Ethereum 3.0: Прорывное предложение Beam Chain

В недавней конференции Devcon 2024, прошедшей в Бангкоке, представители различных сторон экосистемы Ethereum собрались вместе, чтобы обсудить последние достижения и будущие тенденции в области блокчейна. Среди множества интересных выступлений особенно выделялось предложение об обновлении уровня консенсуса, называемое "Ethereum 3.0" — Beam Chain.

Данное предложение было выдвинуто одним из исследователей фонда Ethereum, и его основная идея заключается в использовании технологии нулевых знаний для оптимизации вычислительных и коммуникационных нагрузок узлов-валидаторов. Это улучшение не только снижает барьер для становления валидатором, но и может привлечь больше участников в сеть, тем самым усиливая общую безопасность, снижая избыточные вычисления и повышая эффективность сети. Кроме того, данное предложение также нацелено на решение технических проблем, оставшихся в Beacon-сети по историческим причинам, и на подготовку к возможным угрозам квантовых вычислений в будущем.

Предложение Beam Chain совпадает с ранее предложенной дорожной картой The Verge соучредителем Эфира. Дорожная карта The Verge включает в себя план по全面 "Snark化" Эфира (то есть применение технологий нулевых знаний), охватывающий уровень консенсуса и уровень исполнения. Несмотря на то, что преобразование уровня консенсуса считается сложной задачей, требующей постоянной оптимизации и учета, предложение Beam Chain предлагает возможное решение этой проблемы.

Beam Chain в основном сосредоточен на преобразовании слоя согласия, его основа заключается в Snark-обработке функции преобразования состояния. Это включает в себя преобразование функции преобразования состояния для каждого временного слота, каждого блока и каждого периода, что затрагивает алгоритм консенсуса, выполнение логики Staking, предложение блоков, проверку результатов исполнительного уровня, проверку корня дерева Меркла, проверку и агрегацию подписей консенсуса, вычисление хэша, а также операции по ставке и выкупу. Стоит отметить, что Ethereum, продвигая это преобразование, по-прежнему придерживается принципов децентрализации и разнообразия, не будет обязательным требованием использования конкретных алгоритмов и протоколов нулевого знания.

Основной проблемой реализации концепции Beam Chain является то, как значительно повысить эффективность доказательства, сократив процесс доказательства, который в настоящее время занимает десятки секунд или даже дольше, до уровня секунд. Для решения этой проблемы с производительностью некоторые эксперты предложили использовать чипы ASIC для ускорения всего процесса нулевого знания, ожидая, что в течение следующих нескольких лет время генерации доказательства можно будет увеличить более чем в десять раз, обеспечивая настоящее реальное доказательство.

Несколько исследовательских групп активно изучают использование аппаратных платформ, таких как GPU, FPGA и ASIC, для ускорения процесса нулевых знаний. Они уже добились значительных улучшений производительности в нескольких основных системах нулевых знаний, а ускорение некоторых ключевых алгоритмов достигло более ста раз. Эти технологические достижения не ограничиваются традиционными приложениями блокчейна, они также достигли революционных успехов в области сочетания ИИ и нулевых знаний, например, значительно сократив время проверяемых вычислений крупных языковых моделей.

В ответ на потенциальные угрозы, вызванные квантовыми вычислениями, исследователи активно разрабатывают постквантовые криптографические библиотеки и оптимизируют процессы консенсуса и чтения из памяти, что позволяет производительности квантозащищенных блокчейнов достигать около половины производительности традиционных блокчейнов.

Эти технологические исследования уже начали находить применение в реальных продуктах. Например, некоторые ускоряющие решения оптимизировали алгоритмы, часто используемые в доказательствах с нулевым разглашением, включая многоскалярное умножение, преобразования в теории чисел, решение многочленов и доказательства, полностью используя вычислительные ресурсы и пропускную способность графических процессоров, что значительно повысило эффективность вычислений.

На протяжении долгого времени сообщество Ethereum в основном сосредоточилось на оптимизации исполнительного уровня, такой как увеличение газового ограничения блока и развитие вторичных сетей. Однако Snark-оптимизация исполнительного уровня уже достигла значительного прогресса благодаря решениям вторичного уровня. Появление Beam Chain открывает новую главу в Snark-оптимизации уровня консенсуса, что может вдохновить на большее количество инновационных идей.

Можно ожидать, что по мере завершения Snark-изации слоя консенсуса и слоя исполнения, масштабируемость и степень децентрализации Ethereum будут значительно повышены. Технология виртуальных машин на основе нулевых знаний будет играть все более важную роль в экосистеме Ethereum. Внедрение SNARK-доказательств и постквантовой криптографии, в сочетании с более низким порогом стейкинга и более быстрой скоростью подтверждения блоков, позволит Beam Chain обеспечить Ethereum более сильными децентрализованными характеристиками и более высокой производительностью сети.