Beam Chain: La luz del nuevo era de Ethereum

La reciente conferencia Devcon 2024 se llevó a cabo en Bangkok, atrayendo una amplia atención del ecosistema de Ethereum. Una serie de últimos avances y dinámicas presentadas en la conferencia han inyectado nueva vitalidad a la industria Web3 global.

Entre lo más destacado se encuentra la propuesta de actualización de la capa de consenso Beam Chain presentada por el investigador de la Fundación Ethereum, Justin Drake. Este plan, conocido por la comunidad como "Ethereum 3.0", tiene como objetivo reducir la carga computacional y de comunicación de los validadores a través de la tecnología de pruebas de cero conocimiento, lo que a su vez disminuirá la barrera de entrada para convertirse en validador. Esto ayudará a atraer a más validadores a la red, mejorará la seguridad, reducirá el cálculo redundante y aumentará la eficiencia general de la red. Además, la propuesta también se dedica a abordar la deuda técnica heredada en la cadena Beacon debido a razones históricas y a prepararse para posibles demandas de seguridad cuántica en el futuro.

Esta propuesta coincide con el trabajo de Snarkificación (SNARKification) de Ethereum en la hoja de ruta The Verge, presentada anteriormente por Vitalik. La Snarkificación implica la transformación de la capa de consenso y la capa de ejecución mediante pruebas de conocimiento cero. Vitalik reconoció en su última interpretación que la transformación de la capa de consenso es un trabajo desafiante que requiere optimización continua en el desarrollo posterior. La propuesta de Beam Chain puede verse como una respuesta concreta de Vitalik sobre cómo Snarkificar la capa de consenso.

Beam Chain se centra principalmente en la transformación de la capa de consenso. Hacer que la capa de consenso sea Snark no significa que se modifique todas las partes, sino que se dirige principalmente al núcleo de la blockchain: la función de transición de estado (State Transition Function). Para la capa de consenso, la función de transición de estado incluye principalmente la función de transición por ranura (per-slot transition function), la función de transición por bloque (per-block transition function) y la función de transición por época (per-epoch transition function). Estas funciones abarcan la ejecución del algoritmo de consenso y la lógica de Staking, la propuesta de bloques, la verificación de la corrección de los resultados de la capa de ejecución, la verificación de la raíz del árbol de Merkle, la verificación/agregación de firmas de consenso, el cálculo de funciones hash, así como las operaciones de Staking y redención que implican el acceso al estado de almacenamiento de cuentas.

Es importante destacar que, en el proceso de Snarkización de la capa de consenso, Ethereum sigue considerando la descentralización y la diversidad como sus principales objetivos. Por lo tanto, no se requerirá obligatoriamente el uso de algoritmos y protocolos ZK específicos, sino que será elegido por el proponente.

El núcleo de la dificultad para lograr la visión de Beam Chain radica en cómo reducir el tiempo de prueba, que actualmente requiere decenas o incluso cientos de segundos, a un nivel de segundos. Para abordar este cuello de botella de rendimiento, la comunidad está explorando el uso de métodos de aceleración ASIC, con la esperanza de completar todo el proceso de la máquina virtual de prueba de conocimiento cero en el chip, desde la generación de pruebas hasta la prueba misma, con el objetivo de aumentar el tiempo de generación de pruebas en más de diez veces en los próximos años, logrando así una verdadera prueba en tiempo real (Realtime Proving).

Algunas instituciones de investigación han logrado avances significativos en la aceleración de las pruebas ZK utilizando plataformas de hardware como GPU, FPGA y ASIC. Por ejemplo, para la aceleración de varios sistemas ZK como Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 y Plonky2, algunos operadores centrales han alcanzado factores de aceleración superiores a cien veces.

Además, en el cálculo verificable de grandes modelos en la dirección de AI+ZK, a través de técnicas como el producto de matrices Folding diseñado de forma independiente, la optimización colaborativa de GPU+CPU del protocolo Sumcheck y la implementación eficiente de curvas elípticas, algunas implementaciones han reducido el tiempo de generación del primer token de zkLLM de 4 horas a aproximadamente 18 minutos.

Frente a la amenaza potencial de las computadoras cuánticas, la industria también está explorando activamente soluciones de criptografía post-cuántica. Por ejemplo, una biblioteca de criptografía post-cuántica basada en OpenSSL ya soporta múltiples algoritmos post-cuánticos estándar de NIST. Al mismo tiempo, para abordar el problema de que la firma post-cuántica ocupa más de 40 veces el espacio que ECDSA, se ha optimizado el proceso de consenso y la lectura de memoria de baja latencia, lo que permite que la TPS de la blockchain resistente a la cuántica alcance alrededor del 50% de la cadena original.

La propuesta de Beam Chain abre nuevas direcciones para la Snarkización de la capa de consenso. A medida que esta idea se profundiza, se espera que inspire a la comunidad a generar más ideas innovadoras sobre la transformación de la capa de consenso. La Snarkización conjunta de la capa de consenso y la capa de ejecución completará la pieza final de la Snarkización de Ethereum, contribuyendo significativamente a la escalabilidad y descentralización de Ethereum.

En el futuro, las máquinas virtuales basadas en la tecnología de pruebas de conocimiento cero se espera que desempeñen un papel central en el ecosistema de Ethereum. Al introducir pruebas SNARK y criptografía post-cuántica, combinadas con un umbral de participación más bajo y tiempos de confirmación de bloques más rápidos, Beam Chain traerá una mayor descentralización y un rendimiento superior a Ethereum, inaugurando una nueva era en el desarrollo de Ethereum.