Автор: ZAN
Beam Chain: «Ethereum 3.0»
Только что завершившаяся конференция 2024 Devcon прошла с большим размахом, экосистема Ethereum собралась в Бангкоке, где были представлены последние достижения и динамика Ethereum и связанных с ним экосистемных проектов, инициировавшие новые идеи, новые тенденции и новые планы для глобального Web3.
Особое впечатление произвело предложение «Ethereum 3.0», представленное исследователем фонда Ethereum Джастином Дрейком.
Он предложил обновление слоя консенсуса, называемое сообществом «Ethereum 3.0» — Beam Chain [1]. Его основная идея заключается в том, чтобы уменьшить вычислительную и коммуникационную нагрузку на валидаторов с помощью нулевых знаний, снизить порог для становления валидатором, позволяя большему количеству валидаторов присоединиться к сети для повышения безопасности, уменьшения избыточности вычислений и повышения общей эффективности сети. Кроме того, Джастин также хочет воспользоваться возможностью преобразования слоя консенсуса Snark, чтобы решить технические долги, оставшиеся из-за ограничения времени в цепи Beacon, и подготовиться к будущим требованиям по квантовой безопасности.
В дорожной карте The Verge Виталика реализация Snark на Ethereum (SNARKification) изначально была одной из важнейших задач, которая включает в себя модификацию слоя консенсуса и слоя исполнения с помощью нулевых знаний. В последнем интерпретации Виталика [2] он откровенно признал, что работа по модификации слоя консенсуса является вызовом, требующим постоянного внимания и оптимизации в будущем. Предложение Beam Chain можно рассматривать как ответ Виталика на вопрос, как реализовать Snark на слое консенсуса.
Beam Chain сосредоточен исключительно на слое консенсуса. Однако реализация Snark на слое консенсуса не означает, что все части должны быть модифицированы. Основой блокчейна является функция перехода состояния (State Transition Function), поэтому для ее модификации необходимо лишь реализовать Snark для этой функции перехода состояния, что является областью, в которой ZK преуспевает. Для слоя консенсуса функция перехода состояния включает три основных компонента: функцию перехода на слот, функцию перехода на блок и функцию перехода на эпоху. Эти три функции перехода состояния включают выполнение алгоритма консенсуса и логику стейкинга, предложение блоков, проверку правильности результатов на слое исполнения, проверку корня дерева Меркла, проверку/агрегацию подписей консенсуса, вычисление хеш-функции, а также операции стейкинга и выкупа, связанные с доступом к состоянию хранения учетной записи. Реализация Snark на слое консенсуса на самом деле сводится к реализации Snark для вышеуказанных операций. Следует отметить, что в процессе реализации Snark на слое консенсуса Ethereum по-прежнему ставит на первое место цели децентрализации и разнообразия, поэтому не будет обязательного требования к алгоритмам и протоколам ZK, а выбор будет предоставлен самому Предложителю.
Источник изображения: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg&t=8257s
Ключевая проблема: Realtime Proving
Чтобы реализовать концепцию Beam Chain, самой главной задачей является повышение эффективности доказательства, т.е. как сократить время доказательства, которое в настоящее время составляет десятки, а иногда и сотни секунд, до секундного уровня. На ZK Workshop II, проведенном 24 сентября этого года совместно AntChain OpenLabs, ZAN и Pharos [3], гость Джастин поделился докладом под названием «Realtime Proving», в котором он представил основные идеи, связанные с концепцией «Ethereum 3.0», предложив решения для устранения узких мест в производительности. Он призвал сообщество использовать методы ускорения ASIC, чтобы завершить весь процесс генерации доказательства от генерации до доказательства на чипе, что позволит в ближайшие годы увеличить время генерации доказательства более чем в десять раз и реально достичь Realtime Proving.
Содействие производительности и применению технологий нулевых знаний: мы все еще в пути
AntChain OpenLabs постоянно работает над ускорением ZK-доказательств с использованием аппаратных платформ, таких как GPU, FPGA и ASIC, ускоряя различные ZK-системы, включая Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 и Plonky2, создавая несколько решений для FPGA IP и GPU-ускорения, при этом некоторые ключевые операторы достигают более ста раз ускорения.
Относительное ускорение некоторых операторов AntChain OpenLabs на базе CUDA по сравнению с CPU, как показано в таблице (I).
( Таблица I )
Сравнение производительности GPU-ускоренного MSM, реализованного AntChain OpenLabs, и открытого ICICLE (оба на 4090GPU), как показано в таблице (II).
( Таблица II )
Сравнение производительности GPU-ускоренного Circle FFT, реализованного AntChain OpenLabs, и открытого Stwo Prover на 16-ядерном CPU, как показано в таблице (III).
( Таблица III )
Кроме того, AntChain OpenLabs также сосредоточилась на исследовании применения нулевых знаний, в области AI+ZK, применяя разработанные самостоятельно технологии, такие как оптимизация GPU+CPU для протоколов Folding и Sumcheck, эффективная реализация эллиптических кривых и т.д., сократив время генерации первого токена zkLLM [4][5] (изначальная реализация не включает обещания и открытие, производительность была протестирована после добавления обещаний и открытий, ориентированного на модель LLama-7B) с 4 часов до примерно 18 минут на 4 GPU.
AntChain OpenLabs постоянно оптимизирует производительность и удобство проверяемых вычислений большого масштаба на основе накопленного опыта в области GPU, и продолжает работать над заменой и оптимизацией схем обещаний, многими экземплярами Folding, многими токенами генерации доказательств, с целью создать эффективную, удобную, дружественную к AI экосистему проверяемых вычислений, исследовать возможные направления для массового применения технологий нулевых знаний, построить мост между Web3 и AI-приложениями.
С учетом угрозы со стороны квантовых компьютеров, AntChain OpenLabs также активно исследует эту область, модифицируя библиотеку криптографии на базе OpenSSL [6] для поддержки нескольких постквантовых алгоритмов, соответствующих стандартам NIST. При этом, сталкиваясь с проблемой увеличения объема хранения более чем на 40 раз по сравнению с ECDSA для постквантовых подписей, оптимизация процесса консенсуса и низкая задержка чтения из памяти позволяют достичь TPS, устойчивого к квантовым атакам, около 50% от оригинальной цепи.
Следует отметить, что вышеупомянутые технические исследования уже применены в гибридном решении аппаратного и программного ускорения, представленном ZAN — Power Zebra, которое направлено на ускорение и оптимизацию часто используемых операторов нулевых знаний, включая многоскалярное умножение MSM, числовое преобразование NTT, решение многочленов H, доказательства раскрытия многочленов и ряд других ключевых компонентов, которые эффективно используют вычислительные ресурсы GPU, пропускную способность хранения и пропускную способность PCIe, значительно повышая эффективность вычислений. Ранее сообщество zkWASM Delphinus Lab, внедрившее решение по ускорению, предложенное ZAN, сообщило о повышении производительности GPU более чем на 20%, установив рекорд среди аналогичных услуг в сообществе.
Предвидение
Долгое время сообщество Ethereum сосредотачивалось на оптимизации слоя исполнения, включая увеличение BlockGasLimit, L2s и другие стратегии. В этом процессе реализация Snark на слое исполнения была в значительной степени завершена благодаря L2 в рамках «Rollup Centric» дорожной карты, что принесло значительные плоды. Идея Beam Chain открывает двери для Snark-реализации на слое консенсуса. Уверен, что с появлением Beam Chain сообщество обратит внимание на преобразование слоя консенсуса, что приведет к появлению более захватывающих идей.
Можно предположить, что Snark-реализация слоя консенсуса и слоя исполнения вместе завершит финальную картину Snark-реализации Ethereum, что внесет огромный вклад в масштабируемость и децентрализацию Эфириума. В то же время, с продвижением предложения Beam Chain, виртуальная машина на основе технологии нулевых знаний будет играть ключевую роль в экосистеме Эфириума. Внедрение SNARK-доказательств и постквантовой криптографии, в сочетании с более низким порогом стейкинга и более быстрым временем подтверждения блоков, сделает Beam Chain более децентрализованным и высокопроизводительным для Эфириума.
Список литературы
[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/
