Analiza EIP-4844: Ethereum Proto Danksharding i dlaczego jest potrzebny?

Czym jest sharding w Ethereum?

Sieć Ethereum planuje wdrożyć tak zwany dunksharding, model, który wykorzystuje:

• Komitety losowo wybranych walidatorów w celu ochrony shardów przed atakami Sybil:

• Próbkowanie dostępności danych (DAS) w celu sprawdzenia dostępności informacji bez pełnego ładowania pakietu danych:

Samo Ethereum zostanie podzielone na 64 odłamki, które łączą się z łańcuchem koordynacyjnym, Beacon Chain. Łańcuch ten będzie uruchamiał tak zwane węzły oferujące, które próbkują transakcje i przekazują je do określonego shardu w celu przetworzenia i utworzenia bloku.

Mówiąc prościej, zamiast jednego łańcucha daisy, w którym każdy węzeł musi załadować każdą transakcję, będzie istniał koordynujący Beacon Chain i powiązane shardy przetwarzające transakcje równolegle. Węzły w każdym shardzie przechowują tylko swoją część danych powiązanych z ich transakcjami zamiast pełnej historii transakcji w sieci:

Uwaga: Koncepcja shardingu Ethereum została nazwana “danksharding” na cześć badacza Ethereum, Dankrada Feista, który zaproponował powyższą architekturę. Szczegółowy opis techniczny dankshardingu autorstwa Vitalika Buterina jest dostępny tutaj.

Danksharding i EIP-4844

EIP-4844 proponuje wdrożenie proto-dankshardingu w sieci Ethereum, wstępnego etapu, który powinien wprowadzić podstawowe zmiany niezbędne do pełnego uruchomienia dankshardingu w przyszłości. EIP-4844 ma 2 cele:

• Przygotowanie do wdrożenia shardingu: wiąże się to z wdrożeniem nowej logiki transakcji potrzebnej do wdrożenia shardingu, wprowadzeniem zmian w łańcuchu beaconów i węzłach beaconów, rozdzieleniem sprawdzania transakcji na bloki beaconów i wprowadzeniem dużych obiektów binarnych (więcej poniżej).
• Redukcja kosztów gazudla L2: zarówno nowa struktura danych transakcji, jak i uruchomienie dynamicznego mechanizmu kontroli kosztów gazu dla dużych obiektów binarnych przyczynią się do osiągnięcia tego celu.

Pełna lista zmian wprowadzonych w EIP-4844 i prac, które należy jeszcze wykonać, aby w pełni wdrożyć sharding, jest dostępna w opisie technicznym propozycji:

Twórcy motywują potrzebę wprowadzenia proto-dunkshardingu z wysokimi prowizjami w ekosystemie Ethereum, który nawet w sieciach L2 pozostaje poza zasięgiem wielu użytkowników. I choć tylko pełne wdrożenie shardingu może rozwiązać ten problem w sieci głównej, to w przypadku L2 sytuacja może się zmienić już teraz, udostępniając tańsze miejsce do przechowywania danych rozwiązaniom drugorzędnym.

Ponadto, po wdrożeniu shardingu, sieci L2 będą musiały zostać zaktualizowane w taki czy inny sposób, aby korzystać z nowej struktury transakcji, a EIP-4844 pozwoli to zrobić już teraz, bez czekania na wdrożenie shardingu. Nie wpłynie to na warstwę wykonawczą Ethereum (EVM), a sieć będzie kompatybilna ze wszystkimi rozwiązaniami:

Uwaga: podobnie jak w przypadku dankshardingu, nazwa “proto-danksharding” pochodzi od badacza Ethereum Proto-Lambda, który zaproponował wdrożenie wstępnego kroku, który powinien uprościć przejście na sharding.

Główne innowacje EIP-4844

Główną zmianą w EIP-4844 jest wprowadzenie nowego typu transakcji wykorzystujących duże obiekty binarne lub obiekty typu blob (BLOB). Bloby są ważną częścią architektury dunksharingu, ale mogą pomóc sieciom L2 przed jej wdrożeniem.

Obecnie rozwiązania rollup, podczas przetwarzania transakcji, wysyłają tylko krótkie informacje z nowym stanem sieci do L1, podczas gdy dane wsadowe transakcji są zapisywane w calldata. Chociaż zapisywanie danych calldata jest tańsze, węzły przechowują te informacje w nieskończoność, co prowadzi do akumulacji danych i zwiększonego zapotrzebowania na węzły. EIP-4844 sugeruje zapisywanie danych wsadowych transakcji nie w calldata. Teraz nieco więcej szczegółów na temat głównych elementów tego mechanizmu:

• Bloby to pakiety danych, w których zapisywane są kompletne informacje o bloku transakcji L2. Blok jest przechowywany poza warstwą wykonawczą, tj. EVM nie ma bezpośredniego dostępu do danych w bloku. Deweloperzy używają pojęcia “wózka bocznego” do opisania tej koncepcji, ponieważ blok jest “dołączony” do bloku jak wózek boczny do motocykla. Przetwarzanie transakcji typu blob wygląda następująco:

Sam blob, w przeciwieństwie do calldata, będzie przechowywany przez ograniczony czas, wystarczająco długo, aby walidatory rollup mogły odzyskać pełną historię transakcji, jeśli zajdzie taka potrzeba (~ 1-3 miesiące). Następnie dane są obcinane. Cykl życia obiektu blob wygląda następująco:

Ponieważ blob może zawierać dużą ilość danych, na początkowym etapie zostanie ustawiony limit: 2-4 bloby (0,25-0,5 MB) na blok. Te początkowe limity powinny zminimalizować obciążenie sieci i oczekuje się, że zostaną zwiększone w przyszłych aktualizacjach.

• KZG to dowód zaangażowania, który będzie wykorzystywany w Ethereum dunksharing. Aby maksymalnie uprościć, KZG pokazuje, że konkretna wartość w danym punkcie jest równa zadeklarowanej wartości. Dlaczego jest to potrzebne?

Jak wspomniano powyżej, EVM nie ma bezpośredniego dostępu do danych blob, więc warstwa wykonawcza wykorzystuje dowody KZG do weryfikacji ważności danych. Po wdrożeniu EIP-4844:

• Optimistic rollups: podczas generowania dowodu oszustwa mogą zweryfikować wiarygodność poprzez “ładowanie wielu wartości blob za pośrednictwem calldata w tym samym czasie”. Dla każdej wartości dostarczają dowód KZG.
• ZK rollups: muszą dostarczyć zarówno KZG w blobie, jak i własny dowód ZK, a następnie udowodnić, że KZG (do którego odwołuje się protokół dla dostępnych danych) i własne zobowiązanie ZK rollup odnoszą się do tych samych danych.

Więcej informacji na temat tego, jak konfigurowane są KZG i dlaczego są potrzebne, można znaleźć tutaj.

Ponadto KZG wymaga surowych danych, które są generowane podczas publicznej ceremonii. Publiczna ceremonia z udziałem dużej liczby użytkowników gwarantuje, że atakujący nie będzie mógł uzyskać dostępu do surowych danych i sfałszować KZG. W ceremonii można wziąć udział tutaj. Oprócz tego EIP-4844 integruje formułę dynamicznej zmiany kosztu korzystania z przestrzeni blockchain . Działa on w taki sam sposób, jak mechanizm zaimplementowany w EIP-1559 i ma na celu zapewnienie, że koszt gazu dostosowuje się tak szybko, jak to możliwe, w miarę jak bloki wykorzystują przestrzeń w blokach.

Jak EIP-4844 wpłynie na użytkowników

Zmiany techniczne, które przyniesie EIP-4844, są mniej więcej jasne, ale jak wpłynie to na doświadczenia użytkowników? Istnieją 2 kluczowe punkty, które należy tutaj zrozumieć:

• Prowizje w głównej sieci Ethereum nie zmienią się lub zmienią się nieznacznie: sam sharding danych nie zostanie zaimplementowany w EIP-4844, co oznacza, że wszystkie węzły będą musiały pobierać wszystkie transakcje tak jak wcześniej, więc przepustowość sieci i prowizje pozostaną takie same. Zmniejszenie kosztów gazu może być jednak spowodowane przejściem użytkowników do sieci L2, które będą w stanie zaoferować jeszcze korzystniejsze warunki.
• Prowizjew sieciach L2 znacznie spadną: wprowadzenie bloków czasowych zamiast funkcji calldata, która jest obecnie używana do przechowywania danych pakietów transakcji L2, zmniejszy koszt rejestrowania transakcji. W połączeniu z dynamicznym mechanizmem regulacji kosztu zapisu blockchain, doprowadzi to do obniżenia prowizji w sieciach L2 opartych na optymistycznych lub zk rollupach.

W przeciwnym razie, dopóki sharding nie zostanie w pełni wdrożony na poziomie użytkownika, interakcja z Ethereum i aplikacjami na nim zbudowanymi nie ulegnie zmianie.

Co dalej

Wdrożenie proto-dunkshardingu zaplanowano na drugą połowę 2023 r., czyli już w najbliższych miesiącach, i jasne jest, że wydarzenie to nada impuls ekosystemowi L2. Już teraz analitycy nazywają obecny trend L2-summer i sami możemy się o tym przekonać:

• Szybkie wdrażanie rozwiązań zk: zkSync, zkEVM firmy Polygon, Starknet, Linea i innych.
• Szybki rozwój ekosystemów L2 opartych na rollupach Optimism: Optimism wdraża Superchain, Arbitrum wprowadza Nitro i zdecentralizowane zarządzanie.
• Odrodzenie DeFi w sieciach rollup: nowe DEX, platformy pożyczkowe, agregatory zysków i inne rodzaje platform DeFi pojawiają się codziennie w nowych sieciach. Usługi, które są niepopularne na Ethereum ze względu na wysokie opłaty, zyskują drugie życie w sieciach L2.

Tak więc, według DeFi Llama, zagregowany TVL 11 sieci rollupów wykazuje wzrost od jesieni 2022 roku:

Chociaż trend wzrostowy TVL faktycznie zatrzymał się po spadku Arbitrum, EIP-4844 może być motorem, który wyśle główne sieci L2, jeśli nie na Księżyc, to powyżej średniej wydajności rynkowej.

Wnioski

EIP-4844 to propozycja wdrożenia proto-dunkshardingu w sieci rdzeniowej Ethereum: etap pośredni przed pełnoprawną implementacją shardingu. Proto-dunksharding ma 2 główne cele:

• Wprowadzenie niektórych podstawowych zmian sieciowych potrzebnych do wdrożenia shardingu.
• Zapewnienie niedrogiego sposobu przechowywania pakietów transakcyjnych przez rozwiązania L2 i zmniejszenie opłat w sieciach rollup.

Cele te mają zostać osiągnięte poprzez wdrożenie nowej logiki transakcyjnej wykorzystującej duże obiekty binarne (bloby) z tymczasowym przechowywaniem danych. Pełny potencjał blobów zostanie odblokowany dopiero po pełnym shardingu, ale po wdrożeniu EIP-4844 sieci L2 będą mogły używać blobów do zapisywania danych transakcyjnych zamiast calldata.

Główną konsekwencją EIP-4844 dla użytkowników będzie znaczna redukcja kosztów transakcji w sieciach L2 i prawdopodobnie niewielka redukcja kosztów gazu w sieci rdzeniowej Ethereum. To z kolei może dać impuls do szybkiego rozwoju rozwiązań rollup i ich ekosystemów.