Dos Provas em Tempo Real aos Rollups Nativos: A Fase Final da Escalabilidade do Ethereum Impulsionada por ZK

Autor: imToken

Nota do Editor: O Ethereum está a caminho de uma nova era de escalabilidade com 10.000 TPS, e a tecnologia de prova de conhecimento zero (ZK) está a tornar-se uma força motriz fundamental. Este artigo é o segundo do nosso "Roteiro Ethereum 10.000 TPS", focando-se nas dificuldades técnicas das provas em tempo real, na lógica de participação do Prover, nos desafios de segurança durante a mudança do L1, e como o "Rollup nativo" se torna a forma definitiva de escalabilidade ZK.

Se a ZK-ização é o ponto de partida da reconstrução tecnológica do Ethereum, então a "prova em tempo real" e o "Rollup nativo" são os elos de implementação centrais desta revolução de expansão.

Neste artigo, continuaremos a explorar em profundidade como alcançar a prova ZK em tempo real de 12 segundos na mainnet do Ethereum, qual é o limite de hardware e o mecanismo de incentivo para se tornar um Prover, e como o Rollup nativo irá reescrever o panorama do Ethereum L2.

01. Prova em Tempo Real: A Peça-Chave da Escalabilidade do Ethereum

No roteiro do Ethereum para 10.000 TPS, há um avanço tecnológico indispensável: a prova em tempo real.

O cofundador da Succinct, Uma Roy, explicou: "A prova em tempo real refere-se à capacidade de completar o processo de geração de prova ZK para um bloco na mainnet do Ethereum em menos de 12 segundos."

O que isto significa? Uma vez alcançada a prova em tempo real, o Ethereum poderá incorporar a sua lógica de verificação de blocos no próprio protocolo e aumentar o limite de gás quase "arbitrariamente" sem sacrificar a verificabilidade, alcançando assim uma expansão massiva do L1 (Nota do Editor: O tempo de geração de cada bloco na mainnet do Ethereum é de 12 segundos, por isso "tempo real" significa que a prova é concluída dentro de cada ciclo de bloco).

No entanto, para alcançar a prova em tempo real, a tecnologia zkVM por si só não é suficiente, e também são necessárias alterações na camada de protocolo do Ethereum.

Ladislaus da Fundação Ethereum apontou que um mecanismo-chave deverá ser introduzido na atualização Glamsterdam no próximo ano - "desacoplamento da verificação de blocos e execução imediata", que proporcionará ao Prover (provador) mais tempo para gerar prova zkEVM dentro de um slot completo, alcançando assim um verdadeiro processamento em tempo real.

Em termos de implementação técnica, a Succinct lançou o seu mais recente zkVM SP1 Hypercube, que pode gerar provas para 93% dos 10.000 blocos da mainnet em tempo real num cluster de 200 GPUs.

Roy expressou confiança de que poderiam aumentar esta taxa de sucesso para 99% até ao final do ano. Embora alguns blocos difíceis ainda possam impedir que as provas sejam geradas num número muito pequeno de blocos, o design do protocolo incorpora mecanismos de tolerância a falhas, como permitir saltar esses blocos e continuar com o próximo.

Além disso, o Ethereum está a considerar reduzir o tempo de bloco de 12 segundos para 6 segundos (como outra proposta potencial para Glamsterdam), o que melhorará significativamente a experiência do usuário e a velocidade de confirmação de transações, mas isso também coloca pressão adicional sobre o ZK Prover - para o provador, a dificuldade da tarefa é duplicada.

No entanto, Roy não está preocupado. Afinal, o desempenho da tecnologia ZK pode ser melhorado 10 vezes a cada ano, por isso pode lidar com isso mesmo que o tempo de bloco seja reduzido pela metade.

Em junho, a Linea também anunciou que 100% das atividades on-chain na sua rede são cobertas por provas ZK. Embora o TPS atual da Linea seja apenas 2, isto não é uma limitação de desempenho, mas é limitado pelas necessidades de uso.

Vale a pena notar que o intervalo de bloco da Linea é de apenas 2 segundos, e a prova ZK é carregada para o Ethereum L1 para verificação através de contratos inteligentes. Este modelo pode ser o precursor da "ZKização" da futura mainnet.

02. O limite de hardware para o provador ZK do Ethereum é alto?

Gerar provas ZK em tempo real requer recursos computacionais poderosos.

Os objetivos técnicos iniciais da Fundação Ethereum para o Prover são manter os custos de hardware abaixo de $100.000 e o consumo de energia abaixo de 10 kilowatts, aproximadamente equivalente ao consumo de energia de uma bateria doméstica Tesla Powerwall.

Este número não soa "leve" de todo. O crítico do Ethereum Justin Bons (fundador da Cyber Capital) chamou-lhe "requisitos de hardware loucos que excedem em muito os nós validadores da Solana", mas isto na verdade confunde dois papéis completamente diferentes.

Ladislaus da equipa de coordenação de protocolo da Fundação Ethereum apontou que Prover e Validator têm responsabilidades diferentes e não devem ser confundidos. Os validadores executam nós e participam no consenso, enquanto a tarefa do Prover é gerar provas ZK. Uma vez que a prova ZK de uma transação é corretamente gerada, a rede só precisa de verificar se a prova está correta, sem a necessidade de reexecutar a transação.

Por causa disso, Ladislaus expressou otimismo, "Desde que se possa encontrar um provador honesto que atenda aos requisitos de hardware, o Ethereum pode continuar a operar com segurança. Deliberadamente baixamos o limite abaixo do centro de dados. Mesmo que não seja uma grande instituição ou centro de dados, qualquer desenvolvedor individual com capacidades técnicas pode executar o Prover em casa."

Atualmente, esta configuração de hardware de $100.000 é apenas um objetivo inicial. A pesquisadora da Fundação Ethereum, Sophia Gold, prevê que o Prover mainstream atenderá ao padrão antes da Conferência de Desenvolvedores Devconnect Argentina em novembro deste ano.

O cofundador da Succinct, Roy, espera que no início do próximo ano, o requisito de GPU possa ser reduzido para cerca de 16 placas gráficas, e o custo total será controlado entre $10.000 e $30.000.

Ao mesmo tempo, a Succinct construiu uma rede descentralizada composta por "centenas de provers" na rede de teste, gerando milhões de provas no total.

A lógica central deste sistema é a prova competitiva, ou seja, todos os Provers participam na licitação, e um licitante vencedor é selecionado em cada rodada para executar a prova zk. O objetivo é permitir que os participantes com menor tempo e menor custo ganhem, formando um mecanismo de licitação de poder computacional.

Isto significa que no futuro impulsionado por ZK do Ethereum, o espírito dos mineradores reaparecerá de outra forma - exceto que o seu papel mudou de calcular blocos para calcular provas.

03. Mudança da Mainnet para Arquitetura ZK: Uma Migração de Sistema Altamente Difícil

Mudar a mainnet Ethereum L1 para uma arquitetura de prova de conhecimento zero (ZK) é outro desafio técnico de quase o mesmo nível após a transição de prova de trabalho (PoW) para prova de participação (PoS) em 2022. Todo o processo não só requer a reconstrução da camada de protocolo, mas também requer consideração cuidadosa de vários cenários de borda potenciais e riscos de segurança para evitar interrupções de rede.

Numa conferência EthProofs em julho, o pesquisador Justin Drake delineou vários riscos potenciais. Por exemplo, um atacante malicioso poderia inserir um chamado "assassino de provador" num bloco, tornando ineficaz todo o mecanismo de verificação da rede. Alternativamente, uma queda repentina na atividade da rede poderia resultar em taxas de transação insuficientes para cobrir o custo de geração de provas ZK, impactando a sustentabilidade da rede.

Ladislaus da Equipa de Coordenação de Protocolo da Fundação Ethereum afirmou que todo o processo de transição poderia levar vários anos, com particular atenção aos riscos de segurança. A Máquina Virtual ZK (zkVM) é uma tecnologia complexa ainda em seus estágios iniciais, e várias vulnerabilidades são altamente prováveis. No entanto, à medida que o ecossistema amadurece, sua viabilidade e robustez no L1 do Ethereum podem ser gradualmente melhoradas através da introdução de sistemas de prova diversos (diversidade de prova), mecanismos de incentivo melhorados e verificação formal.

Ao mesmo tempo, o Ethereum também planeia reestruturar fundamentalmente sua camada de consenso, nomeadamente construindo uma nova estrutura chamada "Beam Chain". O objetivo é ser otimizado para ZK e amigável desde o início do design. Drake chegou a dizer que no futuro, todo o trabalho de verificação de dados do Ethereum poderá ser concluído na CPU de um laptop comum.

04. "Snarkização" da Mainnet: O Rollup Nativo está chegando

Enquanto a mainnet do Ethereum está integrando o zkEVM, outra visão de longo prazo está gradualmente emergindo: o Rollup Nativo.

Os Rollups atuais (sejam do tipo Optimistic ou ZK) todos usam um sistema de prova independente, cuja segurança depende do seu próprio mecanismo de validador ou classificador, e existem certas suposições de confiança entre eles e a mainnet do Ethereum.

A visão do "Rollup nativo" é completamente diferente - ao integrar o zkEVM na mainnet, os validadores do Ethereum L1 podem verificar diretamente a prova de transição de estado do Rollup, realizando assim um L2 que é verdadeiramente verificado e protegido pela mainnet.

Isto requer adicionar um código-chave "execute precompile" ao cliente Ethereum L1, permitindo que os validadores verifiquem diretamente a prova de transferência de estado ZK gerada pelo L2. Como disse Ladislaus, o coordenador de protocolo da Fundação Ethereum, "os validadores L1 consumirão as provas de execução desses Rollups e verificarão sua correção."

Em outras palavras, se o Rollup nativo se tornar realidade, então no futuro, seja uma transação ocorrendo no L1 ou uma transação ocorrendo no Rollup nativo, sua liquidação final e segurança serão garantidas pelo mesmo grupo de validadores Ethereum, e o nível de confiança será exatamente o mesmo.

Isto significa que depositar $10 milhões num Rollup nativo será tão seguro quanto depositá-lo diretamente na mainnet do Ethereum.

Declan Fox, líder do projeto Linea, disse que o objetivo de longo prazo deles é se tornar um Rollup nativo. Ele acredita que esta é uma "versão atualizada" da solução de fragmentação do ETH 2.0 - não mais executando rigidamente 64 cadeias de fragmentos com a mesma estrutura, mas construindo um sistema de Rollup heterogêneo de forma altamente programável e personalizável para atender a diferentes cenários e necessidades do usuário.

Ao contrário da arquitetura de fragmentação homogênea do ETH 2.0 no passado, o Rollup nativo pode ser heterogêneo, proporcionando aos usuários finais uma experiência de aplicação mais diversa e diferenciada.

Embora o Rollup nativo ainda não tenha sido oficialmente incluído no roteiro do Ethereum, com o lançamento oficial do zkEVM e a reconstrução gradual da arquitetura L1, a pré-configuração de interfaces e lógica pré-compilada para ele claramente se tornou uma tendência tecnológica previsível.

Ladislaus concluiu, "O Ethereum tem um alto grau de sinergia técnica entre Snarkificar o EVM (ou seja, integrar capacidades de prova ZK) e promover Rollups nativos, já que os dois compartilham a pilha de tecnologia ZK subjacente." Claro, este processo ainda precisa passar pela governança da comunidade Ethereum, formar um EIP (Proposta de Melhoria do Ethereum), e finalmente ser implantado num hard fork.

Se tudo correr bem e formos otimistas, o EIP relevante pode ser submetido até o final do ano e lançado no fork após a atualização Glamsterdam.

No entanto, este cronograma permanece altamente incerto e precisa ser visto com cautela.