Beam Chain: Cahaya baru di era Ethereum

Konferensi 2024 Devcon yang baru saja berakhir di Bangkok menarik perhatian luas dari ekosistem Ethereum. Serangkaian perkembangan dan dinamika terbaru yang diumumkan dalam acara tersebut memberikan energi baru bagi industri Web3 global.

Yang paling mencolok adalah proposal peningkatan lapisan konsensus Beam Chain yang diajukan oleh peneliti Ethereum Foundation, Justin Drake. Rencana yang disebut "Ethereum 3.0" oleh komunitas ini bertujuan untuk mengurangi beban komputasi dan komunikasi validator melalui teknologi bukti nol, sehingga menurunkan ambang batas untuk menjadi validator. Ini akan membantu menarik lebih banyak validator untuk bergabung dengan jaringan, meningkatkan keamanan, mengurangi perhitungan redundan, dan meningkatkan efisiensi keseluruhan jaringan. Selain itu, proposal ini juga bertujuan untuk menyelesaikan utang teknis yang tertinggal di Beacon chain akibat alasan historis dan mempersiapkan kemungkinan kebutuhan keamanan anti-kuantum di masa depan.

Proposal ini sejalan dengan pekerjaan Snarkifikasi Ethereum dalam peta jalan The Verge yang sebelumnya diusulkan oleh Vitalik. Snarkifikasi melibatkan transformasi bukti nol pengetahuan pada lapisan konsensus dan lapisan eksekusi. Dalam penjelasan terbarunya, Vitalik mengakui bahwa transformasi pada lapisan konsensus adalah pekerjaan yang menantang dan memerlukan optimasi terus-menerus dalam pengembangan selanjutnya. Usulan Beam Chain dapat dipandang sebagai tanggapan konkret terhadap Vitalik tentang bagaimana melakukan Snarkifikasi pada lapisan konsensus.

Beam Chain terutama berfokus pada transformasi lapisan konsensus. Mengubah lapisan konsensus menjadi Snark tidak berarti mengubah semua bagian, tetapi terutama menargetkan inti dari blockchain — fungsi transisi status (State Transition Function). Untuk lapisan konsensus, fungsi transisi status terutama mencakup fungsi transisi per-slot, fungsi transisi per-block, dan fungsi transisi per-epoch. Fungsi-fungsi ini mencakup pelaksanaan algoritma konsensus dan logika Staking, pengajuan blok, verifikasi keakuratan hasil lapisan eksekusi, verifikasi Merkle Tree Root, verifikasi/aggregasi tanda tangan konsensus, perhitungan fungsi hash, serta operasi staking dan penebusan yang melibatkan akses status penyimpanan akun.

Perlu dicatat bahwa dalam proses Snarkisasi lapisan konsensus, Ethereum tetap menjadikan desentralisasi dan keragaman sebagai tujuan utama. Oleh karena itu, tidak ada kewajiban untuk menggunakan algoritma dan protokol ZK tertentu, melainkan pilihan diserahkan kepada para pengusul.

Inti dari tantangan untuk mewujudkan konsep Beam Chain adalah bagaimana mengurangi waktu pembuktian yang saat ini memerlukan puluhan bahkan ratusan detik menjadi tingkat detik. Untuk mengatasi hambatan kinerja ini, komunitas sedang mengeksplorasi penggunaan metode akselerasi ASIC, berharap dapat menyelesaikan seluruh proses pembuktian dari pembuatan bukti hingga pembuktian pada chip, dengan harapan dalam beberapa tahun ke depan dapat meningkatkan waktu pembuatan bukti lebih dari sepuluh kali lipat, dan mewujudkan pembuktian waktu nyata (Realtime Proving).

Beberapa lembaga penelitian telah mencapai kemajuan signifikan dalam mempercepat bukti ZK menggunakan platform perangkat keras seperti GPU, FPGA, dan ASIC. Misalnya, untuk percepatan berbagai sistem ZK seperti Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2, dan Plonky2, beberapa operator inti telah mencapai rasio percepatan lebih dari seratus kali.

Selain itu, dalam komputasi yang dapat diverifikasi untuk model besar di arah AI+ZK, melalui teknologi seperti matriks perkalian Folding yang dirancang sendiri, optimasi kolaboratif GPU+CPU dari protokol Sumcheck, dan implementasi efisien dari kurva elips, beberapa implementasi telah mengurangi waktu generasi token pertama zkLLM dari 4 jam menjadi sekitar 18 menit.

Menghadapi ancaman potensial dari komputer kuantum, industri juga secara aktif mengeksplorasi solusi kriptografi pasca-kuantum. Misalnya, perpustakaan kriptografi versi pasca-kuantum yang dimodifikasi berdasarkan OpenSSL telah mendukung beberapa algoritma pasca-kuantum standar NIST. Sementara itu, untuk masalah penyimpanan tanda tangan pasca-kuantum yang lebih dari 40 kali lipat dibandingkan ECDSA, dengan mengoptimalkan proses konsensus dan pembacaan memori latensi rendah, TPS blockchain tahan kuantum dapat mencapai sekitar 50% dari rantai asli.

Usulan Beam Chain membuka arah baru untuk Snarkisasi lapisan konsensus. Seiring dengan pendalaman ide ini, diharapkan akan memicu lebih banyak pemikiran inovatif dari komunitas mengenai transformasi lapisan konsensus. Snarkisasi lapisan konsensus dan lapisan eksekusi yang saling mendorong akan menyelesaikan potongan akhir Snarkisasi Ethereum, memberikan kontribusi signifikan terhadap skalabilitas dan desentralisasi Ethereum.

Di masa depan, mesin virtual yang berbasis teknologi bukti nol pengetahuan diharapkan memainkan peran kunci dalam ekosistem Ethereum. Dengan memperkenalkan bukti SNARK dan kriptografi pasca-kuantum, dikombinasikan dengan ambang staking yang lebih rendah dan waktu konfirmasi blok yang lebih cepat, Beam Chain akan membawa desentralisasi yang lebih kuat dan performa yang lebih tinggi untuk Ethereum, membuka era baru dalam pengembangan Ethereum.