Titlul original: (Analiza perspectivei de actualizare tehnică a protocolului Ethereum (1): The Merge)
Sursa originală: Ebunker 中文
Din octombrie, co-fondatorul Ethereum, Vitalik Buterin, a publicat o serie de articole despre posibilele viitoruri ale protocolului Ethereum, acoperind cele șase părți ale foii de parcurs pentru dezvoltarea Ethereum: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge și The Splurge. Acest articol va interpreta prima parte a foii de parcurs (The Merge), explorând ce designuri tehnice pentru PoS pot fi îmbunătățite și căile de realizare a acestor îmbunătățiri.
Vitalik consideră că „fuzionarea” se referă la cel mai important eveniment din istoria protocolului Ethereum de la lansarea sa: tranziția de la PoW la PoS. Astăzi, Ethereum a devenit un sistem PoS stabil în funcționare de aproape doi ani, iar această dovadă a mizei a excelat în stabilitate, performanță și evitarea riscurilor de centralizare. Cu toate acestea, dovada mizei are încă câteva domenii importante care necesită îmbunătățiri.
Foia de parcurs a Ethereum pentru 2023 o împărțește în mai multe părți: îmbunătățirea caracteristicilor tehnice (de exemplu, stabilitate, performanță și accesibilitate pentru validatori mai mici) și modificări economice pentru a face față riscurilor de centralizare. Conform lui Vitalik, acest articol nu este o listă exhaustivă de îmbunătățiri pentru dovada mizei, ci mai degrabă o serie de idei care sunt în prezent în curs de evaluare activă.
Obiectivele principale ale fuziunii sunt următoarele:
1. Determinarea finalității într-un singur interval (SSF): În general, un bloc Ethereum necesită aproximativ 15 minute pentru a fi finalizat. Totuși, poate fi redus semnificativ timpul necesar finalizării prin creșterea eficienței mecanismului de consens al Ethereum în validarea blocurilor. Blocurile pot fi propuse și finalizate în același interval, fără a aștepta 15 minute.
2. Confirmarea și finalizarea tranzacțiilor cu cea mai mare viteză, menținând în același timp descentralizarea
3. Creșterea viabilității mizei individuale
4. Creșterea robustetei
5. Creșterea capacității Ethereum de a rezista și de a se recupera în fața atacurilor de 51% (inclusiv inversarea și prevenirea finalității, precum și cenzura)
Determinarea finalității într-un singur interval și democratizarea mizei
În prezent, sunt necesare 2-3 epoch-uri (aproximativ 15 minute) pentru a finaliza un bloc și este nevoie de 32 ETH pentru a deveni validator. Acesta a fost inițial un compromis realizat pentru a obține un echilibru între trei obiective:
- Maximizați numărul de validatori care participă la miză (minimizați ETH necesar pentru miză);
- Minimizați timpul de finalitate;
- Minimizați cheltuielile pentru operarea nodurilor.
Aceste trei obiective sunt în conflict: pentru a realiza finalitate economică (adică atacatorii trebuie să distrugă o cantitate mare de ETH pentru a restabili un bloc finalizat), la fiecare finalizare, fiecare validator trebuie să semneze două mesaje. Prin urmare, dacă numărul de validatori este mare, fie va dura mult timp pentru a procesa toate semnăturile, fie va necesita noduri foarte puternice pentru a procesa simultan toate semnăturile.
Totul depinde de un obiectiv cheie al Ethereum: asigurarea că chiar și atacurile de succes ar genera costuri ridicate pentru atacator. Acesta este sensul termenului „finalitate economică”.
Există și exemple contrare, modul în care blockchain-urile care nu dispun de „finalitate economică” (de exemplu, Algorand) rezolvă această problemă este prin alegerea aleatorie a unui comitet pentru a finaliza fiecare interval. Problema cu această metodă este că, dacă atacatorul controlează cu adevărat 51% din validatori, costul atacului este extrem de scăzut: doar o parte dintre nodurile din comitet vor fi detectate ca fiind implicate în atac și vor fi penalizate. Acest lucru înseamnă că atacatorul poate ataca repetat lanțul.
Prin urmare, dacă Ethereum dorește să realizeze finalitate economică, atunci metoda simplă bazată pe comitete nu este viabilă, ci este necesară participarea întregului set de validatori.
Ideal, Ethereum speră să îmbunătățească situația actuală în două aspecte, menținând în același timp finalitatea economică:
1. Finalizarea unui bloc într-un interval (slot) (ideal, menținând sau chiar reducând lungimea actuală de 12 secunde), mai degrabă decât 15 minute
2. Permiteți validatoarelor să mizeze cu 1 ETH (de la 32 ETH la 1 ETH)
Primul punct poate asigura că toți utilizatorii Ethereum beneficiază de un nivel mai înalt de securitate realizat prin mecanisme de finalitate. În prezent, majoritatea utilizatorilor nu pot beneficia de această protecție, deoarece nu doresc să aștepte 15 minute; iar prin mecanismul de determinare a finalității într-un singur interval, utilizatorii pot vedea aproape imediat confirmarea tranzacției după ce aceasta a fost realizată. În al doilea rând, dacă utilizatorii și aplicațiile nu trebuie să se îngrijoreze de posibilitatea revenirii lanțului, acest lucru simplifică protocolul și infrastructura din jur.
Punctul doi este pentru a sprijini validatorii individuali. Conform mai multor sondaje, principalul factor care împiedică miza individuală este limita minimă de 32 ETH. Reducerea limitei minime la 1 ETH va rezolva această problemă.
În prezent, există o provocare: obiectivele de determinare mai rapidă a finalității și democratizarea mizei intră în conflict cu obiectivul de minimizare a cheltuielilor. De fapt, acest fapt este motivul pentru care Ethereum nu a adoptat inițial determinarea finalității într-un singur interval. Cu toate acestea, cercetările recente au propus câteva soluții pentru a aborda această problemă.
Mod de funcționare:
Determinarea finalității într-un singur interval implică utilizarea unui algoritm de consens pentru a finaliza blocurile într-un singur slot. Acesta nu este un obiectiv imposibil de realizat; multe algoritmi (de exemplu, consensul Tendermint) au realizat deja acest lucru.
O caracteristică ideală unică a Ethereum este (adică scurgerile de inactivitate): chiar și dacă mai mult de 1/3 din validatori sunt offline, această caracteristică permite blockchain-ului să continue să funcționeze și să își revină în cele din urmă.
Propunerea de determinare a finalității într-un singur interval
Există câteva soluții de vârf pentru cum să facă determinarea finalității într-un singur interval să funcționeze în condiții de număr foarte ridicat de validatori, fără a genera cheltuieli extrem de mari pentru operatorii de noduri:
Opțiunea unu este forța brută, realizarea unui protocol de agregare a semnăturilor mai bun, care ar putea folosi ZK-SNARKs, ceea ce ar permite procesarea semnăturilor a milioane de validatori într-un singur interval. De exemplu, Horn a fost propus ca una dintre propunerile pentru a proiecta un protocol de agregare mai bun.
Opțiunea doi este comitetul Orbit, un nou mecanism care permite unui comitet mediu ales aleatoriu să fie responsabil pentru finalitatea lanțului, dar care trebuie să păstreze caracteristicile costului atacului. Orbit utilizează heterogenitatea preexistentă în dimensiunea depozitului validatorilor pentru a obține cât mai multă finalitate economică posibilă, în timp ce continuă să ofere roluri corespunzătoare validatorilor mici.
După cum se arată în imaginea de mai jos, între intervalele x=0 (comitetul Algorand, fără finalitate economică) și x=1 (situația actuală a Ethereum) - Orbit SSF deschide o zonă intermediară:
1. Acolo, costul de a comite acte rele este încă foarte mare, pentru a asigura o securitate extrem de ridicată;
2. Însă, în același timp, este necesar ca un eșantion aleatoriu de validatori de dimensiuni medii să participe în fiecare interval, pentru a reduce sarcina asupra nodurilor.
Opțiunea trei este miza în două straturi, un mecanism cu două tipuri de validatori, un tip având cerințe de depozit mai mari, iar celălalt tip având cerințe de depozit mai mici. Numai nivelul cu cerințe de depozit mai mari va participa direct la furnizarea finalității economice. În ceea ce privește drepturile și responsabilitățile pe care ar trebui să le aibă nivelurile inferioare de depozit, au fost propuse diverse propuneri, inclusiv:
- Dreptul de a delega miza către deținători mai avansați de drepturi;
- Extrageți aleatoriu validatori de nivel inferior pentru a valida și finaliza fiecare bloc;
- Dreptul de a genera o listă de includere etc.
Fiecare soluție are avantaje și dezavantaje, precum și compromisuri necesare pentru experiența de securitate și a caracterului centralizat al mizei Ethereum: forța brutală poate rezolva problema, dar necesită agregarea rapidă a unui număr mare de semnături, ceea ce este extrem de dificil din punct de vedere tehnic; comitetul Orbit trebuie să își valideze securitatea și caracteristicile, precum și să fie formalizat și implementat; mecanismul de mize în două straturi se confruntă cu riscuri de centralizare, iar riscurile depind în mare măsură de drepturile specifice obținute de nivelul de miză inferior.
Pe lângă determinarea finalității într-un singur interval, alegerea unui lider secret unic este, de asemenea, o problemă importantă în sistemul de dovadă a mizei Ethereum. În prezent, care validator va propune următorul bloc poate fi cunoscut dinainte, ceea ce generează o vulnerabilitate de securitate, atacatorii putând monitoriza rețeaua, determinând care validatori corespund căror adrese IP și lansând atacuri DoS asupra validatorilor chiar înainte ca aceștia să propună un bloc.
Cea mai bună soluție pentru a rezolva această problemă este de a ascunde informațiile despre care validator va genera următorul bloc, cel puțin până când blocul este generat efectiv.
Alegerea unui lider secret unic
În prezent, care validator va propune următorul bloc poate fi cunoscut dinainte, ceea ce generează o vulnerabilitate de securitate: atacatorii pot monitoriza rețeaua, determinând care validatori corespund căror adrese IP, și pot lansa atacuri DoS asupra validatorilor chiar înainte ca aceștia să propună un bloc.
Protocolul de alegere a unui lider secret unic creează un ID de validator „orb” pentru fiecare validator prin utilizarea unor tehnologii criptografice, apoi permite multor propunători să aibă ocazia de a reorganiza și re-orbita piscina de ID-uri orb, rezolvând astfel această problemă.
Cu toate acestea, realizarea unui protocol de alegere a unui lider secret unic suficient de simplu nu este o sarcină ușoară.
Simplitatea protocolului Ethereum este esențială și nu se dorește creșterea complexității sale. SSLE simplificat (Simplified SSLE using ring signatures) a utilizat doar câteva sute de linii de cod de specificație și a introdus noi ipoteze în criptografia complexă.
Cum să realizăm un SSLE rezistent la atacurile cuantice suficient de eficient este, de asemenea, o problemă. Este posibil să apară situația în care doar dacă ne asumăm riscuri și încercăm să introducem un mecanism de executare a dovezilor zero-știute în protocolul Ethereum L1, „complexitatea marginală suplimentară” a SSLE-ului va scădea la un nivel suficient de scăzut.
În plus, confirmarea mai rapidă a tranzacțiilor este, de asemenea, una dintre problemele pe care sistemul de dovadă a mizei Ethereum trebuie să le rezolve.
Reducerea timpului de confirmare a tranzacțiilor Ethereum (de la 12 secunde la 4 secunde) este valoroasă. Acest lucru va îmbunătăți semnificativ experiența utilizatorilor L1 și celor bazate pe rollup-uri, făcând în același timp protocoalele DeFi mai eficiente. De asemenea, va permite L2-urilor să fie mai descentralizate, deoarece va permite unui număr mare de aplicații L2 să funcționeze pe rollup-uri, reducând astfel necesitatea L2-urilor de a construi propriile ordonări descentralizate bazate pe comitete.
Există aproximativ două tipuri de tehnici: reducerea timpului de slot la 8 secunde sau 4 secunde; permiterea propunătorilor să publice pre-confirmări în timpul unui singur slot. Cu toate acestea, viabilitatea reducerii timpului de slot nu este încă clară.
Chiar și astăzi, în multe regiuni din lume, validatorii au dificultăți să obțină dovezi suficient de repede. O tentativă de 4 secunde pentru timpul slot-ului are riscuri de centralizare a grupului de validatori, iar din cauza întârzierilor, a deveni validator în afara câtorva regiuni privilegiat din punct de vedere geografic este nerealist.
Punctul slab al metodei de pre-confirmare a propunerilor este că aceasta poate îmbunătăți semnificativ timpul de includere în medie, dar nu poate îmbunătăți situația din cel mai rău caz. În plus, există o problemă nerezolvată legată de modul de a stimula pre-confirmarea.
În fața amenințărilor posibile ale calculatoarelor cuantice, Ethereum trebuie să dezvolte activ alternative rezistente la atacuri cuantice. Fiecare parte a protocolului Ethereum care se bazează pe curbe eliptice trebuie să aibă câteva alternative bazate pe hash sau pe alte metode rezistente la atacuri cuantice. Acest lucru demonstrează că este rezonabil să fim prudenți în ipotezele de performanță în jurul designului dovezii de miză și este motivul pentru care trebuie să dezvoltăm mai activ alternative rezistente la atacuri cuantice.
Concluzie
Sistemul de dovadă a mizei Ethereum este plin de provocări pe calea evoluției tehnice. Deoarece pragul de mize de sine stătător pentru Ethereum este relativ ridicat, furnizorii de servicii de mize, conduși de Lido, au devenit alegerile preferate pentru miza nodurilor Ethereum, iar schemele de mize în două straturi au și ele un anumit grad de risc de centralizare. Pentru a face față acestor provocări, finalitatea în cadrul unui interval, democratizarea mizei, alegerea unui lider secret unic, confirmarea mai rapidă a tranzacțiilor și dezvoltarea unor alternative rezistente la atacuri cuantice sunt toate probleme importante pe care Ethereum trebuie să le abordeze.
Vitalik a reflectat pe larg asupra upgrade-ului „The Merge” și a propus cât mai multe combinații de soluții tehnice, discutând despre potențialul designului tehnic al dovezii de miză Ethereum PoS și despre posibilele căi de upgrade tehnic viabile în prezent.
Pe parcursul procesului de upgrade tehnologic, Ethereum continuă să exploreze și să inoveze, făcând compromisuri și alegeri între diferite soluții tehnice pentru a găsi calea de dezvoltare cea mai potrivită, realizând un nivel mai ridicat de securitate, performanță și descentralizare.
Link original
Bine ați venit în comunitatea oficială BlockBeats:
Grup de abonare Telegram: https://t.me/theblockbeats
Grup Telegram: https://t.me/BlockBeats_App
Contul oficial Twitter: https://twitter.com/BlockBeatsAsia
