteca criptográfica post-cuántica basada en OpenSSL [6] que admite múltiples algoritmos post-cuánticos estándar NIST. Al mismo tiempo, frente al problema de la expansión de almacenamiento de más de 40 veces en comparación con ECDSA en las firmas post-cuánticas, mediante la optimización del proceso de consenso y la lectura de memoria de baja latencia, la TPS de la cadena de bloques resistente a cuántica puede alcanzar alrededor del 50% de la cadena original.
Es digno de atención que la exploración tecnológica mencionada ya se ha aplicado en la solución de aceleración de hardware y software Power Zebra lanzada por ZAN (https://zan.top/home/power-zebra?chInfo=ch_WZ), que se centra en la aceleración y optimización de operadores comúnmente utilizados en pruebas de conocimiento cero, incluyendo multiplicación de puntos escalar MSM, transformaciones numéricas NTT, resolución de polinomios H, pruebas de apertura de polinomios y otros componentes clave, aprovechando al máximo los recursos de computación de GPU, el ancho de banda de almacenamiento y el ancho de banda PCIe, lo que ha mejorado significativamente la eficiencia de cálculo. Anteriormente, la comunidad de código abierto zkWASM Delphinus Lab, al introducir la solución de aceleración de hardware y software Power Zebra de ZAN, mejoró el rendimiento de cálculo de GPU en más del 20%, estableciendo el récord más alto en servicios similares de la comunidad.
Previsión
Durante mucho tiempo, la comunidad de Ethereum se ha centrado principalmente en diversas optimizaciones de la capa de ejecución, incluyendo aumentar el BlockGasLimit, L2s y otras estrategias. En este contexto, la Snarkificación de la capa de ejecución ya ha completado la mayor parte del trabajo en la hoja de ruta “Rollup Centric” con la ayuda de L2, cosechando grandes beneficios. La idea de Beam Chain abre la puerta a la Snarkificación de la capa de consenso. Se cree que con la propuesta de Beam Chain, se guiará e inspirará a la comunidad a centrar su atención en la transformación de la capa de consenso, trayendo más ideas emocionantes.
Se puede prever que la Snarkificación de la capa de consenso y la capa de ejecución completará el rompecabezas final de la Snarkificación de Ethereum, contribuyendo enormemente a la escalabilidad y descentralización de Ethereum. Al mismo tiempo, con la promoción de la propuesta Beam Chain, la máquina virtual basada en la tecnología de pruebas de conocimiento cero desempeñará un papel central en el ecosistema de Ethereum. Al introducir pruebas SNARK y criptografía post-cuántica, combinando un umbral de participación más bajo y un tiempo de confirmación de bloques más rápido, Beam Chain traerá una mayor descentralización y un rendimiento más alto a Ethereum.
Referencias
[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/
