Judul asli: (Analisis Prospek Peningkatan Teknologi Protokol Ethereum (1): The Merge)
Sumber asli: Ebunker 中文
Sejak bulan Oktober tahun ini, salah satu pendiri Ethereum Vitalik Buterin telah menerbitkan serangkaian artikel mengenai kemungkinan masa depan protokol Ethereum, mencakup enam bagian dari peta jalan perkembangan Ethereum: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge, dan The Splurge. Artikel ini akan menginterpretasikan bagian pertama dari peta jalan (The Merge), membahas desain teknis apa yang dapat ditingkatkan dari bukti kepemilikan PoS, serta cara untuk mencapai perbaikan tersebut.
Vitalik menganggap bahwa 'The Merge' adalah peristiwa terpenting dalam sejarah protokol Ethereum sejak diluncurkan: transisi dari bukti kerja (PoW) ke bukti kepemilikan (PoS). Saat ini, Ethereum telah menjadi sistem PoS yang beroperasi stabil hampir dua tahun, dengan bukti kepemilikan yang menunjukkan kinerja sangat baik dalam stabilitas, performa, dan menghindari risiko sentralisasi. Namun, masih ada beberapa bidang penting dalam bukti kepemilikan yang perlu ditingkatkan.
Peta jalan Ethereum 2023 membaginya menjadi beberapa bagian: meningkatkan karakteristik teknis (seperti stabilitas, performa, dan aksesibilitas bagi validator yang lebih kecil), serta perubahan ekonomi untuk mengatasi risiko sentralisasi. Menurut Vitalik, artikel ini bukanlah daftar lengkap perbaikan untuk bukti kepemilikan, melainkan lebih kepada ide-ide yang sedang dipertimbangkan secara aktif.
Tujuan utama dari The Merge adalah sebagai berikut:
1. Finalitas dalam satu slot (SSF): Umumnya, blok Ethereum memerlukan waktu sekitar 15 menit untuk mencapai finalitas. Namun, dengan meningkatkan efisiensi verifikasi blok dari mekanisme konsensus Ethereum, waktu yang diperlukan untuk mencapai finalitas dapat dikurangi secara signifikan. Blok dapat diusulkan dan dicapai finalitasnya dalam slot yang sama, tanpa perlu menunggu 15 menit.
2. Mengonfirmasi dan menyelesaikan transaksi secepat mungkin, sambil mempertahankan desentralisasi
3. Meningkatkan kelayakan staking bagi staker individu
4. Meningkatkan ketahanan
5. Meningkatkan ketahanan Ethereum terhadap serangan 51% dan kemampuan pemulihan (termasuk pembalikan finalitas, pencegahan finalitas, dan sensor)
Finalitas dalam satu slot dan demokratisasi staking
Saat ini, dibutuhkan 2-3 epoch (sekitar 15 menit) untuk menyelesaikan satu blok, dan diperlukan 32 ETH untuk menjadi seorang staker. Ini awalnya adalah kompromi yang dibuat untuk mencapai keseimbangan antara tiga tujuan:
- Memaksimalkan jumlah validator yang berpartisipasi dalam staking (meminimalkan ETH yang diperlukan untuk staking);
- Meminimalkan waktu finalitas;
- Meminimalkan biaya operasional node.
Ketiga tujuan ini saling bertentangan: untuk mencapai finalitas ekonomi (yaitu penyerang perlu menghancurkan sejumlah besar ETH untuk memulihkan blok yang telah dipastikan), setiap kali finalitas terjadi, setiap validator perlu menandatangani dua pesan. Oleh karena itu, jika jumlah validator sangat banyak, perlu waktu lama untuk memproses semua tanda tangan, atau memerlukan node yang sangat kuat untuk memproses semua tanda tangan sekaligus.
Semua ini tergantung pada satu tujuan kunci bagi Ethereum: memastikan bahwa bahkan serangan yang sukses akan membawa biaya tinggi bagi penyerang. Inilah yang dimaksud dengan istilah 'finalitas ekonomi'.
Ada juga contoh negatif, di mana blockchain yang tidak memiliki 'finalitas ekonomi' (misalnya Algorand) menyelesaikan masalah ini dengan memilih komite secara acak untuk menyelesaikan setiap slot. Namun, masalah dengan pendekatan ini adalah jika penyerang benar-benar mengendalikan 51% validator, biaya serangannya sangat rendah: hanya sebagian node dalam komite yang akan terdeteksi sebagai terlibat dalam serangan dan dihukum. Ini berarti penyerang dapat menyerang rantai berulang kali.
Oleh karena itu, jika Ethereum ingin mencapai finalitas ekonomi, pendekatan sederhana berbasis komite tidak akan berfungsi, melainkan memerlukan partisipasi penuh dari semua validator.
Secara ideal, Ethereum ingin memperbaiki keadaan saat ini dalam dua aspek sambil mempertahankan finalitas ekonomi:
1. Mengakhiri blok dalam satu slot (idealnya, mempertahankan atau bahkan mengurangi panjang saat ini 12 detik), bukan 15 menit
2. Mengizinkan validator untuk melakukan staking dengan 1 ETH (dari 32 ETH menjadi 1 ETH)
Poin pertama dapat memastikan bahwa semua pengguna Ethereum dapat mendapatkan manfaat dari tingkat perlindungan keamanan yang lebih tinggi yang dicapai melalui mekanisme finalitas. Saat ini, sebagian besar pengguna tidak dapat menikmati perlindungan ini karena mereka enggan menunggu 15 menit; sementara dengan mekanisme finalitas dalam satu slot, pengguna hampir dapat melihat transaksi mereka final setelah konfirmasi. Selanjutnya, jika pengguna dan aplikasi tidak perlu khawatir tentang kemungkinan rollback rantai, maka ini menyederhanakan protokol dan infrastruktur di sekitarnya.
Poin kedua adalah untuk mendukung staker individu. Menurut beberapa jajak pendapat, faktor utama yang menghalangi individu untuk melakukan staking adalah batas minimum 32 ETH. Mengurangi batas minimum menjadi 1 ETH akan menyelesaikan masalah ini.
Saat ini ada tantangan: tujuan untuk mempercepat finalitas dan mendemokratisasi staking bertentangan dengan tujuan untuk meminimalkan biaya. Faktanya, kenyataan ini adalah alasan mengapa Ethereum tidak mengadopsi finalitas satu slot sejak awal. Namun, penelitian terbaru telah mengusulkan beberapa kemungkinan solusi untuk masalah ini.
Cara kerja:
Finalitas dalam satu slot melibatkan penggunaan algoritma konsensus untuk mencapai finalitas blok dalam satu slot. Ini sendiri bukanlah tujuan yang sulit dicapai, banyak algoritma (misalnya konsensus Tendermint) telah mencapainya.
Salah satu atribut ideal yang unik bagi Ethereum adalah (yaitu kebocoran ketidakaktifan): bahkan jika lebih dari 1/3 validator offline, atribut ini memungkinkan blockchain untuk terus berjalan dan akhirnya pulih.
Usulan finalitas dalam satu slot
Ada beberapa solusi terdepan untuk bagaimana membuat finalitas dalam satu slot berfungsi dalam situasi di mana jumlah validator sangat tinggi, tanpa menyebabkan biaya operasional node yang sangat tinggi:
Opsi satu adalah brute force, untuk mencapai protokol agregasi tanda tangan yang lebih baik, mungkin akan menggunakan ZK-SNARKs, yang akan memungkinkan pemrosesan tanda tangan dari jutaan validator dalam satu slot waktu. Misalnya, Horn adalah salah satu proposal yang diajukan untuk merancang protokol agregasi yang lebih baik.
Opsi dua adalah komite Orbit, sebuah mekanisme baru yang memungkinkan komite menengah yang dipilih secara acak untuk bertanggung jawab atas finalitas rantai, tetapi perlu mempertahankan karakter biaya serangan. Orbit memanfaatkan heterogenitas yang sudah ada dalam skala setoran validator untuk mendapatkan finalitas ekonomi sebesar mungkin, sambil tetap memberikan peran yang sesuai kepada validator kecil.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, antara rentang x=0 (komite Algorand, tanpa finalitas ekonomi) dan x=1 (keadaan Ethereum saat ini) - Orbit SSF membuka ruang tengah:
1. Di mana biaya berbuat jahat tetap tinggi, untuk memastikan keamanan yang sangat tinggi;
2. Tetapi pada saat yang sama, hanya diperlukan sampel validator acak berukuran sedang untuk berpartisipasi dalam setiap slot, mengurangi beban node.
Opsi tiga adalah staking ganda, sebuah mekanisme dengan dua jenis staker, satu jenis staker dengan persyaratan setoran yang lebih tinggi, dan satu jenis staker dengan persyaratan setoran yang lebih rendah. Hanya tingkat yang memiliki persyaratan setoran yang lebih tinggi yang akan langsung terlibat dalam menyediakan finalitas ekonomi. Terkait dengan hak dan kewajiban yang harus dimiliki oleh tingkat setoran yang lebih rendah, berbagai proposal telah diajukan, termasuk:
- Hak untuk mendelegasikan staking kepada pemegang hak yang lebih tinggi;
- Secara acak memilih staker tingkat rendah untuk membuktikan dan memastikan setiap blok;
- Hak untuk menghasilkan daftar inklusi, dll.
Setiap solusi memiliki kelebihan dan kekurangan serta pertimbangan yang perlu diperhatikan untuk pengalaman keamanan Ethereum dan atribut sentralisasi staking: brute force meskipun dapat menyelesaikan masalah, memerlukan aggregasi tanda tangan dalam waktu yang sangat singkat, yang sangat sulit secara teknis; komite Orbit perlu memverifikasi keamanan dan karakternya, serta melakukan formalisasi dan implementasi; mekanisme staking ganda menghadapi risiko sentralisasi, yang sangat bergantung pada hak spesifik yang diperoleh oleh tingkat staking yang lebih rendah.
Selain finalitas pada satu slot, pemilihan pemimpin rahasia tunggal juga merupakan masalah penting dalam sistem bukti kepemilikan Ethereum. Saat ini, validator mana yang akan mengusulkan blok berikutnya dapat diketahui sebelumnya, yang menimbulkan celah keamanan, penyerang dapat memantau jaringan, menentukan validator mana yang sesuai dengan alamat IP mana, dan melancarkan serangan DoS ketika validator hampir mengusulkan blok.
Metode terbaik untuk menyelesaikan masalah ini adalah menyembunyikan informasi tentang validator mana yang akan menghasilkan blok berikutnya, setidaknya sampai informasi tersebut disembunyikan sebelum blok sebenarnya dihasilkan.
Pemilihan pemimpin rahasia tunggal
Saat ini, validator mana yang akan mengusulkan blok berikutnya dapat diketahui sebelumnya, yang menimbulkan celah keamanan: penyerang dapat memantau jaringan, menentukan validator mana yang sesuai dengan alamat IP mana, dan melancarkan serangan DoS ketika validator hampir mengusulkan blok.
Protokol pemilihan pemimpin rahasia tunggal menciptakan ID validator 'buta' untuk setiap validator dengan menggunakan beberapa teknik kriptografi, kemudian memberi banyak pengusul kesempatan untuk mengatur ulang dan membuta kembali kolam ID buta, sehingga menyelesaikan masalah ini.
Namun, mewujudkan protokol pemilihan pemimpin rahasia tunggal yang cukup sederhana bukanlah hal yang mudah.
Kesederhanaan protokol Ethereum sangat penting, dan tidak ingin menambah kompleksitas lebih lanjut. SSLE yang disederhanakan menggunakan tanda tangan cincin hanya membutuhkan beberapa ratus baris kode spesifikasi, dan memperkenalkan asumsi baru dalam kriptografi yang kompleks.
Bagaimana mewujudkan SSLE yang tahan kuantum dengan cukup efektif juga menjadi masalah. Pada akhirnya, mungkin hanya ketika kita berani mencoba dan memperkenalkan mekanisme yang mengeksekusi bukti nol yang umum dalam protokol Ethereum L1 karena alasan lain, 'kompleksitas tambahan marginal' SSLE yang cukup rendah baru akan muncul.
Selain itu, konfirmasi transaksi yang lebih cepat juga merupakan salah satu masalah yang perlu diselesaikan oleh sistem bukti kepemilikan Ethereum.
Memperpendek waktu konfirmasi transaksi Ethereum (dari 12 detik menjadi 4 detik) adalah hal yang berharga. Melakukannya akan memperbaiki pengalaman pengguna L1 dan berbasis rollup secara signifikan, serta membuat protokol DeFi lebih efisien. Ini juga akan membuat L2 lebih terdesentralisasi, karena akan memungkinkan banyak aplikasi L2 beroperasi di atas rollup, sehingga mengurangi kebutuhan L2 untuk membangun pengurutan berbasis komite mereka sendiri yang terdesentralisasi.
Secara garis besar ada dua teknologi: mengurangi waktu slot menjadi 8 detik atau 4 detik; membiarkan pengusul melakukan pra-konfirmasi selama satu slot. Namun, saat ini belum jelas tentang kelayakan mengurangi waktu slot.
Bahkan hari ini, di banyak daerah di dunia, staker mengalami kesulitan untuk mendapatkan bukti dengan cukup cepat. Upaya waktu slot 4 detik berisiko terpusat pada kumpulan validator, dan menjadi validator di luar beberapa daerah dengan keunggulan geografis adalah tidak praktis karena latensi.
Kelemahan metode pra-konfirmasi yang diusulkan adalah bahwa ia dapat secara signifikan memperbaiki waktu inklusi rata-rata, tetapi tidak dapat memperbaiki kasus terburuk. Selain itu, ada masalah yang belum terpecahkan mengenai bagaimana mendorong pra-konfirmasi.
Menghadapi ancaman komputasi kuantum di masa depan, Ethereum perlu secara aktif mengembangkan alternatif tahan serangan kuantum. Setiap bagian protokol Ethereum yang saat ini bergantung pada kurva eliptik perlu memiliki beberapa alternatif berbasis hash atau lainnya yang tahan kuantum. Ini membuktikan bahwa konservatisme dalam asumsi kinerja seputar desain bukti kepemilikan adalah wajar, dan merupakan alasan untuk lebih aktif mengembangkan alternatif tahan serangan kuantum.
Ringkasan
Sistem bukti kepemilikan Ethereum dipenuhi dengan tantangan dalam perjalanan evolusi teknologinya. Karena ambang batas staking Ethereum yang cukup tinggi, penyedia layanan staking yang dipimpin oleh Lido telah menjadi pilihan utama untuk staking node Ethereum, dan skema staking ganda juga memiliki risiko sentralisasi dalam tingkat tertentu. Untuk mengatasi tantangan ini, finalitas dalam satu slot waktu, demokratisasi staking, pemilihan pemimpin rahasia tunggal, konfirmasi transaksi yang lebih cepat, serta pengembangan alternatif yang tahan terhadap serangan kuantum, adalah masalah penting yang perlu ditangani oleh Ethereum.
Vitalik telah melakukan pemikiran menyeluruh tentang peningkatan 'The Merge' dan mengusulkan sebanyak mungkin kombinasi solusi teknis, mendiskusikan potensi desain teknologi bukti kepemilikan Ethereum, serta jalur peningkatan teknis yang mungkin dapat dilakukan saat ini.
Dalam proses peningkatan teknis, Ethereum masih berusaha untuk terus mengeksplorasi dan berinovasi, mempertimbangkan dan memilih antara berbagai solusi teknis untuk menemukan jalur pengembangan yang paling sesuai, mencapai tingkat keamanan, kinerja, dan desentralisasi yang lebih tinggi.
Tautan asli
Selamat datang di komunitas resmi BlockBeats:
Grup langganan Telegram: https://t.me/theblockbeats
Grup Telegram: https://t.me/BlockBeats_App
Akun Twitter resmi: https://twitter.com/BlockBeatsAsia
