Beam Chain: Світанок нової ери Ethereum

Тільки що завершилася конференція 2024 Devcon, яка відбулася в Бангкоку і привернула широку увагу до екосистеми Ethereum. Серія останніх досягнень та новин, представлених на заході, надала нову енергію глобальній індустрії Web3.

Серед найбільш помітних є пропозиція щодо оновлення шару консенсусу Beam Chain, запропонована дослідником Фонду Ethereum Джастіном Дрейком. Цей план, який у спільноті називають "Ethereum 3.0", має на меті зменшити обчислювальні та комунікаційні витрати для валідаторів за допомогою технології нульових знань, що знизить бар'єри для стає валідатором. Це допоможе залучити більше валідаторів до мережі, підвищити безпеку, зменшити надмірні обчислення та покращити загальну ефективність мережі. Крім того, ця пропозиція також прагне вирішити технічні борги, що залишились у Beacon Chain з історичних причин, і підготуватися до можливих потреб у квантовій безпеці в майбутньому.

Ця пропозиція узгоджується з раніше запропонованою Віталіком роботою з Snark-ізації Ethereum у дорожній карті The Verge. Snark-ізація передбачає модифікацію шару консенсусу та шару виконання за допомогою доказів нульового знання. Віталік у своєму останньому тлумаченні визнав, що модифікація шару консенсусу є складним завданням, яке потребує постійної оптимізації під час подальшої розробки. Пропозиція Beam Chain може розглядатися як конкретна відповідь на думки Віталіка щодо того, як Snark-ізувати шар консенсусу.

Beam Chain головним чином зосереджується на модернізації шару консенсусу. Перетворення шару консенсусу на Snark не означає, що всі його частини підлягають модернізації, а в основному стосується ядра блокчейну — функції перетворення стану (State Transition Function). Для шару консенсусу функція перетворення стану в основному включає функцію перетворення за слотами, функцію перетворення за блоками та функцію перетворення за епохами. Ці функції охоплюють виконання алгоритмів консенсусу та логіки Staking, пропозицію блоків, перевірку правильності результатів виконавчого шару, перевірку кореня дерева Меркла, перевірку/агрегацію підписів консенсусу, обчислення хеш-функцій, а також операції стейкінгу та викупу, що стосуються доступу до стану зберігання рахунків.

Варто зазначити, що під час процесу Snark-ування шару консенсусу Ethereum все ще вважає децентралізацію та різноманітність своїми головними цілями. Тому не буде обов'язкового використання конкретних ZK-алгоритмів та протоколів, а вибір залишиться на розсуд пропонуючого.

Основна проблема реалізації концепції Beam Chain полягає в тому, як зменшити час підтвердження, що зараз займає десятки, а то й сотні секунд, до секундного рівня. Щоб вирішити цю виробничу проблему, спільнота досліджує використання методів прискорення ASIC, сподіваючись завершити весь процес від генерації доказів до підтвердження на віртуальній машині нульових знань на чіпі, з метою збільшення часу генерації доказів більш ніж у десять разів протягом наступних кількох років для досягнення справжнього миттєвого підтвердження (Realtime Proving).

Деякі дослідницькі установи вже досягли значного прогресу в прискоренні ZK-доказів, використовуючи апаратні платформи, такі як GPU, FPGA, ASIC. Наприклад, для прискорення різних ZK-систем, таких як Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 та Plonky2, деякі ключові оператори досягли більш ніж стократного прискорення.

Крім того, у напрямку AI+ZK великих моделей з можливістю верифікації обчислень, завдяки самостійно розробленим технологіям, таким як матричне множення Folding, оптимізація GPU+CPU для протоколу Sumcheck та ефективна реалізація еліптичних кривих, деякі реалізації змогли скоротити час генерації першого токена zkLLM з 4 годин до приблизно 18 хвилин.

З огляду на потенційні загрози з боку квантових комп'ютерів, галузь активно досліджує рішення в сфері постквантової криптографії. Наприклад, модифікована версія бібліотеки криптографії на основі OpenSSL вже підтримує кілька постквантових алгоритмів стандарту NIST. Одночасно, для вирішення проблеми розширення зберігання постквантових підписів, яке перевищує ECDSA більш ніж у 40 разів, шляхом оптимізації процесу консенсусу та низьколатентного читання пам'яті, TPS квантово-стійкого блокчейну може досягати близько 50% від показників оригінального ланцюга.

Запровадження Beam Chain відкриває нові напрямки для Snark-ізації рівня консенсусу. З поглибленням цієї ідеї очікується, що це спонукатиме спільноту до нових інноваційних ідей щодо перетворення рівня консенсусу. Спільний розвиток Snark-ізації рівня консенсусу та рівня виконання завершить остаточну картину Snark-ізації Ethereum, що зробить значний внесок у масштабованість та децентралізацію Ethereum.

У майбутньому віртуальні машини на основі технології нульових знань мають можливість зайняти ключову роль в екосистемі Ethereum. Завдяки впровадженню SNARK-доказів і постквантової криптографії, у поєднанні з нижчими вимогами до стейкінгу та швидшим часом підтвердження блоків, Beam Chain забезпечить Ethereum більшою децентралізацією та вищою продуктивністю, відкриваючи нову еру розвитку Ethereum.