Bước đầu tiên của mô-đun Ethereum: Giới thiệu cơ bản về Proto-danksharding và nguyên lý hoạt động của nó

Ethereum đã thành công trong việc chuyển đổi từ giao thức đồng thuận bằng chứng công việc sang bằng chứng cổ phần. Dự án quan trọng tiếp theo là EIP-4844, còn được gọi là "khả năng sử dụng dữ liệu gốc". Thay đổi mã này nhằm cải thiện khả năng mở rộng của các rollup xây dựng trên Ethereum.

EIP-4844 giới thiệu một loại giao dịch mới, được gọi là blob. Nó tăng cường dữ liệu và yêu cầu lưu trữ của khối Ethereum, và tạo ra một thị trường phí mới, tách biệt giá blob với giao dịch thông thường.

Rollup là giao thức phụ thuộc vào blockchain Layer 2 ( như Ethereum ) để đảm bảo khả năng truy cập dữ liệu ( DA ). Thông thường, rollup dựa trên hợp đồng thông minh không chỉ phụ thuộc vào DA của Ethereum mà còn phụ thuộc vào Ethereum để thanh toán giao dịch. Những rollup này đọc dữ liệu từ các lớp DA như Ethereum và thực hiện các giao dịch hiệu quả và mã hợp đồng thông minh.

Chi phí để phát hành một lượng lớn dữ liệu lên Ethereum thường rất cao, một phần là do mạng lưu trữ dữ liệu như một phần của lịch sử giao dịch vĩnh viễn. Với EIP-4844, mỗi khối sẽ tạo ra không gian dữ liệu bổ sung 512kB hoặc 768kB cho rollup. Dữ liệu này sẽ được lưu trữ khoảng ba tuần. Về lý thuyết, chi phí phát hành dữ liệu lên Ethereum thông qua rollup sẽ giảm đáng kể.

Proto-danksharding là sự chuẩn bị hoàn toàn cho danksharding và là "nguyên mẫu" của nó, nó sẽ cho phép các nút Ethereum tải xuống các đoạn dữ liệu blob để xác định tính khả dụng của blob hoàn chỉnh.

Bài viết này khám phá chi tiết cách hoạt động của EIP-4844, những hạn chế của danksharding nguyên thủy, kế hoạch tiến hóa của EIP-4844 đến danksharding hoàn toàn, cũng như lợi ích trực tiếp đối với người dùng cuối và các nhà phát triển dapp.

Bối cảnh

EIP-4844 được coi là bản nâng cấp khả năng mở rộng của Ethereum. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sự thay đổi mã này không làm tăng hoặc cải thiện khả năng giao dịch của Ethereum một cách đáng kể. Proto-danksharding đã giảm chi phí để phát hành một lượng lớn dữ liệu lên Ethereum, từ đó giảm chi phí vận hành của rollup. EIP-4844 được cho là nâng cao khả năng mở rộng của Ethereum, vì nó làm cho việc xây dựng các mạng Layer 2 dựa trên Ethereum trở nên tiết kiệm chi phí hơn, nhưng sự thay đổi mã này không cải thiện khả năng mở rộng của Ethereum như một blockchain tổng quát.

Trong những năm gần đây, hoạt động giao dịch của các rollup Ethereum như Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync và Polygon zkEVM đã tăng trưởng. L2Beat.com ước tính rằng tổng thông lượng giao dịch của tất cả các mạng Layer 2 đạt 3.8 lần TPS trung bình hàng ngày của Ethereum.

Theo dữ liệu do Blockworks Research cung cấp qua Dune Analytics, rollup đã tiết kiệm hơn 99% phí gas cho người dùng cuối và các nhà phát triển dapp so với chi phí triển khai mã và giao dịch trực tiếp trên Ethereum.

Tính đến ngày 13 tháng 6 năm 2023, chi phí gửi giao dịch trên hai rollup Ethereum phổ biến nhất là Optimism và Arbitrum khoảng từ 0,03 đô la đến 0,05 đô la. Tuy nhiên, trong trường hợp hoạt động trên chuỗi diễn ra thường xuyên và mạng bị tắc nghẽn, những chi phí này đôi khi có thể tăng vọt lên trên 1 đô la.

Mục tiêu của EIP-4844 là giảm thêm chi phí rollup bằng cách giới thiệu giao dịch blob. Dưới đây là hướng dẫn từng bước về vòng đời của giao dịch blob được định nghĩa trong EIP-4844:

1. Người dùng gửi giao dịch đến rollup
2. Bộ sắp xếp Rollup sẽ đóng gói các giao dịch thành các lô.
3. Bộ sắp xếp tạo giao dịch blob, mã hóa dữ liệu giao dịch đã được đóng gói thành blob
4. Giao dịch Blob đã được gửi đến mempool Ethereum
5. Người xác thực đưa giao dịch blob vào khối
6. Khối được phát sóng đến mạng và cuối cùng được xác nhận
7. Dữ liệu Blob được lưu trữ trong chuỗi beacon khoảng 3 tuần
8. Dữ liệu blob sẽ bị xóa sau 3 tuần
9. Rollup vẫn có thể truy cập cam kết mã hóa dữ liệu giao dịch

EIP-4844 sẽ không ảnh hưởng đến cách các giao dịch thông thường được đưa vào khối, cũng như không ảnh hưởng đến thị trường phí quyết định giá không gian khối Ethereum, nhưng nó thực sự làm tăng yêu cầu lưu trữ của khối Ethereum. Không gian dữ liệu bổ sung được dành cho việc gắn các giao dịch blob vào khối. Blob giống như một chiếc xe phụ, có thể được gắn vào khối Ethereum mà không ảnh hưởng hoặc chiếm dụng không gian khối hiện có.

Không gian khối Blob sẽ được đấu giá theo thị trường phí riêng của nó, mô phỏng thiết kế thị trường phí của EIP-1559. Ban đầu, giao dịch blob sẽ gần như không tốn chi phí. Sau đó, mỗi khi một khối được xác nhận, nếu hơn một nửa không gian khối blob được sử dụng, chi phí giao dịch blob sẽ tăng 12,5%. Đối với mỗi khối mà không gian khối blob chưa được sử dụng đầy đủ, chi phí của blob sẽ giảm 12,5%.

Giao dịch Blob sẽ không được lưu trữ vô thời hạn trên Ethereum, mà sẽ được lưu trữ trên lớp đồng thuận của Ethereum (CL) và sẽ bị loại bỏ khỏi nút CL sau ba tuần. Proto-danksharding sẽ cho phép mỗi khối có tối đa 4 blob, mỗi blob có thể chứa tối đa 128kB dữ liệu bổ sung. Giới hạn tối đa cho không gian blob 512kB có thể thay đổi dựa trên các thử nghiệm đang diễn ra của EIP-4844. Các nhà phát triển đang thảo luận tích cực về khả năng tăng giới hạn này từ 4 blob lên 6 blob.

Trên Ethereum, mỗi ngày khoảng 7094 khối được tạo ra, sau EIP-4844, giả sử giới hạn 4 blob/mỗi khối, mỗi ngày có thể xử lý tối đa 28376 blob. ( Đây là giá trị tối đa lý thuyết, do sự thay đổi động của phí blob, trong thực tế có thể sẽ không bao giờ đạt được. )

Trong sáu tháng qua, các trình sắp xếp chạy trên Optimism đã gửi khoảng 3126 lô giao dịch mỗi ngày lên Ethereum. Khối lượng giao dịch được xác nhận bởi Arbitrum khoảng gấp đôi của Optimism. Trên Optimism, hơn 90% phí đến từ phí CALLDATA Layer 1.

Việc giới thiệu không gian lưu trữ dữ liệu chuyên dụng, dù ban đầu có nhỏ đến đâu, là nhằm giảm chi phí sử dụng Ethereum làm lớp DA cho tất cả các rollup dựa trên Ethereum. Theo ước tính thận trọng, các nhà phát triển rollup dự kiến phí rollup sẽ giảm từ 100% đến 900% sau khi EIP-4844 được kích hoạt. Tuy nhiên, những ước tính này có thể thay đổi dựa trên sự gia tăng việc áp dụng và hoạt động của rollup trong vài tháng trước và sau khi cơ sở dữ liệu gốc được kích hoạt.

Chi phí giao dịch blob, mặc dù có thể rẻ hơn so với giao dịch thông thường khi EIP-4844 được kích hoạt, nhưng nếu số lượng rollup trên Ethereum tăng lên, chi phí có thể nhanh chóng leo thang. Hơn nữa, mặc dù mỗi blob được thiết kế để cung cấp cơ hội cho một bộ sắp xếp duy nhất để phát hành dữ liệu lên tới 128kB, nhưng các bộ sắp xếp rollup có khả năng phối hợp, khiến một blob duy nhất chứa dữ liệu từ nhiều rollup. Các nhà phát triển Ethereum nhận thức được rằng, do số lượng khối bị giới hạn và một lô giao dịch đơn lẻ có thể không tận dụng hoàn toàn không gian dữ liệu 128kB của mỗi giao dịch blob, có thể sẽ xuất hiện một thị trường thứ cấp để định giá blob.

Proto-danksharding đã đặt nền tảng cho việc giới thiệu công nghệ tiên tiến hơn, nhằm giảm chi phí blob hơn nữa mà không làm tăng tải tính toán của các nút. Được gọi là danksharding hoàn toàn, ý tưởng đầy đủ về blob là tăng số lượng tối đa của mỗi khối blob từ 4 lên 64.

Danksharding hoàn toàn

Bốn blob làm tăng kích thước khối Ethereum thêm 512kB. Sáu blob sẽ làm tăng thêm kích thước khối Ethereum thêm 768kB. Như đã đề cập trước đó, không gian khối bổ sung chỉ được sử dụng cho giao dịch blob và không lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn như không gian khối thông thường. Tầm nhìn toàn diện của EIP-4844 là giới thiệu tối đa 64 blob cho Ethereum, và làm điều này mà không làm tăng đáng kể tải tính toán của các nút xác minh khối. Để đạt được danksharding hoàn toàn, Ethereum cần triển khai hai công nghệ: lấy mẫu khả năng dữ liệu (DAS) và mã hóa xóa.

mẫu khả dụng dữ liệu ( DAS )

Trong bối cảnh xác minh giao dịch Layer 2 rollup, mục tiêu của DAS là đảm bảo rằng tất cả các đoạn dữ liệu được gói bởi bộ sắp xếp đã được phát hành lên chuỗi. Các nút đầy đủ được chọn ngẫu nhiên, tải xuống một khối dữ liệu từ blob và tạo ra chứng nhận khả dụng dữ liệu. Số lần nút đầy đủ lấy mẫu dữ liệu càng nhiều, xác suất xác định rằng tất cả dữ liệu đã được cung cấp từ bộ sắp xếp mà không giữ lại dữ liệu quan trọng càng lớn. Đối với nút, quá trình lấy mẫu dữ liệu ít tính toán hơn so với việc tải xuống toàn bộ dữ liệu blob, nhưng lý thuyết sẽ đưa ra cùng một đảm bảo khả dụng dữ liệu. Giống như proto-danksharding, việc lấy mẫu dữ liệu blob dưới danksharding hoàn chỉnh sẽ đảm bảo rằng giao dịch từ bộ sắp xếp đã được xác minh và phát hành trên chuỗi, để bất kỳ người dùng hoặc bên liên quan nào của mạng có thể đánh giá.

Thông qua DAS, các nhà phát triển Ethereum có sự tự tin trong việc tăng số lượng và khối lượng blob được phát hành lên Ethereum mà không làm tăng gánh nặng tính toán cho các nút. Hơn nữa, các nhà phát triển cũng có kế hoạch trong các bản nâng cấp trong tương lai để giảm bớt gánh nặng tính toán cho các nút thông qua việc thực hiện các đề xuất như hết hạn lịch sử. Theo lời của nhà nghiên cứu Ethereum Dankrad Feist, theo thời gian, Ethereum sẽ trở thành "bảng thông báo công cộng hơn là hệ thống lưu trữ", sẽ chuyển trách nhiệm lưu giữ bản sao hoàn chỉnh của lịch sử giao dịch cho các bên liên quan trong mạng thường xuyên sử dụng dữ liệu này, chẳng hạn như Layer 2 rollup và các công ty hạ tầng blockchain như Infura, Alchemy và Blockdaemon. Mặc dù EIP-4844 đã giới thiệu blob, nhưng đây là một ví dụ sớm cho thấy tất cả các giao dịch có thể một ngày nào đó trở thành lưu trữ blob trên Ethereum.

Xóa mã

Công nghệ mã hóa xóa đã tăng cường khả năng lấy mẫu dữ liệu. Nếu một bộ sắp xếp độc hại giữ lại một số khối dữ liệu, ở bất kỳ đâu từ 1% đến 49% dữ liệu blob, việc lấy mẫu giao dịch có thể xác suất dẫn đến một số mẫu chứng minh ban đầu đã được trả về là đúng, thay vì sai. Mã hóa xóa đảm bảo rằng nếu ít nhất một nửa dữ liệu blob được xác minh, phần còn lại của blob có thể được tái tạo. Kỹ thuật này chỉ hiệu quả khi dữ liệu được biểu diễn dưới dạng đa thức, tức là biểu thức có hai hoặc nhiều hạng tử đại số. Hình thức mã hóa xóa phổ biến nhất dựa trên mã Reed-Solomon(RS), đây là một công thức toán học cao cấp có thể giải quyết dữ liệu bị thiếu dựa trên đủ các đoạn dữ liệu đã biết. Một cách trực quan, chỉ dựa vào việc lấy mẫu có thể không đảm bảo hiệu quả tính khả dụng của một lượng lớn dữ liệu, đặc biệt là trong trường hợp một bộ sắp xếp độc hại giữ lại một dữ liệu đơn lẻ từ một blob. Mã hóa xóa giới thiệu sự dư thừa dữ liệu cho blob, như vậy, bộ sắp xếp độc hại sẽ cần phải giữ lại một phần lớn rõ ràng của dữ liệu blob để giữ lại bất kỳ số lượng dữ liệu nào.

Sự kết hợp giữa DAS và mã xóa là nền tảng cho công nghệ danksharding hoàn toàn. Những công nghệ này cũng là nền tảng cho một số lớp DA, chẳng hạn như Polygon Avail và Celestia. Ở nhiều khía cạnh, tầm nhìn hỗ trợ tính toán chuỗi khối mô-đun đang được thử nghiệm quy mô nhỏ thông qua các dự án chuỗi khối khác, sẽ được thử nghiệm quy mô trên Ethereum, một phần là thông qua proto-danksharding và được thử nghiệm nghiêm túc thông qua danksharding hoàn toàn.

Cam kết KZG

Trước khi DAS và mã xóa có thể được triển khai trên Ethereum, việc thực hiện hoàn toàn danksharding cần phải có kế hoạch cam kết KZG. Kate Zaverucha Goldberg(KZG) cam kết là một hệ thống chứng minh không kiến thức(ZK), có thể đánh giá đa thức mà không tiết lộ toàn bộ đa thức đó. Các đối tượng dữ liệu lớn, như blob, nếu được biểu diễn dưới dạng đa thức, có thể được máy tính xử lý và chứng minh một cách hiệu quả. EIP-4844 quan trọng ở chỗ nó giới thiệu cam kết KZG như một phần của quy trình xác thực và tạo chứng minh cho blob. Đối với rollup Layer 2 phụ thuộc vào chứng minh ZK, cam kết KZG có thể đại diện cho tính toán giao dịch và trạng thái của giao thức rollup. Trong bối cảnh của EIP-4844, cam kết KZG có thể kiểm tra các thuộc tính của blob mà không cần đọc toàn bộ nội dung giao dịch blob.

Lễ KZG

KZG cam kết kế hoạch để xác minh blob phụ thuộc vào giá trị bí mật được tạo ra một lần thông qua thiết lập đáng tin cậy. Một số giao thức mã hóa, chẳng hạn như Zcash, Tornado Cash và Filecoin, dựa vào thiết lập đáng tin cậy để an toàn tạo ra một giá trị bí mật, được sử dụng cho các phép toán trên chuỗi lặp đi lặp lại. Lễ nghi thiết lập đáng tin cậy của EIP-4844 đã bắt đầu vào tháng 1 năm 2023. Nó đã nhận được gần 100.000 đóng góp từ cộng đồng Ethereum. Để làm nền tảng, lễ nghi thiết lập đáng tin cậy là một chương trình một lần, từ những đóng góp của hơn một bên tạo ra một khối dữ liệu cho giao thức mã hóa. Mục tiêu của lễ nghi thiết lập đáng tin cậy là kết hợp entropy từ nhiều đóng góp để tạo ra một giá trị bí mật gần như không thể tái tạo hoặc đoán được. Điều quan trọng là, từ lễ nghi thiết lập đáng tin cậy sinh ra