Можливе майбутнє Ethereum: сплеск

Дорожня карта Ethereum спочатку містила дві стратегії масштабування: шардінг та протоколи Layer2. Шардінг дозволяє кожному вузлу перевіряти та зберігати лише невелику частину транзакцій, тоді як протоколи Layer2 будують мережу поверх Ethereum. Ці два напрямки зрештою злилися, сформувавши дорожню карту, зосереджену на Rollup, яка досі залишається основною стратегією масштабування Ethereum.

Дорожня карта, зосереджена на Rollup, пропонує чітке розподілення обов'язків: Ethereum L1 зосереджується на тому, щоб стати потужним та децентралізованим базовим рівнем, а L2 виконує завдання допомоги в розширенні екосистеми. Ця модель є поширеною в суспільстві, як, наприклад, судова система (L1) забезпечує базовий захист, в той час як підприємці (L2) на цій основі сприяють розвитку.

Цього року, з випуском blobs EIP-4844, пропускна здатність даних Ethereum L1 значно зросла, і кілька Rollup-ів Ethereum Virtual Machine перейшли на першу стадію. Кожен L2 існує як "шар" з власними внутрішніми правилами та логікою, а різноманітність і багато样ність реалізації шарів тепер стали реальністю. Але цей шлях також стикається з деякими унікальними викликами. Наша теперішня задача - завершити дорожню карту, орієнтуючись на Rollup, і вирішити ці проблеми, одночасно зберігаючи надійність і децентралізацію Ethereum L1.

! Віталік Новини: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Сплеск: ключова мета

1. У майбутньому Ethereum через L2 зможе досягти понад 100000 TPS;
2. Зберігати децентралізацію та стійкість L1;
3. Принаймні деякі L2 повністю успадковують основні властивості Ethereum ( довіри, відкритості, стійкості до цензури );
4. Ethereum має відчуватися як єдина екосистема, а не 34 різних блокчейнів.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Зміст цього розділу

1. Трикутний парадокс масштабованості
2. Подальший розвиток вибірки доступності даних
3. Стиснення даних
4. Узагальнений Плазма
5. Доросла система доказів L2
6. Поліпшення міжоперабельності між L2
7. Розширення виконання на L1

Парадокс тріади масштабованості

Трикутник масштабованості вважає, що між трьома характеристиками блокчейну існує суперечність: децентралізація, масштабованість і безпека. Ця концепція не є строгим математичним теоремою, а є евристичним аргументом. Вона вказує на те, що якщо дружній до децентралізації вузол може перевірити N транзакцій за секунду, а у вас є ланцюг, який обробляє k*N транзакцій за секунду, тоді або кожна транзакція може бути побачена лише 1/k вузлом ( знижуючи безпеку ), або вузли стають потужними ( знижуючи децентралізацію ).

Деякі високопродуктивні ланцюги стверджують, що вирішили трилемму, але насправді працювати з вузлами цих ланцюгів складніше, ніж з вузлами Ethereum. Проте поєднання вибірки доступності даних та SNARK дійсно вирішує трилему: це дозволяє клієнтам перевіряти доступність великої кількості даних та правильність обчислювальних кроків, завантажуючи лише невелику кількість даних і виконуючи дуже мало обчислень.

Іншим способом вирішення трикутного парадоксу є архітектура Plasma, яка покладає відповідальність за доступність даних на користувачів. З поширенням SNARKs архітектура Plasma стає досяжною для більш широких сценаріїв використання.

! Віталік Новини: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Подальший прогрес у вибірці доступності даних

Яку проблему ми вирішуємо?

Після оновлення Dencun у березні 2024 року на Ethereum на кожен слот, що триває 12 секунд, буде доступно 3 блоби приблизно по 125 кБ, або приблизно 375 кБ даних на слот. Припустимо, що дані транзакцій публікуються безпосередньо в ланцюзі, то ERC20 переказ займає близько 180 байт, отже, максимальна TPS Rollup на Ethereum становитиме 173,6. Додавши calldata Ethereum, можна досягти 607 TPS. Використовуючи PeerDAS, кількість блобів може збільшитися до 8-16, забезпечуючи 463-926 TPS для calldata.

Це значне підвищення для Ethereum L1, але цього недостатньо. Наша середньострокова мета - 16 МБ на кожен слот, у поєднанні з покращеннями стиснення даних Rollup, це призведе до приблизно 58000 TPS.

Що це? Як це працює?

PeerDAS є відносно простим впровадженням "1D sampling". У Ethereum кожен blob є поліномом ступеня 4096 над полем простих чисел розміру 253. Ми транслюємо частки полінома, кожна частка містить 16 значень оцінки з сусідніх 16 координат з загалом 8192 координат. З цих 8192 значень оцінки будь-які 4096 можуть відновити blob.

PeerDAS дозволяє кожному клієнту слухати невелику кількість підмереж і запитувати blob з інших підмереж через запит до пірингових учасників у глобальній p2p мережі. Більш консервативний SubnetDAS використовує лише механізм підмереж без додаткових запитів до пірингового рівня. Поточна пропозиція полягає в тому, щоб учасники з підтвердженням прав власності використовували SubnetDAS, а інші вузли — PeerDAS.

Теоретично ми можемо значно розширити масштаб "1D sampling", але це ускладнить вибірку для клієнтів з обмеженою пропускною здатністю. Тому в кінцевому підсумку ми хочемо 2D вибірку, яка здійснюється не лише всередині блобу, але й між блобами.

які є зв'язки з існуючими дослідженнями?

1. Вступ до оригінального поста про доступність даних (2018)
2. Допоміжний документ
3. Про статтю-роз'яснення щодо DAS, paradigm
4. 2D доступність з обіцянкою KZG
5. PeerDAS та стаття на ethresear.ch
6. ЄІП-7594
7. SubnetDAS на ethresear.ch
8. Тонкощі відновлюваності в 2D-семплюванні

Що ще потрібно зробити? Які є компроміси?

Далі потрібно завершити впровадження та запуск PeerDAS, а потім постійно збільшувати кількість blob на PeerDAS. Одночасно ми сподіваємося на більше академічних досліджень, щоб упорядкувати DAS та його взаємодію з питаннями безпеки, такими як правила вибору форків.

На більш віддаленій стадії в майбутньому нам потрібно визначити ідеальну версію 2D DAS та підтвердити її безпечні властивості. Ми також сподіваємося врешті-решт перейти від KZG до альтернативи, яка є квантово-безпечною та не потребує довіреного налаштування.

Тривалий реальний шлях може бути:

1. Реалізація ідеального 2D DAS;
2. Дотримуйтесь використання 1D DAS, жертвуючи ефективністю смуги пропускання для простоти та надійності, приймаючи нижній межі даних.
3. Відмовитися від DA і повністю прийняти Plasma як нашу основну архітектуру Layer2.

Як взаємодіяти з іншими частинами дорожньої карти?

Якщо здійснити стиснення даних, попит на 2D DAS зменшиться, або принаймні відкладеться, якщо Plasma буде широко використовуватися, попит ще більше зменшиться. DAS також ставить виклики перед розподіленими протоколами та механізмами побудови блоків.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Стиснення даних

Яку проблему ми вирішуємо?

Кожна транзакція в Rollup займає велику кількість місця на ланцюгу: передача ERC20 вимагає приблизно 180 байт. Навіть за ідеальних умов вибірки доступності даних це обмежує масштабованість Layer-протоколів. Кожен слот 16 МБ, отже ми отримуємо:

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

Якщо ми зможемо не лише вирішити проблеми з чисельником, але й вирішити проблеми з знаменником, і дозволити кожній транзакції в Rollup займати менше байтів в ланцюгу, що тоді?

Що це таке, як це працює?

У процесі стиснення нульових байтів, два байти замінюють кожну довгу послідовність нульових байтів, вказуючи, скільки нульових байтів є. Далі ми використали специфічні властивості транзакції:

• Агрегація підписів: перехід від підписів ECDSA до підписів BLS, кілька підписів можуть бути об'єднані в один єдиний підпис.
• Заміна адрес на вказівники: якщо раніше використовувалися певні адреси, ми можемо замінити 20-байтову адресу на 4-байтовий вказівник, що вказує на певне місце в історії.
• Кастомізована серіалізація торгових значень: використання кастомного десяткового формату з плаваючою комою для представлення більшості валютних значень.

які є зв'язки з існуючими дослідженнями?

1. Досліджуйте sequence.xyz
2. Оптимізаційний контракт L2 Calldata
3. Різниця в статусі випуску Rollups на основі доказів ефективності, а не транзакцій
4. BLS гаманець - реалізація агрегації BLS через ERC-4337

що ще потрібно зробити, які є компроміси?

Далі головне, що потрібно зробити, це фактична реалізація вищезазначеного плану. Основні компроміси включають:

1. Перехід на підпис BLS вимагатиме значних зусиль і знизить сумісність з надійними апаратними чіпами.
2. Динамічне стиснення ускладнить код клієнта.
3. Публікація різниці станів в ланцюг замість транзакцій зменшить аудиторську здатність і зробить багато програм несумісними.

Як взаємодіяти з іншими частинами дорожньої карти?

Використання ERC-4337 та врешті-решт включення частини його змісту в L2 EVM може значно прискорити впровадження агрегаційних технологій. Розміщення частини вмісту ERC-4337 на L1 може прискорити його впровадження на L2.

! Віталік Нова стаття: Можливе майбутнє Ethereum, сплеск

Узагальнена плазма

Яку проблему ми вирішуємо?

Навіть використання блобів розміром 16 МБ і стиснення даних, 58 000 TPS може бути недостатньо для повного задоволення потреб споживачів у платіжних системах, децентралізованих соціальних мережах або інших областях з високою пропускною здатністю, особливо коли ми починаємо враховувати фактори конфіденційності, що може знизити масштабованість у 3-8 разів. Поточним варіантом є використання Validium, який зберігає дані поза ланцюгом і використовує цікаву модель безпеки: оператори не можуть вкрасти кошти користувачів, але вони можуть тимчасово або назавжди заморозити кошти всіх користувачів. Але ми можемо зробити краще.

Це що таке, як це працює?

Plasma є рішенням для масштабування, яке передбачає, що оператор публікує блоки поза ланцюгом і розміщує корінь Меркле цих блоків в ланцюзі. Для кожного блоку оператор надсилає кожному користувачеві Меркле-гілку, щоб підтвердити, які зміни сталися з активами цього користувача або що вони не змінилися. Користувачі можуть витягувати свої активи, надаючи Меркле-гілку. Важливо, що ця гілка не повинна бути коренем останнього стану. Таким чином, навіть якщо виникають проблеми з доступністю даних, користувачі все ще можуть відновити свої активи, витягуючи свій доступний останній стан.

Ранні версії Plasma могли обробляти лише платіжні випадки, не можуть ефективно розширюватися далі. Проте, якщо ми вимагатимемо, щоб кожен корінь перевірявся за допомогою SNARK, тоді Plasma стане набагато потужнішою. Кожна гра на виклик може бути значно спрощена, оскільки ми виключили більшість можливих шляхів шахрайства з боку операторів. Одночасно це відкриває нові шляхи, які дозволяють технології Plasma розширитися на більш широкий спектр активів. Нарешті, у випадку, якщо оператори не шахраюють, користувачі можуть миттєво знімати кошти, не чекаючи тижневого періоду виклику.

Одне з ключових розумінь полягає в тому, що система Plasma не потребує досконалості. Навіть якщо ви можете захистити лише підмножину активів (, наприклад, лише токени, які не переміщувалися протягом останнього тижня ), ви вже значно покращили поточний стан надзвичайно масштабованого EVM (, тобто Validium ).

Інший тип структури - це змішаний Plasma/Rollup, наприклад, Intmax. Ці конструкції поміщають дуже невелику кількість даних кожного користувача в ланцюг (, наприклад, 5 байтів ), що дозволяє отримати певні характеристики між Plasma та Rollup: у випадку Intmax ви можете отримати дуже високу масштабованість та конфіденційність, хоча навіть при обсязі 16 МБ теоретично обмежується приблизно 16 000 000 / 12 / 5 = 266 667 TPS.

Які є посилання, пов'язані з існуючими дослідженнями?

1. Оригінальний документ Plasma
2. Плазмова готівка
3. Грошовий потік у плазмі крові
4. Міжнародний (2023)

Що ще потрібно зробити? Які є компроміси?

Основним завданням залишилося впровадження системи Plasma в реальне виробництво. Будь-який Validium може, принаймні, певною мірою підвищити свої безпекові властивості, інтегруючи особливості Plasma у свій механізм виходу. Дослідження зосереджене на отриманні оптимальних властивостей для EVM з точки зору вимог до довіри, вартості L1 Gas у найгірших випадках та здатності протистояти DoS-атакам.