Beam Chain: „Ethereum 3.0”
Recentul eveniment Devcon 2024 s-a încheiat cu mare succes, comunitatea Ethereum reunindu-se în Bangkok, unde proiectele din ecosistemul Ethereum și cele conexe au anunțat progresele și dinamica lor, aprinzând o serie de noi perspective, tendințe și planuri în întreaga lume Web3.
În special, propunerea „Ethereum 3.0” publicată de cercetătorul fondului Ethereum, Justin Drake, este cu adevărat impresionantă.
El a propus o propunere de actualizare a stratului de consens, cunoscută sub numele de „Ethereum 3.0” - Beam Chain [ 1 ]. Punctul său central este: utilizarea dovezilor de zero cunoștințe pentru a reduce sarcina de calcul și comunicare a Validatorilor, scăzând bariera pentru a deveni Validator, astfel încât mai mulți Validator să poată adera la rețea, crescând securitatea, reducând redundanța calculului și îmbunătățind eficiența generală a rețelei. În plus, Justin vrea să profite de oportunitatea transformării Snark a stratului de consens pentru a rezolva datoriile tehnologice lăsate de limitările de epocă din Beacon Chain și pentru a se pregăti pentru cerințele viitoare de securitate împotriva cuantelor.
În harta rutelor lui Vitalik de la The Verge, transformarea Ethereum în Snark (SNARKification) a fost întotdeauna o muncă importantă, incluzând transformarea stratului de consens și a stratului de execuție în dovezi de zero cunoștințe. În ultima sa interpretare [ 2 ], Vitalik a recunoscut că munca de transformare a stratului de consens este o provocare, care trebuie considerată și optimizată continuu în lucrările ulterioare. Propunerea Beam Chain poate fi văzută ca un răspuns al lui Vitalik la cum poate fi Snarkificat stratul de consens.
Beam Chain se concentrează exclusiv pe stratul de consens. Totuși, Snarkificarea stratului de consens nu înseamnă că toate părțile vor fi modificate. Inima blockchain-ului este funcția de tranziție a stării (State Transition Function), astfel că modificarea sa necesită doar Snarkificarea acestei funcții. Pentru stratul de consens, funcția de tranziție a stării include în principal trei părți, și anume funcția de tranziție pe slot, funcția de tranziție pe bloc și funcția de tranziție pe epocă. Aceste trei funcții de tranziție includ execuția algoritmului de consens și logica de Staking, propunerea de blocuri, verificarea corectitudinii rezultatelor stratului de execuție, verificarea rădăcinii Merkle Tree, verificarea/aggregarea semnăturilor de consens, calculul funcției hash, precum și operațiunile de staking și răscumpărare care implică accesul la starea de stocare a contului. Snarkificarea stratului de consens implică, de fapt, Snarkificarea operațiunilor menționate mai sus. Este demn de menționat că, în procesul de Snarkificare a stratului de consens, Ethereum va continua să pună accent pe obiectivele de descentralizare și diversitate, astfel că nu va impune în mod obligatoriu algoritmi și protocoale ZK, ci va permite Proposer-ului să aleagă.
Sursa imaginii: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGgt=8257s
Dificultatea principală: Dovada în timp real
Pentru a realiza viziunea Beam Chain, cea mai centrală dificultate este îmbunătățirea eficienței dovezilor, adică cum să comprimăm timpul de dovezi de la zeci sau chiar sute de secunde la nivelul secundelor. La workshopul ZK II [ 3 ] organizat pe 24 septembrie de AntChain OpenLabs, ZAN și Pharos, invitatul Justin a prezentat un raport intitulat „Dovada în timp real”, iar punctul său central a fost în strânsă legătură cu viziunea „Ethereum 3.0”, propunând soluții pentru a depăși blocajele de performanță. El a încurajat comunitatea să utilizeze metode de accelerare ASIC, completând întregul proces de generare a dovezilor de zero cunoștințe pe cip, cu scopul de a crește timpul de generare a dovezilor de peste zece ori în următorii câțiva ani, realizând cu adevărat Dovada în timp real.
Sprijinim performanța și aplicația tehnologiei dovezilor de zero cunoștințe: suntem mereu pe drum
AntChain OpenLabs s-a dedicat constant accelerării dovezilor ZK utilizând platforme hardware precum GPU, FPGA, ASIC, accelerând diverse sisteme ZK, inclusiv Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 și Plonky 2, formând multiple soluții de accelerare FPGA IP și GPU, cu unele operații de bază atingând un raport de accelerare de peste o sută de ori.
Raportul de accelerare obținut de unele operatori pe baza CUDA comparativ cu CPU, așa cum se arată în tabel (unu).
( tabelul unu )
Compararea performanței MSM accelerat de GPU realizat de AntChain OpenLabs cu ICICLE open-source (ambele fiind 409 0G PU), așa cum se arată în tabel (doi).
( tabelul doi )
Compararea performanței Circle FFT accelerat de GPU realizat de AntChain OpenLabs cu Stwo Prover open-source pe 16 core CPU, așa cum se arată în tabel (trei).
( tabelul trei )
În plus, AntChain OpenLabs se dedică explorării aplicațiilor de dovezi de zero cunoștințe, folosind tehnici precum multiplicarea matricilor Folding, optimizarea colaborativă GPU+CPU a protocolului Sumcheck, realizarea eficientă a curbelor eliptice etc. În condițiile a 4 GPU-uri, timpul de generare a primului token zkLLM [ 4 ][ 5 ] (implementarea originală nu includea angajamentele și deschiderea, performanța fiind testată după adăugarea angajamentelor și deschiderii, vizând modelul LLama-7 B) a fost redus de la 4 ore la aproximativ 18 minute.
AntChain OpenLabs continuă să optimizeze performanța și utilizabilitatea calculului verificabil al modelelor mari bazat pe GPU și se concentrează pe înlocuirea și optimizarea schemei de angajament, generarea de dovezi multi-token, având ca obiectiv construirea unui serviciu de calcul verificabil eficient, ușor de utilizat și prietenos cu ecologia AI, pentru a explora direcțiile posibile ale aplicației pe scară largă a tehnologiei dovezilor de zero cunoștințe, construind un pod între aplicațiile Web3 și AI.
În fața amenințării calculatoarelor cuantice, AntChain OpenLabs a efectuat explorări active, bazându-se pe OpenSSL [ 6 ] pentru a modifica o bibliotecă de criptografie post-quantum, susținând mai multe algoritmi post-quantum standardizați de NIST. De asemenea, în fața problemei expansiunii stocării cu peste 40 de ori a semnăturilor post-quantum comparativ cu ECDSA, prin procesul de consens și optimizarea citirii memoriei cu latență scăzută, TPS-ul blockchain-ului rezistent la cuantă poate ajunge la aproximativ 50% din lanțul original.
Este important de menționat că explorările tehnologice menționate anterior au fost aplicate în soluția de accelerare hardware și software lansată de ZAN - Power Zebra (https://zan.top/home/power-zebra?chInfo=ch_WZ), care se concentrează pe accelerarea și optimizarea operatorilor frecvent utilizați în dovezile de zero cunoștințe, inclusiv MSM, transformarea teoretică NTT, soluționarea polinomului H, deschiderea dovezilor polinomiale și alte componente cheie, profitând pe deplin de resursele de calcul, lățimea de bandă a stocării și lățimea de bandă PCIe ale GPU-ului, ceea ce a dus la o îmbunătățire semnificativă a eficienței calculului. Anterior, comunitatea open-source zkWASM, Delphinus Lab, a obținut o creștere de peste 20% a performanței de calcul GPU după adoptarea soluției de accelerare hardware și software Power Zebra a ZAN, stabilind un record de vârf pentru servicii similare în comunitate.
Previziuni
De mult timp, comunitatea Ethereum s-a concentrat în principal pe optimizările stratului de execuție, inclusiv creșterea BlockGasLimit, L2s și alte strategii. În cadrul acestora, Snarkificarea stratului de execuție a fost deja realizată în mare parte prin intermediul L2-ului în harta rutelor „Rollup Centric”, având rezultate semnificative. Ideea Beam Chain deschide ușa Snarkificării stratului de consens. Credem că, odată cu propunerea Beam Chain, comunitatea va fi îndrumată și stimulată să își îndrepte atenția către transformarea stratului de consens, aducând mai multe idei incitante.
Se poate anticipa că transformarea Snark a stratului de consens și a stratului de execuție va completa împreună puzzle-ul final al Snark-ului Ethereum, contribuind semnificativ la scalabilitatea și descentralizarea Ethereum. În același timp, pe măsură ce propunerea Beam Chain progresează, mașina virtuală bazată pe tehnologia dovezilor de zero cunoștințe va juca un rol central în ecosistemul Ethereum. Prin introducerea dovezilor SNARK și criptografiei post-quantice, împreună cu o barieră de stocare mai mică și timpi de confirmare a blocurilor mai rapizi, Beam Chain va aduce o descentralizare mai puternică și o performanță mai mare pentru Ethereum.
Referințe
[ 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/
