Van realtime bewijzen naar native rollups: De laatste fase van Ethereum-schaling gedreven door ZK

Auteur: imToken

Redactionele opmerking: Ethereum gaat richting een nieuw tijdperk van schaalbaarheid met 10.000 TPS, en zero-knowledge proof (ZK) technologie wordt een belangrijke drijvende kracht. Dit artikel is het tweede in onze "Ethereum 10.000 TPS Roadmap," gericht op de technische moeilijkheden van realtime bewijzen, de participatielogica van Prover, beveiligingsuitdagingen tijdens de L1-switch, en hoe "native Rollup" de ultieme vorm van ZK-schaalbaarheid wordt.

Als ZK-isatie het startpunt is van Ethereum's technologische reconstructie, dan zijn "realtime bewijs" en "native Rollup" de kern-implementatieverbindingen van deze uitbreidingsrevolutie.

In dit artikel zullen we dieper ingaan op hoe we 12-seconden ZK realtime bewijs kunnen bereiken op het Ethereum mainnet, wat de hardwaredrempel en het stimuleringsmechanisme zijn om een Prover te worden, en hoe native Rollup het landschap van Ethereum L2 zal herschrijven.

01. Realtime bewijs: Het sleutelstuk van Ethereum-schaling

Op Ethereum's roadmap naar 10.000 TPS is er een onmisbare technologische doorbraak: realtime bewijsvoering.

Succinct medeoprichter Uma Roy legde uit: "Realtime bewijs verwijst naar het vermogen om het ZK-bewijsgeneratieproces voor een blok op het Ethereum mainnet in minder dan 12 seconden te voltooien."

Wat betekent dit? Zodra realtime bewijs is bereikt, kan Ethereum zijn blokverificatielogica in het protocol zelf opnemen en de gaslimiet bijna "willekeurig" verhogen zonder de verifieerbaarheid op te offeren, waardoor een massale uitbreiding van L1 wordt bereikt (Redactionele opmerking: De generatietijd van elk blok op het Ethereum mainnet is 12 seconden, dus "realtime" betekent dat het bewijs binnen elke blokcyclus wordt voltooid).

Om realtime bewijs te bereiken is echter alleen zkVM-technologie niet voldoende, en zijn ook wijzigingen in de Ethereum-protocollaag vereist.

Ladislaus van de Ethereum Foundation wees erop dat naar verwachting volgend jaar een sleutelmechanisme zal worden geïntroduceerd in de Glamsterdam-upgrade - "ontkoppeling van blokverificatie en onmiddellijke uitvoering", wat Prover (bewijzer) meer tijd zal geven om zkEVM-bewijs te genereren binnen een complete slot, waardoor echte realtime verwerking wordt bereikt.

Wat betreft technische implementatie heeft Succinct zijn nieuwste SP1 Hypercube zkVM uitgebracht, die in realtime bewijzen kan genereren voor 93% van de 10.000 mainnet-blokken op een cluster van 200 GPU's.

Roy sprak vertrouwen uit dat ze dit succespercentage tegen het einde van het jaar tot 99% kunnen verhogen. Hoewel sommige moeilijke blokken nog steeds kunnen voorkomen dat bewijzen worden gegenereerd in een zeer klein aantal blokken, bevat het protocolontwerp fouttolerantiemechanismen, zoals het toestaan van het overslaan van dergelijke blokken en doorgaan met het volgende.

Bovendien overweegt Ethereum om de bloktijd te verminderen van 12 seconden naar 6 seconden (als een ander potentieel voorstel voor Glamsterdam), wat de gebruikerservaring en transactiebevestigingssnelheid aanzienlijk zal verbeteren, maar dit legt ook extra druk op ZK Prover - voor de bewijzer wordt de moeilijkheid van de taak verdubbeld.

Roy maakt zich echter geen zorgen. De prestaties van ZK-technologie kunnen immers elk jaar 10 keer worden verbeterd, dus het kan ermee omgaan, zelfs als de bloktijd wordt gehalveerd.

In juni kondigde Linea ook aan dat 100% van de on-chain activiteiten op zijn netwerk wordt gedekt door ZK-bewijzen. Hoewel de huidige TPS van Linea slechts 2 is, is dit geen prestatiebeperking, maar wordt het beperkt door gebruiksbehoeften.

Het is vermeldenswaard dat het Linea-blokinterval slechts 2 seconden is, en het ZK-bewijs wordt geüpload naar Ethereum L1 voor verificatie via slimme contracten. Dit model kan de voorloper zijn van de "ZKisatie" van het toekomstige mainnet.

02. Is de hardwaredrempel voor Ethereum ZK prover hoog?

Het genereren van ZK-bewijzen in realtime vereist krachtige computerresources.

De initiële technische doelen van de Ethereum Foundation voor Prover zijn om de hardwarekosten onder de $100.000 te houden en het stroomverbruik onder de 10 kilowatt, ongeveer gelijk aan het stroomverbruik van een Tesla Powerwall thuisbatterij.

Dit getal klinkt helemaal niet "licht". Ethereum-criticus Justin Bons (oprichter van Cyber Capital) noemde het "gekke hardwarevereisten die de validatorknooppunten van Solana ver overtreffen," maar dit verwart eigenlijk twee compleet verschillende rollen.

Ladislaus van het protocolcoördinatieteam van de Ethereum Foundation wees erop dat Prover en Validator verschillende verantwoordelijkheden hebben en niet verward moeten worden. Validators draaien nodes en nemen deel aan consensus, terwijl de taak van Prover is om ZK-bewijzen te genereren. Zodra het ZK-bewijs van een transactie correct is gegenereerd, hoeft het netwerk alleen te verifiëren of het bewijs correct is, zonder de transactie opnieuw te hoeven uitvoeren.

Vanwege dit feit toonde Ladislaus zich optimistisch: "Zolang er een eerlijke bewijzer kan worden gevonden die aan de hardwarevereisten voldoet, kan Ethereum veilig blijven functioneren. We verlagen bewust de drempel onder het datacenter. Zelfs als het geen grote instelling of datacenter is, kan elke individuele ontwikkelaar met technische capaciteiten Prover thuis draaien."

Momenteel is deze hardwareconfiguratie van $100.000 slechts een initieel doel. Ethereum Foundation-onderzoeker Sophia Gold voorspelt dat mainstream Prover aan de standaard zal voldoen vóór de Devconnect Argentina Developer Conference in november van dit jaar.

Succinct medeoprichter Roy verwacht dat begin volgend jaar de GPU-vereiste kan worden teruggebracht tot ongeveer 16 grafische kaarten, en de totale kosten zullen worden beheerst tussen $10.000 en $30.000.

Tegelijkertijd heeft Succinct een gedecentraliseerd netwerk gebouwd bestaande uit "honderden bewijzers" op het testnetwerk, dat in totaal miljoenen bewijzen genereert.

De kernlogica van dit systeem is competitief bewijs, dat wil zeggen, alle Provers nemen deel aan de bieding, en in elke ronde wordt een winnende bieder geselecteerd om het zk-bewijs uit te voeren. Het doel is om deelnemers met kortere tijd en lagere kosten te laten winnen, waardoor een biedmechanisme voor rekenkracht ontstaat.

Dit betekent dat in de door ZK aangedreven toekomst van Ethereum, de geest van miners in een andere vorm zal terugkeren - behalve dat hun rol is veranderd van het berekenen van blokken naar het berekenen van bewijzen.

03. Mainnet overschakelen naar ZK-architectuur: Een zeer moeilijke systeemmigratie

Het overschakelen van het Ethereum L1 mainnet naar een zero-knowledge proof (ZK) architectuur is een andere technische uitdaging van bijna hetzelfde niveau na de overgang van proof-of-work (PoW) naar proof-of-stake (PoS) in 2022. Het hele proces vereist niet alleen de reconstructie van de protocollaag, maar ook zorgvuldige overweging van verschillende potentiële randscenario's en beveiligingsrisico's om netwerkonderbrekingen te voorkomen.

Op een EthProofs-conferentie in juli schetste onderzoeker Justin Drake verschillende potentiële risico's. Een kwaadwillende aanvaller zou bijvoorbeeld een zogenaamde "prover killer" in een blok kunnen invoegen, waardoor het verificatiemechanisme van het hele netwerk ineffectief wordt. Als alternatief zou een plotselinge daling van de netwerkactiviteit kunnen resulteren in onvoldoende transactiekosten om de kosten van het genereren van ZK-bewijzen te dekken, wat de duurzaamheid van het netwerk beïnvloedt.

Ladislaus van het Protocol Coördinatieteam van de Ethereum Foundation verklaarde dat het hele overgangsproces enkele jaren zou kunnen duren, met bijzondere aandacht voor beveiligingsrisico's. De ZK Virtual Machine (zkVM) is een complexe technologie die nog in een vroeg stadium verkeert, en verschillende kwetsbaarheden zijn zeer waarschijnlijk. Naarmate het ecosysteem echter volwassen wordt, kan de haalbaarheid en robuustheid op Ethereum's L1 geleidelijk worden verbeterd door de introductie van diverse bewijssystemen (proof diversity), verbeterde stimuleringsmechanismen en formele verificatie.

Tegelijkertijd is Ethereum ook van plan om zijn consensuslaag fundamenteel te herstructureren, namelijk door een nieuwe structuur te bouwen genaamd "Beam Chain". Het doel is om vanaf het begin van het ontwerp ZK-geoptimaliseerd en vriendelijk te zijn. Drake zei zelfs dat in de toekomst het hele Ethereum-dataverificatiewerk zal kunnen worden voltooid op de CPU van een gewone laptop.

04. Mainnet "Snarkization": Native Rollup komt eraan

Terwijl het Ethereum mainnet zkEVM integreert, komt er geleidelijk een andere langetermijnvisie naar voren: Native Rollup.

Huidige Rollups (of het nu Optimistic of ZK-type zijn) gebruiken allemaal een onafhankelijk bewijssysteem, waarvan de beveiliging afhankelijk is van zijn eigen validator- of sorteerdersmechanisme, en er zijn bepaalde vertrouwensaannames tussen hen en het Ethereum mainnet.

De visie van "native Rollup" is volledig anders - door zkEVM in het mainnet te integreren, kunnen Ethereum L1-validators direct het staatstransitie-bewijs van Rollup verifiëren, waardoor L2 wordt gerealiseerd dat echt wordt geverifieerd en beveiligd door het mainnet.

Dit vereist het toevoegen van een sleutelcode "execute precompile" aan de Ethereum L1-client, waardoor validators direct het door L2 gegenereerde ZK-staatstransfer-bewijs kunnen verifiëren. Zoals Ladislaus, de protocolcoördinator van de Ethereum Foundation, zei: "L1-validators zullen de uitvoeringsbewijzen van deze Rollups consumeren en hun correctheid verifiëren."

Met andere woorden, als native Rollup werkelijkheid wordt, dan zal in de toekomst, of het nu gaat om een transactie die plaatsvindt op L1 of een transactie die plaatsvindt op native Rollup, de uiteindelijke afwikkeling en beveiliging worden gegarandeerd door dezelfde groep Ethereum-validators, en het vertrouwensniveau zal exact hetzelfde zijn.

Dit betekent dat het storten van $10 miljoen op een native Rollup net zo veilig zal zijn als het direct storten op het Ethereum mainnet.

Declan Fox, projectleider van Linea, zei dat hun langetermijndoel is om een native Rollup te worden. Hij gelooft dat dit een "geüpgradede versie" is van de ETH 2.0 sharding-oplossing - niet langer rigide 64 shard chains met dezelfde structuur draaien, maar een heterogeen Rollup-systeem bouwen op een zeer programmeerbare en aanpasbare manier om verschillende scenario's en gebruikersbehoeften te bedienen.

In tegenstelling tot de homogene sharding-architectuur van ETH 2.0 in het verleden, kan native Rollup heterogeen zijn, wat eindgebruikers een meer diverse en gedifferentieerde applicatie-ervaring biedt.

Hoewel native Rollup nog niet officieel is opgenomen in de Ethereum-roadmap, is met de officiële lancering van zkEVM en de geleidelijke reconstructie van de L1-architectuur, het vooraf instellen van interfaces en voorgecompileerde logica ervoor duidelijk een voorzienbare technologische trend geworden.

Ladislaus concludeerde: "Ethereum heeft een hoge mate van technische synergie tussen het Snarkifying van de EVM (d.w.z. het integreren van ZK-bewijscapaciteiten) en het bevorderen van native Rollups, aangezien de twee de onderliggende ZK-technologiestack delen." Natuurlijk moet dit proces nog door Ethereum-communitybeheer gaan, een EIP (Ethereum Improvement Proposal) vormen, en uiteindelijk worden ingezet in een hard fork.

Als alles goed gaat en we optimistisch zijn, kan de relevante EIP tegen het einde van het jaar worden ingediend en gelanceerd worden in de fork na de Glamsterdam-upgrade.

Deze tijdlijn blijft echter zeer onzeker en moet met voorzichtigheid worden bekeken.