Rédaction : ZAN
Beam Chain : « Ethereum 3.0 »
La récente conférence Devcon 2024, très animée, a rassemblé l'écosystème Ethereum à Bangkok, où les projets liés à Ethereum et à son écosystème ont fait des annonces significatives sur leurs derniers développements et dynamiques, allumant une série de nouvelles idées, tendances et plans au sein du Web3 mondial.
Ce qui a particulièrement marqué les esprits, c'est la proposition de « Ethereum 3.0 » publiée par le chercheur de la fondation Ethereum, Justin Drake.
Il a proposé une mise à niveau de la couche de consensus qui est appelée par la communauté « Ethereum 3.0 » -- Beam Chain [1]. Son point central est : utiliser des preuves à connaissance nulle pour réduire la charge de calcul et de communication des validateurs, abaisser le seuil requis pour devenir validateur, permettant ainsi à un plus grand nombre de validateurs de rejoindre le réseau pour accroître la sécurité, réduire la redondance des calculs et améliorer l'efficacité globale du réseau. De plus, Justin souhaite profiter de l'opportunité de transformer la couche de consensus par la Snarkification pour résoudre la dette technique laissée par les limitations temporelles de la chaîne Beacon et se préparer aux besoins de sécurité post-quantique futurs.
Dans la feuille de route de The Verge de Vitalik, la Snarkification d'Ethereum (SNARKification) a toujours été l'un des travaux importants, impliquant la transformation des couches de consensus et d'exécution par des preuves à connaissance nulle. Dans la dernière interprétation de Vitalik [2], il admet que la transformation de la couche de consensus est un défi qui nécessite d'être constamment pris en compte et optimisé dans les travaux à venir. La proposition de Beam Chain peut être considérée comme une réponse de Vitalik à la question de savoir comment Snarkifier la couche de consensus.
Beam Chain se concentre uniquement sur la couche de consensus. Mais la Snarkification de la couche de consensus ne signifie pas qu'il faille modifier toutes les parties. Le cœur de la blockchain est la fonction de transition d'état (State Transition Function), donc la modification de celle-ci nécessite uniquement de Snarkifier la fonction de transition d'état, ce qui est précisément le domaine d'expertise de ZK. Pour la couche de consensus, la fonction de transition d'état se compose principalement de trois parties : la fonction de transition par slot, la fonction de transition par bloc et la fonction de transition par époque. Dans ces trois fonctions de transition d'état, on trouve l'exécution de l'algorithme de consensus et de la logique de mise, la proposition de bloc, la vérification de la justesse des résultats de la couche d'exécution, la vérification de la racine de l'arbre Merkle, la vérification / agrégation des signatures de consensus, le calcul des fonctions de hachage, et les opérations de mise et de rachat impliquant l'accès à l'état de stockage des comptes. Snarkifier la couche de consensus consiste en fait à Snarkifier les opérations susmentionnées. Il est important de noter que dans la voie de la Snarkification de la couche de consensus, Ethereum continue de placer la décentralisation et la diversité en premier plan, n'imposant donc pas les algorithmes et protocoles ZK, mais laissant le choix au Proposer.
Source de l'image : https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg&t=8257s
Défi central : Preuve en temps réel
Pour réaliser la vision de Beam Chain, le défi le plus crucial est l'amélioration de l'efficacité des preuves, c'est-à-dire comment réduire le temps de preuve actuel, qui est de plusieurs dizaines, voire plus de cent secondes, à quelques secondes. Lors de l'atelier ZK Workshop II [3] co-organisé par AntChain OpenLabs, ZAN et Pharos le 24 septembre de cette année, l'invité Justin a partagé un rapport intitulé « Preuve en temps réel », dans lequel il a proposé des solutions aux goulets d'étranglement de performance. Il a encouragé la communauté à utiliser des méthodes d'accélération ASIC, en complétant tout le processus de génération de preuves à connaissance nulle à l'aide de machines virtuelles sur puce, avec l'objectif d'augmenter le temps de génération de preuves d'au moins dix fois au cours des prochaines années, permettant ainsi une véritable Preuve en temps réel.
Pour soutenir les performances et l'application de la technologie des preuves à connaissance nulle : nous sommes toujours en route
AntChain OpenLabs s'est toujours engagé à utiliser des plateformes matérielles telles que GPU, FPGA, ASIC pour accélérer les preuves ZK, ayant accéléré divers systèmes ZK, y compris Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 et Plonky2, formant plusieurs solutions d'accélération FPGA IP et GPU, avec certains opérateurs clés atteignant plus de cent fois le rapport d'accélération.
Comparaison du rapport d'accélération de certains opérateurs basés sur CUDA d'AntChain OpenLabs par rapport à CPU, comme indiqué dans le tableau (I).
( Tableau I )
Comparaison des performances du MSM accéléré par GPU réalisé par AntChain OpenLabs et de l'ICICLE open source (tous deux avec des GPU 4090), comme indiqué dans le tableau (II).
( Tableau II )
Comparaison des performances de Circle FFT accéléré par GPU réalisé par AntChain OpenLabs et de Stwo Prover open source sur 16 cœurs CPU, comme indiqué dans le tableau (III).
( Tableau III )
En outre, AntChain OpenLabs s'engage également dans l'exploration des applications des preuves à connaissance nulle, en se concentrant sur le calcul vérifiable de grands modèles dans la direction AI+ZK, en utilisant des technologies telles que le produit matriciel Folding conçu en interne, l'optimisation collaborative GPU+CPU du protocole Sumcheck, et une mise en œuvre efficace des courbes elliptiques, réduisant le temps de génération du premier token de zkLLM [4][5] (l'implémentation originale n'incluant pas l'engagement et l'ouverture, la performance étant testée après ajout de l'engagement et de l'ouverture, pour le modèle LLama-7B) de 4 heures à environ 18 minutes.
AntChain OpenLabs continue d'optimiser les performances et l'utilisabilité du calcul vérifiable des grands modèles, en se concentrant sur le remplacement et l'optimisation des solutions d'engagement, le Folding multi-instances, la génération de preuves multi-tokens, avec pour objectif de construire un service de calcul vérifiable efficace, facile à utiliser et amical pour l'écosystème AI, afin de tracer des directions possibles pour l'application à grande échelle de la technologie des preuves à connaissance nulle, établissant un pont entre les applications Web3 et AI.
Face à la menace des ordinateurs quantiques, AntChain OpenLabs a également mené des explorations actives, ayant modifié une bibliothèque de cryptographie post-quantique basée sur OpenSSL [6], prenant en charge plusieurs algorithmes post-quantiques standards NIST. Parallèlement, face à la problématique de l'augmentation de stockage de plus de 40 fois par rapport à l'ECDSA pour la signature post-quantique, grâce à l'optimisation du processus de consensus et à la lecture mémoire à faible latence, le TPS de la blockchain résistante aux quantiques peut atteindre environ 50 % de la chaîne d'origine.
Il convient de noter que les explorations technologiques susmentionnées ont été appliquées dans la solution d'accélération intégrée matériel-logiciel - Power Zebra - lancée par ZAN, qui se concentre sur l'accélération et l'optimisation des opérateurs couramment utilisés dans les preuves à connaissance nulle, y compris le produit de points scalaires MSM, la transformation numérique NTT, la résolution de polynômes H, la preuve d'ouverture de polynômes, et plusieurs composants clés, tirant pleinement parti des ressources de calcul, de la bande passante de stockage et de la bande passante PCIe des GPU, ce qui améliore considérablement l'efficacité des calculs. Auparavant, la communauté open source zkWASM Delphinus Lab, après avoir intégré la solution d'accélération intégrée Power Zebra de ZAN, a vu ses performances de calcul GPU augmenter de plus de 20 %, établissant le record le plus élevé pour des services similaires au sein de la communauté.
Prévisions
Depuis longtemps, la communauté Ethereum s'est principalement concentrée sur diverses optimisations de la couche d'exécution, y compris l'augmentation de la limite de BlockGas, les L2, etc. Dans ce cadre, la Snarkification de la couche d'exécution a déjà été largement réalisée grâce à L2 dans la feuille de route « Rollup Centric », avec des résultats prometteurs. L'idée de Beam Chain ouvre la porte à la Snarkification de la couche de consensus. On peut croire qu'avec la proposition de Beam Chain, cela va guider et stimuler la communauté à porter son attention sur la transformation de la couche de consensus, apportant davantage d'idées passionnantes.
On peut s'attendre à ce que la Snarkification des couches de consensus et d'exécution complète ensemble le puzzle final de la Snarkification d'Ethereum, contribuant de manière significative à l'évolutivité et à la décentralisation d'Ethereum. Parallèlement, avec l'avancement de la proposition de Beam Chain, une machine virtuelle basée sur la technologie des preuves à connaissance nulle jouera un rôle central dans l'écosystème d'Ethereum. En introduisant des preuves SNARK et une cryptographie post-quantique, combinées à un seuil de mise plus bas et à un temps de confirmation de bloc plus rapide, Beam Chain apportera à Ethereum une décentralisation plus forte et une performance accrue.
Références
[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/
