Beam Chain: Эфир нового века

Только что завершившаяся конференция 2024 Devcon прошла в Бангкоке и привлекла широкое внимание экосистемы Ethereum. Серия последних обновлений и динамики, представленных на конференции, вдохнула новую жизнь в глобальную индустрию Web3.

Одним из наиболее заметных является предложение об обновлении уровня консенсуса Beam Chain, выдвинутое исследователем фонда Ethereum Джастином Дрейком. Этот план, который сообщество называет "Ethereum 3.0", направлен на снижение вычислительных и коммуникационных нагрузок на валидаторов с помощью технологии нулевых знаний, что снизит барьер для вступления в роль валидатора. Это поможет привлечь больше валидаторов в сеть, повысит безопасность, уменьшит избыточные вычисления и улучшит общую эффективность сети. Кроме того, это предложение также нацелено на решение технического долга, оставшегося в Beacon Chain по историческим причинам, и подготовку к возможным требованиям по квантовой безопасности в будущем.

Это предложение совпадает с работой по Snark-фикации (SNARKification) Ethereum в дорожной карте The Verge, ранее предложенной Виталиком. Snark-фикация включает в себя преобразование уровня консенсуса и уровня выполнения с использованием нулевых знаний. В своей последней интерпретации Виталик признал, что преобразование уровня консенсуса является сложной задачей, требующей постоянной оптимизации в ходе дальнейшей разработки. Предложение Beam Chain можно рассматривать как конкретный ответ Виталика на то, как Snark-фицировать уровень консенсуса.

Beam Chain в основном сосредоточен на преобразовании уровня консенсуса. Преобразование уровня консенсуса в Snark не означает, что все части должны быть изменены, а направлено в основном на核心 блокчейна — функцию перехода состояния (State Transition Function). Для уровня консенсуса функция перехода состояния в основном включает функцию перехода на слот (per-slot transition function), функцию перехода на блок (per-block transition function) и функцию перехода на эпоху (per-epoch transition function). Эти функции охватывают выполнение алгоритма консенсуса и логику Staking, предложение блоков, проверку корректности результатов уровня исполнения, проверку корня дерева Меркла, проверку/агрегацию подписей консенсуса, вычисление хэш-функций, а также операции по ставкам и выкупу, связанные с доступом к состоянию хранения аккаунтов.

Стоит отметить, что в процессе Snark-изации уровня консенсуса Ethereum по-прежнему ставит децентрализацию и разнообразие в качестве главной цели. Поэтому не будет обязательного требования использовать конкретные ZK-алгоритмы и протоколы, а выбор будет зависеть от предложителя.

Основная трудность реализации концепции Beam Chain заключается в том, как сжать время доказательства, которое в настоящее время занимает десятки, а то и сотни секунд, до уровня секунд. Чтобы решить эту проблему с производительностью, сообщество исследует использование методов ускорения на ASIC, надеясь завершить весь процесс от генерации доказательства до доказательства с помощью виртуальной машины нулевых знаний на чипе, с целью увеличить время генерации доказательства более чем в десять раз в ближайшие годы и достичь настоящего实时证明 (Realtime Proving).

Некоторые исследовательские учреждения уже добились значительного прогресса в ускорении ZK-доказательств с использованием аппаратных платформ, таких как GPU, FPGA и ASIC. Например, для ускорения различных ZK-систем, таких как Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 и Plonky2, некоторые ключевые операторы достигли ускорения более чем в сто раз.

Кроме того, в области AI+ZK для больших моделей с проверяемыми вычислениями, благодаря самостоятельно разработанным технологиям, таким как умножение матриц Folding, совместная оптимизация GPU+CPU по протоколу Sumcheck и эффективная реализация на эллиптических кривых, некоторые реализации смогли сократить время генерации первого токена zkLLM с 4 часов до примерно 18 минут.

С учетом потенциальной угрозы со стороны квантовых компьютеров, отрасль активно исследует решения в области постквантовой криптографии. Например, модифицированная версия библиотеки шифрования на основе OpenSSL уже поддерживает несколько постквантовых алгоритмов, стандартизированных NIST. В то же время, чтобы решить проблему увеличения объема хранения постквантовых подписей более чем в 40 раз по сравнению с ECDSA, оптимизировав процесс консенсуса и обеспечив низкую задержку при чтении из памяти, TPS квантово-устойчивой блокчейн-системы может достигать около 50% от TPS оригинальной цепи.

Предложение Beam Chain открыло новое направление для Snark-реализации на уровне консенсуса. С углублением этой идеи ожидается, что она вдохновит сообщество на большее количество инновационных идей по преобразованию уровня консенсуса. Совместное развитие Snark-реализации уровня консенсуса и уровня исполнения завершит последнюю деталь Snark-реализации Ethereum, что внесет значительный вклад в масштабируемость и децентрализацию Ethereum.

В будущем виртуальная машина, основанная на технологии нулевых знаний, обещает сыграть核心 роль в экосистеме Ethereum. Внедряя доказательства SNARK и постквантовую криптографию, в сочетании с более низким порогом стейкинга и более быстрым временем подтверждения блоков, Beam Chain обеспечит для Ethereum более сильную децентрализацию и более высокую производительность, открывая новую эру в развитии Ethereum.