Автор: ZAN
Beam Chain: «Ethereum 3.0»
Тільки що завершена конференція 2024 Devcon була дуже насиченою, екосистема Ethereum зібралася в Бангкоку, де Ethereum та пов’язані проекти представили останні новини та динаміку, сповнені нових поглядів, нових тенденцій та нових планів, що запалили глобальну Web3.
Особливо вражаючим є пропозиція «Ethereum 3.0», опублікована дослідником Фонду Ethereum Джастіном Дрейком.
Він запропонував пропозицію, яку спільнота назвала «Ethereum 3.0», для оновлення рівня консенсусу – Beam Chain [1]. Його основна ідея полягає в тому, щоб зменшити обчислювальне та комунікаційне навантаження на Validator за допомогою нульових знань, знизити бар’єри для ставання Validator, щоб більше Validator могли приєднатися до мережі для підвищення безпеки, зменшення обчислювальної надмірності та підвищення загальної ефективності мережі. Крім того, Джастін також хоче скористатись можливістю вдосконалення консенсусного рівня Snark, щоб вирішити технічний борг, залишений Beacon Chain через обмеження епохи, і підготуватись до майбутніх вимог безпеки проти квантових атак.
У дорожній карті The Verge Віталіка Snark-реалізація Ethereum (SNARKification) є важливим аспектом, що включає в себе модифікацію рівня консенсусу та рівня виконання для нульових знань. У останньому поясненні Віталіка [2] він зізнався, що модифікація рівня консенсусу є викликом, якій потрібно постійно враховувати та оптимізувати у подальшій роботі. Пропозиція Beam Chain є відповіддю Віталіка на те, як реалізувати Snark на рівні консенсусу.
Beam Chain фокусується лише на рівні консенсусу. Але Snark-реалізація рівня консенсусу не означає, що потрібно перетворювати всі частини. Основою блокчейну є функція переходу стану (State Transition Function), тому для її перетворення достатньо реалізувати Snark для функції переходу стану, що є сильним боком ZK. Для рівня консенсусу функція переходу стану складається з трьох частин, а саме: функції переходу на слот, функції переходу на блок та функції переходу на епоху. У цих трьох функціях переходу стану реалізуються алгоритми консенсусу та логіка Staking, пропозиція блоків, перевірка правильності результатів виконання, перевірка кореня дерева Меркла, перевірка / агрегація підписів консенсусу, обчислення хеш-функцій, а також операції застави та викупу, пов’язані з доступом до стану зберігання рахунків. Snark-реалізація рівня консенсусу насправді полягає в Snark-реалізації зазначених операцій. Слід зазначити, що в процесі Snark-реалізації рівня консенсусу Ethereum все ще ставить децентралізацію та різноманітність на перше місце, тому не буде примусової вимоги до ZK-алгоритмів та протоколів, а залишить вибір за Пропозером.
Джерело зображення: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg&t=8257s
Основна проблема: Realtime Proving
Основною складністю для реалізації концепції Beam Chain є підвищення ефективності доказів, тобто, як скоротити час доказів, що зараз займає десятки, а то й сотні секунд, до секундного рівня. На ZK Workshop II [3], організованому 24 вересня цього року AntChain OpenLabs, ZAN та Pharos, спікер Джастін поділився доповіддю під назвою «Realtime Proving», в якій він представив основні тези, що пов’язані з концепцією «Ethereum 3.0», а також рішення для подолання проблем продуктивності. Він закликав спільноту використовувати методи прискорення ASIC, щоб завершити весь процес генерації доказів нульових знань у віртуальній машині на чіпах, з метою підвищення швидкості генерації доказів у десять разів протягом наступних кількох років, що справді дозволить реалізувати Realtime Proving.
Підтримка продуктивності та застосування технології нульових знань: ми завжди на шляху
AntChain OpenLabs постійно працює над прискоренням ZK-доказів за допомогою апаратних платформ, таких як GPU, FPGA, ASIC, прискорюючи різні ZK-системи, включаючи Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 та Plonky2, створюючи кілька рішень для FPGA IP та GPU-ускорення, деякі ключові оператори досягають понад старазового прискорення.
АнтЧейн OpenLabs на базі CUDA представив відносний коефіцієнт прискорення частини операторів у порівнянні з CPU, див. таблицю (один).
( таблиця один )
Порівняння продуктивності GPU-акселератора MSM, реалізованого AntChain OpenLabs, з відкритим ICICLE (обидва на 4090GPU), див. таблицю (два).
( таблиця два )
Порівняння продуктивності GPU-ускореного Circle FFT, реалізованого AntChain OpenLabs, з відкритим Stwo Prover на 16-ядерному CPU, див. таблицю (три).
( таблиця три )
Крім того, AntChain OpenLabs також займається дослідженням застосування нульових знань, зокрема у напрямку AI+ZK, де використовується самостійно розроблений алгоритм множення матриць Folding, протокол Sumcheck для оптимізації співпраці GPU+CPU, а також ефективна реалізація еліптичних кривих, що дозволило зменшити час генерації першого токена zkLLM [4][5] (первісна реалізація не включала зобов’язання та відкриття, продуктивність протестована після додавання зобов’язань і відкриттів для моделі LLama-7B) з 4 годин до приблизно 18 хвилин.
AntChain OpenLabs на основі накопичень у GPU постійно оптимізує продуктивність та доступність веріфікованих обчислень великих моделей, продовжуючи працювати над заміною та оптимізацією зобов’язань, багатократним Folding та генерацією доказів для кількох токенів, метою є побудувати ефективний, зручний сервіс для веріфікованих обчислень, дружній до екосистеми AI, щоб дослідити можливі напрямки для масштабного застосування технології нульових знань, створюючи міст між Web3 та AI-застосуваннями.
В умовах загрози з боку квантових комп’ютерів AntChain OpenLabs також активно досліджував питання, перетворивши бібліотеку криптографії на базі OpenSSL [6] в постквантову версію, яка підтримує кілька стандартних постквантових алгоритмів NIST. Одночасно, у зв’язку з проблемою зберігання, яка перевищує 40 разів у порівнянні з ECDSA, через процеси консенсусу та оптимізацію читання пам’яті з низькою затримкою, анти-квантовий блокчейн може досягти TPS приблизно 50% від оригінального ланцюга.
Слід зазначити, що зазначені технологічні дослідження вже знайшли своє застосування в запропонованій ZAN м’яко-апаратній прискорювальній системі – Power Zebra, яка спрямована на прискорення та оптимізацію часто використовуваних операторів нульових знань, включаючи множення багатоскалярних точок MSM, перетворення чисел NTT, рішення поліномів H, відкриття доказів поліномів та інші ключові компоненти, що максимально використовують обчислювальні ресурси, пропускну здатність пам’яті GPU та пропускну здатність PCIe, що суттєво підвищує ефективність обчислень. Раніше, відкритий спільнота zkWASM Delphinus Lab, після впровадження м’яко-апаратної прискорювальної системи Power Zebra від ZAN, підвищила продуктивність обчислень GPU на понад 20%, встановивши рекорд у цій галузі спільноти.
Передбачення
Протягом тривалого часу спільнота Ethereum зосереджувалася на оптимізації рівня виконання, включаючи підвищення BlockGasLimit, L2 тощо. У цьому контексті Snark-реалізація рівня виконання вже була виконана в більшості робіт за допомогою L2 на маршруті «Rollup Centric», і результати були значними. Ідея Beam Chain відкриває двері для Snark-реалізації рівня консенсусу. Віримо, що з появою Beam Chain спільнота буде зацікавлена в модифікації рівня консенсусу, що принесе більше захоплюючих ідей.
Можна передбачити, що Snark-реалізація рівня консенсусу та рівня виконання завершить остаточну частину Snark-реалізації Ethereum, що значно сприятиме масштабованості та децентралізації Ethereum. Одночасно, з просуванням пропозиції Beam Chain, віртуальна машина на базі технології нульових знань зіграє ключову роль в екосистемі Ethereum. Завдяки впровадженню SNARK-доказів та постквантової криптографії, в поєднанні з нижчими вимогами до застави та швидшими часами підтвердження блоків, Beam Chain забезпечить Ethereum більшу децентралізацію та вищу продуктивність.
Список літератури
[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/
