Articolo di: ZAN
Beam Chain: "Ethereum 3.0"
La recente conferenza Devcon 2024 si è conclusa con grande successo, radunando l'ecosistema Ethereum a Bangkok, dove i progetti legati a Ethereum e all'ecosistema hanno annunciato importanti progressi e dinamiche, accendendo una serie di nuove idee, tendenze e piani a livello globale per il Web3.
Particolarmente impressionante è la proposta "Ethereum 3.0" pubblicata dal ricercatore della fondazione Ethereum Justin Drake.
Ha proposto una proposta di aggiornamento del livello di consenso chiamata "Ethereum 3.0" - Beam Chain [1]. Il suo punto centrale è: utilizzare le prove a conoscenza zero per ridurre il carico computazionale e di comunicazione dei Validator, abbassare la soglia necessaria per diventare Validator, consentendo a un numero maggiore di Validator di unirsi alla rete per aumentare la sicurezza, ridurre la ridondanza computazionale e migliorare l'efficienza complessiva della rete. Inoltre, Justin desidera cogliere l'opportunità della trasformazione della Snarkificazione del livello di consenso per risolvere i debiti tecnici lasciati dalla Beacon Chain a causa delle limitazioni temporali e prepararsi per le future esigenze di sicurezza post-quantistica.
Nella tabella di marcia The Verge di Vitalik, la Snarkificazione di Ethereum (SNARKification) è già un'importante area di lavoro, che include la modifica della prova a conoscenza zero del livello di consenso e del livello di esecuzione. Nella recente interpretazione di Vitalik [2], Vitalik ha ammesso che il lavoro di modifica del livello di consenso è una sfida, che richiede una continua considerazione e ottimizzazione nel lavoro futuro. La proposta della Beam Chain può essere vista come una risposta di Vitalik su come Snarkificare il livello di consenso.
Beam Chain si concentra esclusivamente sul livello di consenso. Tuttavia, la Snarkificazione del livello di consenso non significa che tutte le parti debbano essere modificate. Il cuore della blockchain è la funzione di transizione di stato (State Transition Function), quindi la modifica di questa richiede solo la Snarkificazione della funzione di transizione di stato, che è proprio ciò in cui il ZK è specializzato. Per il livello di consenso, la funzione di transizione di stato comprende principalmente tre parti, ovvero la funzione di transizione per slot, la funzione di transizione per blocco e la funzione di transizione per epoca. Queste tre funzioni di transizione di stato includono l'esecuzione dell'algoritmo di consenso e della logica di staking, la proposta di blocchi, la verifica della correttezza dei risultati del livello di esecuzione, la verifica della radice dell'albero di Merkle, la verifica / aggregazione delle firme di consenso, il calcolo delle funzioni hash, e le operazioni di staking e riscatto che coinvolgono l'accesso allo stato di archiviazione degli account. Snarkificare il livello di consenso significa in realtà Snarkificare le operazioni sopra menzionate. È importante notare che nel percorso di Snarkificazione del livello di consenso, Ethereum continua a mettere la decentralizzazione e la diversità come priorità, quindi non richiederà forzatamente algoritmi e protocolli ZK, ma sarà a discrezione del Propositore.
Fonte dell'immagine: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg&t=8257s
Difficoltà centrale: Realtime Proving
Per realizzare la visione della Beam Chain, la difficoltà principale è migliorare l'efficienza della prova, cioè come ridurre il tempo di prova attuale che può arrivare a decine o addirittura centinaia di secondi a un livello di secondi. Il 24 settembre di quest'anno, durante il ZK Workshop II [3] organizzato congiuntamente da AntChain OpenLabs, ZAN e Pharos, l'ospite Justin ha condiviso una relazione intitolata "Realtime Proving", in cui ha presentato punti chiave in linea con la visione di "Ethereum 3.0", proponendo soluzioni per risolvere i colli di bottiglia delle prestazioni. Ha incoraggiato la comunità a utilizzare metodi di accelerazione ASIC, completando il processo completo delle prove a conoscenza zero dalla generazione di prove alla dimostrazione su chip, aumentando il tempo di generazione delle prove di oltre dieci volte nei prossimi anni, realizzando così il Realtime Proving.
Supportare le prestazioni e l'applicazione della tecnologia delle prove a conoscenza zero: siamo sempre sulla strada giusta
AntChain OpenLabs si è sempre dedicata all'accelerazione delle prove ZK utilizzando piattaforme hardware come GPU, FPGA, ASIC, accelerando vari sistemi ZK tra cui Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 e Plonky2, formando molteplici soluzioni di accelerazione FPGA IP e GPU, con alcuni operatori chiave che raggiungono rapporti di accelerazione superiori a cento volte.
Confronto del rapporto di accelerazione di alcuni operatori basati su CUDA realizzati da AntChain OpenLabs con quelli ottenuti da CPU, come mostrato nella tabella (uno).
( Tabella uno )
Confronto delle prestazioni tra MSM accelerato da GPU realizzato da AntChain OpenLabs e ICICLE open source (entrambi con GPU 4090), come mostrato nella tabella (due).
( Tabella due )
Confronto delle prestazioni tra Circle FFT accelerato da GPU realizzato da AntChain OpenLabs e Stwo Prover open source su CPU a 16 core, come mostrato nella tabella (tre).
( Tabella tre )
Inoltre, AntChain OpenLabs si dedica anche all'esplorazione dell'applicazione delle prove a conoscenza zero, utilizzando tecnologie come il prodotto di matrici Folding progettato autonomamente, l'ottimizzazione collaborativa GPU+CPU del protocollo Sumcheck e l'implementazione efficiente delle curve ellittiche nel calcolo verificabile di grandi modelli in AI+ZK, riducendo il tempo di generazione del primo token di zkLLM [4][5] (l'implementazione originale non includeva l'impegno e l'apertura, le prestazioni sono state testate dopo l'aggiunta dell'impegno e dell'apertura, per il modello LLama-7B) da 4 ore a circa 18 minuti.
AntChain OpenLabs continua a ottimizzare le prestazioni e l'usabilità del calcolo verificabile dei grandi modelli basati sull'accumulo di GPU e sta lavorando attivamente per sostituire e ottimizzare gli schemi di impegno, Folding multiistanza e generazione di prove multi-token, con l'obiettivo di costruire un servizio di calcolo verificabile efficiente, facile da usare e amichevole per l'ecosistema AI, esplorando possibili direzioni per l'applicazione su larga scala della tecnologia delle prove a conoscenza zero e costruendo un ponte di collegamento tra le applicazioni Web3 e AI.
Affrontando anche la minaccia dei computer quantistici, AntChain OpenLabs ha intrapreso esplorazioni attive, modificando una libreria crittografica post-quantistica basata su OpenSSL [6], supportando più algoritmi post-quantistici standard NIST. Allo stesso tempo, affrontando il problema dell'espansione della memoria con firme post-quantistiche superiori a 40 volte rispetto a ECDSA, attraverso il processo di consenso e l'ottimizzazione della lettura della memoria a bassa latenza, ha reso il TPS della blockchain resistente ai quanti raggiungibile circa il 50% della catena originale.
È interessante notare che le esplorazioni tecnologiche sopra menzionate sono già state applicate nella soluzione di accelerazione integrata hardware e software lanciata da ZAN - Power Zebra, che accelera e ottimizza gli operatori comunemente utilizzati nelle prove a conoscenza zero, inclusi il prodotto di punti scalari MSM, la trasformazione numerica NTT, la risoluzione di polinomi H, la prova di apertura dei polinomi e altri componenti chiave, sfruttando appieno le risorse di calcolo, la larghezza di banda di memoria e la larghezza di banda PCIe delle GPU, migliorando notevolmente l'efficienza computazionale. In precedenza, la comunità open source zkWASM Delphinus Lab, dopo aver introdotto la soluzione di accelerazione integrata di ZAN Power Zebra, ha visto un aumento delle prestazioni di calcolo GPU superiore al 20%, stabilendo un record massimo per i servizi simili nella comunità.
Previsione
Da tempo, la comunità di Ethereum si è concentrata su varie ottimizzazioni del livello di esecuzione, comprese le strategie per aumentare il BlockGasLimit, L2s e altro. In questo contesto, la Snarkificazione del livello di esecuzione è già stata completata in gran parte grazie a L2 nel piano "Rollup Centric", con significativi risultati. L'idea della Beam Chain ha aperto la porta alla Snarkificazione del livello di consenso. Si crede che con la proposta della Beam Chain, la comunità sarà guidata e stimolata a concentrare la propria attenzione sulla modifica del livello di consenso, portando a idee più eccitanti.
Si può prevedere che la Snarkificazione del livello di consenso e del livello di esecuzione completerà insieme il puzzle finale della Snarkificazione di Ethereum, contribuendo enormemente alla scalabilità e alla decentralizzazione di Ethereum. Allo stesso tempo, con l'avanzamento della proposta Beam Chain, la macchina virtuale basata sulla tecnologia delle prove a conoscenza zero giocherà un ruolo centrale nell'ecosistema di Ethereum. Introdurre prove SNARK e crittografia post-quantistica, combinato con una soglia di staking più bassa e tempi di conferma dei blocchi più rapidi, porterà a una maggiore decentralizzazione e prestazioni più elevate per Ethereum.
Riferimenti
[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/
