Beam Chain: Ánh sáng của kỷ nguyên mới Ethereum

Hội nghị Devcon 2024 vừa kết thúc được tổ chức tại Bangkok, thu hút sự chú ý rộng rãi từ hệ sinh thái Ethereum. Một loạt những tiến triển và động thái mới được công bố tại hội nghị đã mang lại sức sống mới cho ngành Web3 toàn cầu.

Trong số đó, đề xuất nâng cấp lớp đồng thuận Beam Chain do nhà nghiên cứu của Quỹ Ethereum, Justin Drake, đưa ra là nổi bật nhất. Kế hoạch này được cộng đồng gọi là "Ethereum 3.0" nhằm giảm bớt gánh nặng tính toán và giao tiếp cho các xác thực viên thông qua công nghệ chứng minh không kiến thức, từ đó hạ thấp rào cản để trở thành xác thực viên. Điều này sẽ giúp thu hút nhiều xác thực viên hơn tham gia vào mạng lưới, nâng cao tính bảo mật, giảm thiểu tính toán thừa và cải thiện hiệu quả tổng thể của mạng. Ngoài ra, đề xuất này cũng nhằm giải quyết nợ kỹ thuật tồn đọng trong Beacon Chain do lý do lịch sử và chuẩn bị cho những nhu cầu bảo mật kháng lượng tử có thể xảy ra trong tương lai.

Đề xuất này phù hợp với công việc Snark hóa (SNARKification) Ethereum trong lộ trình The Verge mà Vitalik đã đề xuất trước đó. Snark hóa liên quan đến việc chuyển đổi tầng đồng thuận và tầng thực thi sang bằng chứng không kiến thức. Vitalik trong bản giải thích mới nhất đã thừa nhận rằng việc cải cách tầng đồng thuận là một công việc đầy thử thách, cần phải tối ưu hóa liên tục trong quá trình phát triển sau này. Đề xuất của Beam Chain có thể được coi là một phản hồi cụ thể đối với Vitalik về cách Snark hóa tầng đồng thuận.

Beam Chain chủ yếu tập trung vào việc cải cách lớp đồng thuận. Việc Snark hóa lớp đồng thuận không có nghĩa là cải cách tất cả các phần, mà chủ yếu nhắm vào lõi của blockchain - hàm chuyển trạng thái (State Transition Function). Đối với lớp đồng thuận, hàm chuyển trạng thái chủ yếu bao gồm hàm chuyển trạng thái theo slot (per-slot transition function), hàm chuyển trạng thái theo khối (per-block transition function) và hàm chuyển trạng thái theo thời kỳ (per-epoch transition function). Những hàm này bao gồm việc thực thi thuật toán đồng thuận và logic Staking, đề xuất khối, xác minh tính chính xác của kết quả lớp thực thi, xác minh Merkle Tree Root, xác minh/tổng hợp chữ ký đồng thuận, tính toán hàm băm cũng như các hoạt động staking và redeem liên quan đến truy cập trạng thái lưu trữ tài khoản.

Cần lưu ý rằng trong quá trình Snark hóa lớp đồng thuận, Ethereum vẫn coi việc phi tập trung và sự đa dạng là mục tiêu hàng đầu. Do đó, sẽ không yêu cầu bắt buộc sử dụng thuật toán và giao thức ZK cụ thể, mà do người đề xuất tự lựa chọn.

Điểm khó khăn chính trong việc hiện thực hóa ý tưởng Beam Chain là làm thế nào để rút ngắn thời gian chứng minh hiện tại từ vài chục đến cả trăm giây xuống còn cấp giây. Để giải quyết nút thắt về hiệu suất này, cộng đồng đang khám phá các phương pháp tăng tốc ASIC, hy vọng hoàn thành toàn bộ quy trình từ việc tạo ra bằng chứng đến chứng minh trong máy ảo chứng minh không biết (Zero-Knowledge Proof Virtual Machine) trên chip, với mục tiêu nâng cao thời gian tạo ra bằng chứng lên hơn mười lần trong vài năm tới, đạt được chứng minh thời gian thực (Realtime Proving).

Một số tổ chức nghiên cứu đã đạt được tiến bộ đáng kể trong việc tăng tốc chứng minh ZK bằng cách sử dụng các nền tảng phần cứng như GPU, FPGA, ASIC. Chẳng hạn, đối với việc tăng tốc nhiều hệ thống ZK như Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 và Plonky2, một số toán tử chính đã đạt được tỷ lệ tăng tốc trên trăm lần.

Ngoài ra, trong lĩnh vực tính toán có thể xác minh của mô hình lớn AI+ZK, thông qua các công nghệ như nhân ma trận Folding tự thiết kế, tối ưu hóa phối hợp GPU+CPU của giao thức Sumcheck, và thực hiện hiệu quả đường cong ellip, một số triển khai đã rút ngắn thời gian tạo token đầu tiên của zkLLM từ 4 giờ xuống khoảng 18 phút.

Đối mặt với mối đe dọa tiềm tàng từ máy tính lượng tử, ngành công nghiệp cũng đang tích cực khám phá các giải pháp mật mã hậu lượng tử. Ví dụ, thư viện mật mã phiên bản hậu lượng tử được cải tiến dựa trên OpenSSL đã hỗ trợ nhiều thuật toán hậu lượng tử tiêu chuẩn NIST. Đồng thời, để giải quyết vấn đề chữ ký hậu lượng tử lưu trữ phình to hơn 40 lần so với ECDSA, thông qua việc tối ưu hóa quy trình đồng thuận và đọc bộ nhớ độ trễ thấp, TPS của blockchain chống lượng tử có thể đạt khoảng 50% so với chuỗi gốc.

Việc đề xuất Beam Chain đã mở ra một hướng mới cho việc Snark hóa lớp đồng thuận. Khi ý tưởng này ngày càng sâu sắc, dự kiến sẽ kích thích cộng đồng có nhiều ý tưởng đổi mới hơn về việc cải cách lớp đồng thuận. Sự thúc đẩy đồng thời của việc Snark hóa lớp đồng thuận và lớp thực thi sẽ hoàn thành mảnh ghép cuối cùng của việc Snark hóa Ethereum, đóng góp đáng kể vào khả năng mở rộng và tính phi tập trung của Ethereum.

Trong tương lai, máy ảo dựa trên công nghệ chứng minh không biết sẽ có khả năng đóng vai trò cốt lõi trong hệ sinh thái Ethereum. Bằng cách giới thiệu chứng minh SNARK và mật mã hậu lượng tử, kết hợp với ngưỡng đặt cọc thấp hơn và thời gian xác nhận khối nhanh hơn, Beam Chain sẽ mang lại sự phi tập trung mạnh mẽ hơn và hiệu suất cao hơn cho Ethereum, mở ra một kỷ nguyên mới cho sự phát triển của Ethereum.