Première étape de la modularité d'Ethereum : introduction de base au Proto-danksharding et son fonctionnement

Ethereum a réussi la transition du protocole de consensus de preuve de travail à preuve de participation. Le prochain projet important est l'EIP-4844, également connu sous le nom de "disponibilité des données brutes". Ce changement de code vise à améliorer la scalabilité des rollups construits sur Ethereum.

EIP-4844 introduit un nouveau type de transaction appelé blob. Il augmente les exigences en matière de données et de stockage des blocs Ethereum et crée un nouveau marché des frais, séparant le prix des blobs de celui des transactions ordinaires.

Le Rollup est un protocole qui dépend de la blockchain de Layer 2 ( comme Ethereum ) pour la disponibilité des données ( DA ). En général, les rollups basés sur des contrats intelligents dépendent non seulement de la DA d'Ethereum, mais aussi d'Ethereum pour le règlement des transactions. Ces rollups lisent les données des couches DA comme Ethereum et exécutent des transactions efficaces et du code de contrats intelligents.

Le coût de la publication d'une grande quantité de données sur Ethereum est généralement élevé, en partie parce que le réseau stocke les données de manière permanente en tant que partie de l'historique des transactions. Grâce à l'EIP-4844, chaque bloc créera un espace de données supplémentaire de 512 kB ou 768 kB pour le rollup. Ces données seront stockées pendant environ trois semaines. En théorie, le coût de la publication de données sur Ethereum par le rollup sera considérablement réduit.

Le proto-danksharding est le prélude et le "prototype" du danksharding complet, il permettra aux nœuds Ethereum de télécharger des segments de données blob pour déterminer la disponibilité du blob complet.

Cet article explore en profondeur les détails du fonctionnement de l'EIP-4844, les limitations du danksharding original, le plan d'évolution de l'EIP-4844 vers un danksharding complet, ainsi que les avantages directs pour les utilisateurs finaux et les développeurs de dapp.

Contexte

EIP-4844 est considéré comme une mise à niveau de l'évolutivité d'Ethereum. Cependant, il est important de noter que ce changement de code n'augmente ni n'améliore de manière significative la capacité de transaction d'Ethereum lui-même. Le Proto-danksharding réduit le coût de la publication d'une grande quantité de données sur Ethereum, ce qui diminue le coût d'exploitation des rollups. EIP-4844 est considéré comme améliorant l'évolutivité d'Ethereum, car il rend les réseaux Layer 2 construits sur Ethereum plus rentables, mais ce changement de code n'a pas amélioré l'évolutivité d'Ethereum en tant que blockchain générale.

Ces dernières années, les activités de transaction des rollups Ethereum tels qu'Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync et Polygon zkEVM ont continué à croître. L2Beat.com estime que le volume total des transactions réalisées par tous les réseaux de Layer 2 est 3,8 fois le TPS quotidien d'Ethereum.

Selon les données fournies par Blockworks Research via Dune Analytics, les rollups permettent d'économiser plus de 99 % des frais de gaz pour les utilisateurs finaux et les développeurs de dapps par rapport aux coûts de déploiement de code et de transactions directement sur Ethereum.

Jusqu'au 13 juin 2023, le coût d'envoi de transactions sur les deux rollups Ethereum les plus populaires, Optimism et Arbitrum, était d'environ 0,03 à 0,05 dollar. Cependant, en cas d'activité en chaîne fréquente et de congestion du réseau, ces coûts peuvent parfois grimper à plus d'un dollar.

L'objectif de l'EIP-4844 est de réduire davantage les coûts de rollup en introduisant des transactions blob. Voici une explication étape par étape du cycle de vie des transactions blob défini par l'EIP-4844 :

1. L'utilisateur soumet des transactions au rollup
2. Le sélecteur Rollup regroupe les transactions en lots
3. Le séquenceur crée une transaction blob, encode les données de transaction empaquetées en blob.
4. Les transactions Blob ont été soumises au mempool d'Ethereum
5. Les validateurs intègrent les transactions blob dans les blocs
6. Le bloc est diffusé sur le réseau et finalement confirmé
7. Les données Blob sont stockées dans la chaîne de balises pendant environ 3 semaines.
8. Les données blob seront supprimées dans 3 semaines.
9. Rollup peut toujours accéder à l'engagement cryptographique des données de transaction.

EIP-4844 n'affectera pas la manière dont les transactions ordinaires sont intégrées dans les blocs, ni le marché des frais qui détermine le prix de l'espace de bloc Ethereum, mais cela augmente effectivement les exigences de stockage des blocs Ethereum. L'espace de données supplémentaire est destiné à ajouter des transactions blob aux blocs. Les blobs sont comme des remorques qui peuvent être attachées aux blocs Ethereum sans affecter ou empiéter sur l'espace de bloc existant.

L'espace de bloc Blob sera mis aux enchères selon son propre marché des frais, imitant la conception du marché des frais d'EIP-1559. Au départ, les transactions blob n'auront presque aucun coût. Ensuite, pour chaque bloc confirmé, si plus de la moitié de l'espace de bloc blob est utilisé, le coût des transactions blob augmentera de 12,5 %. Pour chaque bloc dont l'espace blob n'est pas pleinement utilisé, le coût des blobs diminuera de 12,5 %.

Les transactions Blob ne seront pas stockées indéfiniment sur Ethereum, mais plutôt sur la couche de consensus d'Ethereum (CL), et seront supprimées des nœuds CL après trois semaines. Le Proto-danksharding permettra à chaque bloc d'avoir jusqu'à 4 blobs, chaque blob pouvant contenir jusqu'à 128kB de données supplémentaires. La limite maximale de l'espace blob de 512kB par bloc pourrait changer en fonction des tests en cours de l'EIP-4844. Les développeurs discutent activement de la possibilité d'augmenter cette limite de 4 blobs à 6.

Environ 7094 blocs sont générés chaque jour sur Ethereum. Après l'EIP-4844, en supposant une limite de 4 blobs par bloc, jusqu'à 28376 blobs peuvent être traités par jour au maximum. ( C'est une valeur maximale théorique, qui pourrait ne jamais être atteinte dans la pratique en raison des fluctuations dynamiques des frais de blob. )

Au cours des six derniers mois, le sélecteur fonctionnant sur Optimism a soumis environ 3126 lots de transactions par jour à Ethereum. Le volume des transactions confirmées par Arbitrum est environ deux fois supérieur à celui d'Optimism. Sur Optimism, plus de 90 % des frais proviennent des frais CALLDATA de Layer 1.

L'introduction d'un espace de stockage de données dédié, peu importe sa taille initiale, vise à réduire le coût d'utilisation d'Ethereum comme couche DA pour tous les rollups basés sur Ethereum. Selon des estimations prudentes, les développeurs de rollups prévoient que les frais de rollup seront réduits de 100 % à 900 % après l'activation de l'EIP-4844. Cependant, ces estimations peuvent changer en fonction de l'augmentation de l'adoption et de l'activité des rollups dans les mois précédant et suivant l'activation de la base de données d'origine.

Le coût des transactions blob, bien qu'il puisse être moins cher que les transactions ordinaires au début de l'activation de l'EIP-4844, pourrait rapidement augmenter si le nombre de rollups construits sur Ethereum augmente. De plus, bien que chaque blob soit conçu pour offrir à un seul ordonnateur l'opportunité de publier jusqu'à 128 kB de données, les ordonnateurs de rollup pourraient coordonner leurs efforts pour faire en sorte qu'un seul blob contienne des données provenant de plusieurs rollups. Les développeurs d'Ethereum ont réalisé qu'en raison du nombre limité de blocs et du fait qu'un lot de transactions unique pourrait ne pas exploiter pleinement l'espace de données de 128 kB de chaque transaction blob, un marché secondaire pour la tarification des blobs pourrait émerger.

Le proto-danksharding a jeté les bases de l'introduction de technologies plus avancées, afin de réduire davantage le coût des blobs sans augmenter la charge de calcul des nœuds. Appelé danksharding complet, la conception complète des blobs consiste à augmenter le nombre maximum de blobs par bloc de 4 à 64.

Danksharding complet

Quatre blobs augmentent la taille des blocs Ethereum de 512 kB. Six blobs augmenteront la taille des blocs Ethereum de 768 kB supplémentaires. Comme mentionné précédemment, l'espace supplémentaire dans les blocs est strictement réservé aux transactions de blobs et ne stocke pas les données de manière permanente comme l'espace de bloc ordinaire. La vision complète de l'EIP-4844 est d'introduire jusqu'à 64 blobs dans Ethereum, tout en évitant d'augmenter considérablement la charge de calcul des nœuds de validation des blocs. Pour réaliser un danksharding complet, Ethereum doit mettre en œuvre deux technologies : l'échantillonnage de disponibilité des données (DAS) et le codage par effacement.

échantillonnage de disponibilité des données (DAS )

Dans le contexte de la vérification des transactions Layer 2 rollup, l'objectif du DAS est de garantir que tous les fragments de données groupés par le sélecteur ont été publiés sur la chaîne. Les nœuds complets sont choisis au hasard, téléchargent un morceau de données depuis le blob et génèrent une preuve de disponibilité des données. Plus le nombre d'échantillonnages de données par les nœuds complets est élevé, plus la probabilité que toutes les données aient été fournies par le sélecteur sans retenir des données importantes est déterminée. Pour les nœuds, le processus d'échantillonnage des données est moins coûteux en calcul que le téléchargement de l'ensemble des données du blob, mais théoriquement, il offre les mêmes garanties de disponibilité des données. Comme avec le proto-danksharding, l'échantillonnage des données du blob sous le danksharding complet garantira que les transactions provenant du sélecteur ont été vérifiées et publiées sur la chaîne, à disposition de tout utilisateur ou partie prenante du réseau pour évaluation.

Grâce à DAS, les développeurs d'Ethereum ont confiance en leur capacité à augmenter le nombre et la quantité de blobs publiés sur Ethereum sans accroître la charge de calcul des nœuds. De plus, les développeurs prévoient de réduire encore la charge de calcul des nœuds lors des futures mises à niveau en mettant en œuvre des suggestions telles que l'expiration historique. Pour reprendre les mots du chercheur d'Ethereum Dankrad Feist, avec le temps, Ethereum deviendra comme "un panneau d'affichage public plutôt qu'un système d'archivage", déléguant la responsabilité de conserver des copies complètes de l'historique des transactions aux parties prenantes du réseau qui utilisent souvent ces données, telles que Layer 2 rollup et des entreprises d'infrastructure blockchain comme Infura, Alchemy et Blockdaemon. Bien que l'EIP-4844 ait introduit des blobs, c'est un exemple précoce montrant que toutes les transactions pourraient un jour devenir des blobs stockés sur Ethereum.

effacer le code

La technologie de codage par effacement renforce la capacité d'échantillonnage des données. Si un ordonnanceur malveillant retient un petit nombre de blocs de données, n'importe où entre 1 % et 49 % des données blob, l'échantillonnage des transactions peut probabilistiquement entraîner certains échantillons prouvant qu'ils ont été initialement renvoyés comme corrects, plutôt que comme incorrects. Le codage par effacement garantit que si au moins la moitié des blobs sont vérifiés, les autres blobs peuvent être reconstruits. Cette technique n'est valide que lorsque les données sont représentées sous forme de polynôme, c'est-à-dire comme une expression de plus de deux termes algébriques. La forme la plus courante de codage par effacement repose sur le code Reed-Solomon(RS), qui est une formule mathématique avancée capable de résoudre les données manquantes en fonction de suffisamment de fragments de données connus. De manière intuitive, compter uniquement sur l'échantillonnage peut ne pas garantir efficacement la disponibilité d'un grand volume de données, surtout en supposant qu'un ordonnanceur malveillant retient une seule donnée d'un blob. Le codage par effacement introduit la redondance des données pour les blobs, de sorte qu'un ordonnanceur malveillant doit nécessairement retenir une part évidente de données blob pour retenir une quantité quelconque de données.

Le couplage entre DAS et le codage d'effacement est la base de la technologie de danksharding complète. Ces technologies sont également à la base de certaines couches DA, comme Polygon Avail et Celestia. À bien des égards, la vision soutenant le calcul de blockchain modulaire est en cours de test à petite échelle par d'autres projets de blockchain, et sera testée à grande échelle sur Ethereum, en partie grâce au proto-danksharding, et testée sérieusement par le danksharding complet.

Engagement KZG

Avant que DAS et le codage d'effacement puissent être réalisés sur Ethereum, le danksharding complet doit mettre en œuvre le schéma de promesse KZG. Kate Zaverucha Goldberg( La promesse KZG) est un système de preuve à connaissance nulle( ZK) qui permet d'évaluer un polynôme sans révéler l'ensemble du polynôme. De grands objets de données, comme des blobs, peuvent être manipulés et prouvés de manière efficace par un ordinateur s'ils sont d'abord représentés sous forme de polynôme. L'EIP-4844 introduit de manière importante la promesse KZG comme partie du processus de validation et de génération de preuves des blobs. Pour les rollups de Layer 2 dépendants des preuves ZK, la promesse KZG peut représenter le calcul des transactions et l'état du protocole de rollup. Dans le contexte de l'EIP-4844, la promesse KZG peut vérifier les propriétés des blobs sans avoir besoin de lire l'intégralité du contenu des transactions des blobs.

Cérémonie KZG

Le schéma de promesse KZG utilisé pour vérifier les blobs repose sur des valeurs secrètes générées une fois par un paramétrage de confiance. Certains protocoles cryptographiques, tels que Zcash, Tornado Cash et Filecoin, dépendent du paramétrage de confiance pour générer en toute sécurité une valeur secrète, utilisée pour des calculs en chaîne répétés. La cérémonie de paramétrage de confiance de l'EIP-4844 a débuté en janvier 2023. Elle a reçu près de 100 000 contributions de la communauté Ethereum. En arrière-plan, la cérémonie de paramétrage de confiance est un processus unique qui génère un ensemble de données à partir des contributions de plusieurs parties pour les protocoles cryptographiques. L'objectif de combiner l'entropie provenant de plusieurs contributions lors de la cérémonie de paramétrage de confiance est de générer une valeur secrète qui est presque impossible à reproduire ou à deviner. Il est crucial que la valeur secrète produite lors de la cérémonie de paramétrage de confiance soit la plus.