The Verge: Vitalik Buterin mówił o celach i wyzwaniach związanych z przyszłą aktualizacją Ethereum
- Współzałożyciel Ethereum opublikował kolejny artykuł na temat różnych etapów modernizacji i rozwoju blockchaina.
- Tym razem chodziło o przyszłą aktualizację o nazwie The Verge.
- Buterin uważa, że wspomniany etap będzie jednym z kluczowych dla projektu ze względu na znaczenie uproszczenia weryfikacji konsensusu.
Programista Vitalik Buterin zaprezentował publicznie nowy artykuł z serii “Możliwa przyszłość protokołu Ethereum”. Kolejną część poświęcił jednej z przyszłych aktualizacji blockchaina – The Verge. Specjalista uważa ten etap za niezwykle ważny element projektu pod względem zachowania jego zdecentralizowanej tożsamości.
Na początku artykułu Buterin zauważa, że blockchain ma szczególną zaletę. Każdy użytkownik może uruchomić węzeł na swoim komputerze i sprawdzić integralność sieci. I każdy węzeł, pisze Buterin, może zorientować się na zasady działania, które wydają mu się bardziej wydajne.
Kluczem do sukcesu jest prostota
Wspomniana zaleta jest jedną z głównych różnic między blockchainem a systemami scentralizowanymi, uważa programista. Zauważył on, że społeczność Ethereum jest zaangażowana w utrzymanie takiej właściwości i uczynienie jej tak prostą, jak to tylko możliwe.
“Jednak aby ta opcja mogła się utrzymać, uruchomienie w pełni weryfikującego węzła musi być faktycznie wykonalne dla krytycznej masy ludzi. Dotyczy to zarówno stakerów, jak i zwykłych użytkowników” – podkreślił Buterin.
Współzałożyciel Ethereum powiedział The Verge, że aktualizacja jest konieczna, aby weryfikację można było przeprowadzić przy minimalnej mocy obliczeniowej. Zgodnie z jego wizją, proces ten powinien być tak prosty, aby każdy portfel kryptowalutowy, telefon komórkowy, a nawet smartwatch mógł wykonać go automatycznie.
Buterin zauważył, że pierwotnym planem The Verge było przeniesienie magazynów stanów Ethereum do tak zwanych drzew Verkle. Struktura ta pozwala na bardziej kompaktowy dowód stawki, zapewniając jednocześnie weryfikację bloków sieciowych bez zapisywania stanu.
Z czasem jednak zakres przyszłej aktualizacji zaczął się rozszerzać, powiedział programista. Deweloperzy postawili sobie zadanie o rząd wielkości trudniejsze – zapewnić możliwie najbardziej zasobooszczędną weryfikację konsensusu Ethereum. Proces ten powinien obejmować, oprócz samej analizy bez zapisywania stanu, sprawdzanie wszystkich wykonań blockchaina za pomocą technologii SNARK, podkreślił Buterin.
SNARK to skrót od Succinct Non-interactive Argument of Knowledge. Jest to rodzaj specjalnej technologii do szybkiego i skutecznego sprawdzania stanu sieci.
Ponadto deweloperzy Ethereum kwestionowali, czy drzewa Verkle są w ogóle odpowiednią strukturą dla łańcucha bloków. Według współzałożyciela projektu, te “gałęzie” mogą być podatne na komputery kwantowe. Buterin przyznał, że jeśli zostaną one wykorzystane, sieć będzie musiała zostać ostatecznie przełączona na inną strukturę. Programista rozważa technologię STARK jako możliwą opcję zastępczą.
The Verge przypisał kluczowe cele współzałożyciela Ethereum do:
- osiągnięcie etapu, w którym w pełni weryfikowalne klienty i węzły stakingu potrzebują tylko kilku gigabajtów pamięci do weryfikacji;
- w dłuższej perspektywie osiągnięcie weryfikacji sekwencji onchain (konsensus i wykonanie) na smartwatchu. Przesłanie danych i weryfikacja za pomocą SNARK.
Jeśli powyższe cele zostaną pomyślnie zrealizowane, aktualizację można uznać za zakończoną, Buterin jest przekonany. Jednocześnie nie ogłosił żadnych terminów ze względu na skalę prac do wykonania.
Strukturalny dylemat: Verkle czy STARK
Współzałożyciel Ethereum wyróżnił trzy główne fronty działań deweloperów w zakresie przygotowania i wdrożenia The Verge. Jednym z nich jest integracja technologii weryfikacji z blockchainem bez pytania o pełny stan sieci.
Programista przyznaje, że obecnie użytkownicy muszą przechowywać setki gigabajtów informacji, aby przeprowadzać analizy. Każdego roku ilość danych do pełnej weryfikacji wzrasta o około 30 GB, zauważa Buterin. Jego zdaniem jest to poważny problem.
Rozwiązaniem ma być Stateless Verification, czyli technologia pozwalająca węzłom na przeprowadzanie weryfikacji bez pełnego stanu. Zamiast żądać dużej ilości danych, do bloków dołączany jest tak zwany “świadek”. Zawiera on różne wartości, takie jak saldo, kod, specyfika przechowywania i inne informacje. Zawiera również kryptograficzny dowód, że te dane są poprawne.
To właśnie integracja weryfikacji bezstanowej wymaga zmiany struktury stanu Ethereum, pisze Buterin. Argumentuje on, że obecne drzewo Merkle Patricia wykazuje “skrajną nieprzyjazność” dla implementacji dowolnego schematu dowodu kryptograficznego.
“Musimy więc wprowadzić silniejszą technologię. Istnieją dwa wiodące rozwiązania w tym zakresie: drzewa Verkle’a i binarne drzewa haszujące STARK” – podsumował programista.
Każda z opcji ma swoje wady i zalety, zauważa deweloper. Dotyczą one takich aspektów jak rozmiar dowodu, czas weryfikacji, odporność technologii na ataki sieciowe, a także ich gotowość do zastosowania na dużą skalę, powiedział Buterin.
Oprócz wspomnianych drzew, funkcja “świadków” może być wykorzystywana w innych scenariuszach, które wymagają sprawdzania bez zapisywania stanu:
- mempoole;
- listy włączania bloków dla walidatorów sieciowych;
- lekkie implementacje klienckie.
“Cechą wspólną wszystkich tych przypadków użycia jest to, że wymagają one dość dużej liczby dowodów, ale każdy z nich sam w sobie jest niewielki. Z tego powodu dowody STARK nie mają dla nich sensu; zamiast tego najbardziej realistyczne jest bezpośrednie użycie gałęzi Merkle” – zauważył Buterin.
Deweloper podkreślił, że główny zespół Ethereum ma jeszcze kilka kroków do zrobienia w zakresie integracji Stateless Verification. Wymienił wśród nich analizę konsekwencji propozycji EIP-4762, testowanie procedury przejścia do nowego drzewa stanów oraz szczegółową analizę bezpieczeństwa Poseidon, Ajtai i innych “przyjaznych dla STARK” rozwiązań hashujących.
Ponadto programiści powinni skupić się na tworzeniu ultra-wydajnych protokołów STARK dla tradycyjnych funkcji hashujących, powiedział Buterin.
Programista zauważył, że obecnie istnieje wiele rozważań na temat ewentualnego przejścia na nową strukturę stanu Ethereum. Wiele pytań pozostaje otwartych i wymaga szczegółowej analizy. Core-team, na przykład, oprócz wszystkiego rozważa koncepcję wielowymiarowego gazu, powiedział współzałożyciel projektu.
“Miej oddzielne limity gazu dla danych połączeń, obliczeń, dostępu do stanu i ewentualnie innych indywidualnych zasobów. […] Dzięki wielowymiarowemu gazowi teoretyczna maksymalna liczba rozgałęzień dla dowodu może zostać znacznie zmniejszona” – napisał deweloper.
Udowodnienie ważności wykonania EVM
Drugim ważnym zadaniem, nad którym pracuje zespół Ethereum, jest udowodnienie wykonania wirtualnej maszyny Ethereum (EVM). Według Buterina, element ten jest jednym ze składników uproszczonej weryfikacji bloków sieci.
Programista zauważa, że jeśli spełnione są pewne warunki, możliwe jest uzyskanie lekkiego klienta, który pozwala na dowód wykonania EVM przy niskim zużyciu zasobów. Plusem jest to, że implementacje takich dowodów są już stosowane przez rozwiązania warstwy 2, uważa Buterin. Przyznaje jednak, że takie technologie muszą jeszcze stać się “opłacalne” dla sieci L1.
Wśród głównych problemów obecnie stosowanych dowodów wykonania EVM, współzałożyciel projektu zauważa dwa parametry – bezpieczeństwo i czas weryfikacji.
Aby poprawić pierwszy parametr, deweloper proponuje postawić na urządzenia z wieloma dowodami i formalną weryfikację.
“Takie urządzenia oznaczają posiadanie wielu niezależnie napisanych implementacji dowodu rzeczywistości, podobnie jak posiadanie wielu klientów, i akceptowanie przez klientów bloku, jeśli jest on udowodniony przez wystarczająco duży podzbiór tych implementacji” – wyjaśnił programista na temat urządzeń z wieloma dowodami.
Z kolei weryfikacja formalna polega na wykorzystaniu narzędzi, które są odpowiednie do udowadniania twierdzeń matematycznych, zauważył deweloper. Upewniają się one, że tylko przychodzące dane, które są poprawnym spełnieniem podstawowej specyfikacji EVM, podejmują decyzję, podkreślił.
Jeśli chodzi o czas weryfikacji, współzałożyciel Ethereum uważa, że należy osiągnąć wynik, w którym każdy blok zostanie udowodniony w ciągu czterech sekund. Programista przyznaje, że taka perspektywa jest odległa, ale widzi potencjał w pomyślnym postępie w rozwiązaniu problemu.
Aby to osiągnąć, twórcy projektu muszą podążać w trzech kierunkach:
- równoległość – najszybszy system dowodowy oparty na EVM, zdolny do udowodnienia przeciętnego bloku w około 15 sekund;
- optymalizacja systemu dowodowego – nowe rozwiązania, takie jak Orion, Binius i GKR, które mają na celu skrócenie czasu weryfikacji;
- zmiana kosztu gazu i zmniejszenie ilości mocy obliczeniowej zużywanej na różne operacje.
Pomocne w szybszej weryfikacji, według Buterina, mogą być również “dwa króliki w kapeluszu” – wspomniany wcześniej wielowymiarowy gaz i odroczony stan root. Sugestie te mogą znacznie skrócić czas analizy bloku, ale wymagają dalszego rozwoju, powiedział deweloper.
Buterin wskazał również na sprzęt do weryfikacji za pośrednictwem procesorów graficznych. Takie rozwiązania pozwalają na szybsze generowanie dowodów i są opracowywane przez Fabric Cryptography, Cysic i Accseal.
“Będzie to niezwykle cenne dla warstwy 2, ale jest mało prawdopodobne, aby było decydującym czynnikiem dla rozwiązań L1, ponieważ istnieje silne pragnienie, aby warstwa 1 była wysoce zdecentralizowana” – napisał współzałożyciel Ethereum.
Według Buterina, jest jeszcze wiele do zrobienia w zakresie udowodnienia ważności wykonania EVM. Obejmuje to zarówno kwestie technicznego wdrożenia rozwiązań i propozycji, jak i dodatkowe analizy dotyczące zmiany gazu, podsumował ekspert.
Udowodnienie ważności konsensusu
Trzecim celem przyszłej aktualizacji The Verge jest praca z sieciowym konsensusem proof-of-concept. Jest to jeden z dwóch elementów weryfikacji blockchaina za pomocą technologii SNARK, zauważył Buterin.
Sprawa dotyczy części łańcucha bloków, która obsługuje wpłaty, wypłaty, podpisy, aktualizacje salda walidatora i inne elementy algorytmu Proof-of-Stake w sieci Ethereum.
Współzałożyciel projektu jest przekonany, że choć sytuacja konsensusu jest znacznie prostsza niż w przypadku EVM, każda implementacja proof-of-stake w tym miejscu będzie musiała zostać stworzona od podstaw. Według niego, istnieje wiele problemów, które należy rozwiązać, a wszystko wskazuje na potrzebę głębokiego przeprojektowania “beacon chain” – funkcji przejścia między stanami.
Wśród możliwych zmian Buterin wskazuje na:
- przeformatowanie funkcji hash;
- bezpośrednie przechowywanie przetasowanych rekordów walidatora;
- zmiana schematu agregacji podpisów;
- wykorzystanie innych wariantów podpisów.
“Realistycznie rzecz biorąc, miną lata, zanim uzyskamy dowód ważności konsensusu Ethereum. To mniej więcej tyle samo czasu, ile potrzebujemy na wdrożenie finalizacji pojedynczego gniazda, Orbit, zmian w algorytmie podpisu i potencjalnej analizy bezpieczeństwa. […] Dlatego sensowne jest pracowanie nad innymi kwestiami, mając na uwadze przyjazność STARK” – napisał deweloper.
Mówiąc prościej, Vitalik Buterin zauważył, że pomyślne wdrożenie The Verge odgrywa globalną rolę w dalszym rozwoju Ethereum. Jednak przygotowanie i wdrożenie tej aktualizacji będzie wymagało lat aktywnej pracy wielu programistów.
Przypomnijmy, że wcześniej współzałożyciel Ethereum opublikował artykuły o innych etapach mapy drogowej blockchain:
