Beam Chain: “Ethereum 3.0”
La recente Devcon 2024, appena conclusa, è stata un grande evento, con l'ecosistema Ethereum riunito a Bangkok, dove Ethereum e progetti correlati hanno rilasciato importanti aggiornamenti e dinamiche, accendendo una serie di nuove idee, tendenze e piani a livello globale per Web3.
Particolarmente impressionante è il piano proposto dal ricercatore della Ethereum Foundation, Justin Drake, per “Ethereum 3.0”.
Ha proposto un aggiornamento del layer di consenso chiamato “Ethereum 3.0” -- Beam Chain [ 1 ]. Il punto centrale è: utilizzare le prove a conoscenza zero per ridurre il carico computazionale e comunicativo dei Validator, abbassando la soglia necessaria per diventare Validator, consentendo a più Validator di unirsi alla rete per aumentare la sicurezza, ridurre la ridondanza computazionale e migliorare l'efficienza complessiva della rete. Inoltre, Justin vuole sfruttare l'opportunità della trasformazione del layer di consenso in Snark per affrontare i debiti tecnici lasciati dai limiti temporali nella Beacon Chain e prepararsi per le future esigenze di sicurezza post-quantistica.
Nella roadmap di Vitalik di The Verge, la Snarkificazione di Ethereum (SNARKification) è già un lavoro importante che prevede la trasformazione delle prove a conoscenza zero per il layer di consenso e il layer di esecuzione. Nella recente interpretazione di Vitalik [ 2 ], lui ha ammesso che il lavoro di trasformazione del layer di consenso è una sfida che richiede considerazione e ottimizzazione continua nel lavoro futuro. La proposta di Beam Chain può essere vista come una risposta di Vitalik su come Snarkificare il layer di consenso.
Beam Chain si concentra esclusivamente sul layer di consenso. Tuttavia, la Snarkificazione del layer di consenso non implica la modifica di tutte le parti. Il cuore della blockchain è la funzione di transizione di stato (State Transition Function), quindi la modifica richiede solo la Snarkificazione della funzione di transizione di stato, che è esattamente ciò in cui le ZK eccellono. Per il layer di consenso, la funzione di transizione di stato comprende principalmente tre parti: funzione di transizione per slot, funzione di transizione per blocco e funzione di transizione per epoca. In queste tre funzioni di transizione di stato si trovano l'esecuzione dell'algoritmo di consenso e della logica di staking, la proposta di blocco, la verifica della correttezza dei risultati del layer di esecuzione, la verifica della radice dell'albero di Merkle, la verifica / aggregazione delle firme di consenso, il calcolo della funzione hash, e le operazioni di staking e riscatto riguardanti l'accesso allo stato di archiviazione degli account. La Snarkificazione del layer di consenso consiste quindi nella Snarkificazione delle operazioni sopra descritte. Vale la pena notare che, nella strada per Snarkificare il layer di consenso, Ethereum continuerà a mettere al primo posto gli obiettivi di decentralizzazione e diversità, quindi non imporrà obbligatoriamente algoritmi e protocolli ZK, lasciando la scelta al Proposer.
Fonte dell'immagine: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGgt=8257s
Punto critico: Prova in tempo reale
Per realizzare la visione di Beam Chain, la sfida principale è migliorare l'efficienza della prova, ovvero come comprimere il tempo di prova attuale di decine o addirittura centinaia di secondi a pochi secondi. Durante il ZK Workshop II [ 3 ] tenutosi il 24 settembre di quest'anno, co-organizzato da AntChain OpenLabs, ZAN e Pharos, il relatore Justin ha presentato un rapporto intitolato “Prova in tempo reale”, le cui idee centrali erano in linea con la visione di “Ethereum 3.0”, proponendo soluzioni per superare i colli di bottiglia delle prestazioni. Ha incoraggiato la comunità a utilizzare metodi di accelerazione ASIC, completando l'intero processo delle prove a conoscenza zero dalla generazione di prove alla dimostrazione su chip, mirando a migliorare il tempo di generazione delle prove di oltre dieci volte nei prossimi anni, realizzando così la Prova in tempo reale.
Supportare le prestazioni e l'applicazione della tecnologia delle prove a conoscenza zero: siamo sempre sulla buona strada
AntChain OpenLabs è costantemente impegnata ad accelerare le prove ZK utilizzando piattaforme hardware come GPU, FPGA, ASIC, accelerando vari sistemi ZK tra cui Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 e Plonky 2, formando diverse soluzioni di accelerazione FPGA IP e GPU, con alcuni operatori centrali che raggiungono oltre cento volte di accelerazione.
Rapporto di accelerazione di alcuni operatori basati su CUDA di AntChain OpenLabs rispetto alla CPU, come mostrato nella Tabella (1).
( Tabella 1 )
Confronto delle prestazioni tra MSM accelerato da GPU realizzato da AntChain OpenLabs e ICICLE open source (entrambi 409 0G PU), come mostrato nella Tabella (2).
( Tabella 2 )
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 (3).
( Tabella 3 )
Inoltre, AntChain OpenLabs è impegnata nell'esplorazione delle applicazioni delle prove a conoscenza zero, utilizzando tecnologie come la moltiplicazione di matrici Folding, l'ottimizzazione della cooperazione GPU+CPU del protocollo Sumcheck e l'implementazione efficiente delle curve ellittiche, 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 di impegno e apertura, riguardanti il modello LLama-7 B) da 4 ore a circa 18 minuti sotto 4 GPU.
AntChain OpenLabs continua a ottimizzare le prestazioni e l'usabilità del calcolo verificabile dei grandi modelli sulla base dell'accumulo di GPU, concentrandosi su sostituzioni e ottimizzazioni dei piani 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 che colleghi le applicazioni Web3 e AI.
Affrontando anche la minaccia dei computer quantistici, AntChain OpenLabs ha anche condotto esplorazioni attive, modificando un libreria crittografica post-quantistica basata su OpenSSL [ 6 ], supportando più algoritmi post-quantistici standard NIST. Inoltre, affrontando il problema dell'espansione della memoria di oltre 40 volte rispetto all'ECDSA per le firme post-quantistiche, attraverso processi di consenso e ottimizzazioni di lettura della memoria a bassa latenza, la TPS della blockchain resistente ai quanti può raggiungere circa il 50% della catena originale.
Vale la pena notare che le esplorazioni tecnologiche sopra menzionate sono state applicate nella soluzione accelerata integrata Power Zebra lanciata da ZAN (https://zan.top/home/power-zebra?chInfo=ch_WZ), che accelera e ottimizza gli operatori comunemente utilizzati per le prove a conoscenza zero, tra cui la moltiplicazione di punti scalari MSM, la trasformazione numerica NTT, la risoluzione di polinomi H, e la prova di apertura di polinomi, sfruttando appieno le risorse computazionali della GPU, la larghezza di banda di archiviazione e la larghezza di banda PCIe, migliorando significativamente l'efficienza operativa. In precedenza, la comunità open source zkWASM Delphinus Lab, dopo aver introdotto la soluzione accelerata integrata Power Zebra di ZAN, ha ottenuto un aumento delle prestazioni di calcolo GPU superiore al 20%, creando il record più alto di servizi simili nella comunità.
Previsione
A lungo, la comunità di Ethereum si è concentrata su varie ottimizzazioni del layer di esecuzione, inclusi aumenti del BlockGasLimit e strategie come L2s. In questo contesto, la Snarkificazione del layer di esecuzione ha già completato la maggior parte del lavoro grazie alla roadmap “Rollup Centric”, con risultati significativi. L'idea di Beam Chain, invece, ha aperto la porta alla Snarkificazione del layer di consenso. Si crede che con la proposta di Beam Chain, la comunità sarà guidata e ispirata a concentrare l'attenzione sulla trasformazione del layer di consenso, portando a idee più entusiasmanti.
È prevedibile che la Snarkificazione del layer di consenso e del layer di esecuzione completerà insieme il puzzle finale della Snarkificazione di Ethereum, contribuendo enormemente alla scalabilità e alla decentralizzazione di Ethereum. Inoltre, con l'avanzamento della proposta Beam Chain, la macchina virtuale basata sulla tecnologia delle prove a conoscenza zero assumerà un ruolo centrale nell'ecosistema di Ethereum. Introducendo prove SNARK e crittografia post-quantistica, combinando soglie di staking più basse e tempi di conferma dei blocchi più rapidi, Beam Chain porterà una maggiore decentralizzazione e prestazioni superiori a 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/
