От проверок в реальном времени до нативных роллапов: финальная стадия масштабирования Ethereum с помощью ZK

Автор: imToken

Примечание редактора: Ethereum движется к новой эре масштабируемости с 10 000 TPS, и технология доказательств с нулевым разглашением (ZK) становится ключевой движущей силой. Эта статья является второй в нашей серии "Дорожная карта Ethereum 10 000 TPS", фокусирующейся на технических сложностях доказательств в реальном времени, логике участия Prover, проблемах безопасности во время переключения L1 и о том, как "нативный Rollup" становится окончательной формой масштабируемости ZK.

Если ZK-изация является отправной точкой технологической реконструкции Ethereum, то "доказательство в реальном времени" и "нативный Rollup" являются ключевыми звеньями реализации этой революции расширения.

В этой статье мы продолжим углубленно исследовать, как достичь 12-секундного ZK-доказательства в реальном времени на основной сети Ethereum, каковы аппаратные требования и механизмы стимулирования для того, чтобы стать Prover, и как нативный Rollup изменит ландшафт Ethereum L2.

01. Доказательство в реальном времени: ключевой элемент масштабирования Ethereum

На пути Ethereum к 10 000 TPS есть незаменимый технологический прорыв: доказательство в реальном времени.

Соучредитель Succinct Ума Рой объяснил: "Доказательство в реальном времени относится к способности завершить процесс генерации ZK-доказательства для блока на основной сети Ethereum менее чем за 12 секунд".

Что это значит? Как только будет достигнуто доказательство в реальном времени, Ethereum сможет включить логику проверки блоков в сам протокол и увеличить лимит газа почти "произвольно" без ущерба для проверяемости, тем самым достигая массивного расширения L1 (Примечание редактора: Время генерации каждого блока в основной сети Ethereum составляет 12 секунд, поэтому "реальное время" означает, что доказательство завершается в пределах каждого цикла блока).

Однако для достижения доказательства в реальном времени одной только технологии zkVM недостаточно, также требуются изменения на уровне протокола Ethereum.

Ладислаус из Ethereum Foundation отметил, что в следующем году в обновлении Glamsterdam ожидается внедрение ключевого механизма - "разделения проверки блока и немедленного выполнения", который предоставит Prover (доказывающему) больше времени для генерации доказательства zkEVM в пределах полного слота, тем самым достигая истинной обработки в реальном времени.

С точки зрения технической реализации, Succinct выпустил свой последний SP1 Hypercube zkVM, который может генерировать доказательства для 93% из 10 000 блоков основной сети в реальном времени на кластере из 200 GPU.

Рой выразил уверенность, что они смогут увеличить этот показатель успеха до 99% к концу года. Хотя некоторые сложные блоки все еще могут препятствовать генерации доказательств в очень небольшом количестве блоков, дизайн протокола включает механизмы отказоустойчивости, такие как возможность пропуска таких блоков и продолжения со следующим.

Кроме того, Ethereum рассматривает возможность сокращения времени блока с 12 секунд до 6 секунд (как еще одно потенциальное предложение для Glamsterdam), что значительно улучшит пользовательский опыт и скорость подтверждения транзакций, но это также создает дополнительное давление на ZK Prover - для доказывающего сложность задачи удваивается.

Однако Рой не беспокоится. В конце концов, производительность технологии ZK может улучшаться в 10 раз каждый год, поэтому она может справиться с этим, даже если время блока будет сокращено вдвое.

В июне Linea также объявила, что 100% он-чейн активности в ее сети покрывается ZK-доказательствами. Хотя текущий TPS Linea составляет всего 2, это не ограничение производительности, а ограничение потребностями использования.

Стоит отметить, что интервал блока Linea составляет всего 2 секунды, а ZK-доказательство загружается в Ethereum L1 для проверки через смарт-контракты. Эта модель может быть предвестником "ZK-изации" будущей основной сети.

02. Высок ли аппаратный порог для Ethereum ZK prover?

Генерация ZK-доказательств в реальном времени требует мощных вычислительных ресурсов.

Начальные технические цели Ethereum Foundation для Prover заключаются в том, чтобы удерживать затраты на оборудование ниже 100 000 $ и потребление энергии ниже 10 киловатт, что примерно эквивалентно потреблению энергии домашней батареи Tesla Powerwall.

Эта цифра совсем не звучит "легко". Критик Ethereum Джастин Бонс (основатель Cyber Capital) назвал это "безумными требованиями к оборудованию, которые далеко превосходят узлы валидатора Solana", но это на самом деле путает две совершенно разные роли.

Ладислаус из команды координации протокола Ethereum Foundation указал, что Prover и Validator имеют разные обязанности и их не следует путать. Валидаторы запускают узлы и участвуют в консенсусе, в то время как задача Prover - генерировать ZK-доказательства. Как только ZK-доказательство транзакции правильно сгенерировано, сети нужно только проверить, является ли доказательство правильным, без необходимости повторного выполнения транзакции.

Из-за этого Ладислаус выразил оптимизм: "Пока можно найти честного доказывающего, который соответствует требованиям к оборудованию, Ethereum может продолжать работать безопасно. Мы намеренно снижаем порог ниже уровня дата-центра. Даже если это не крупное учреждение или дата-центр, любой индивидуальный разработчик с техническими возможностями может запустить Prover дома".

В настоящее время эта конфигурация оборудования за 100 000 $ является лишь начальной целью. Исследователь Ethereum Foundation София Голд прогнозирует, что основные Prover будут соответствовать стандарту до конференции разработчиков Devconnect Argentina в ноябре этого года.

Соучредитель Succinct Рой ожидает, что к началу следующего года требование к GPU может быть снижено примерно до 16 видеокарт, а общая стоимость будет контролироваться в пределах от 10 000 $ до 30 000 $.

В то же время Succinct построил децентрализованную сеть, состоящую из "сотен доказывающих" на тестовой сети, генерирующих в общей сложности миллионы доказательств.

Основная логика этой системы - конкурентное доказательство, то есть все Provers участвуют в торгах, и в каждом раунде выбирается победитель торгов для выполнения zk-доказательства. Цель состоит в том, чтобы позволить участникам с более коротким временем и более низкой стоимостью выигрывать, формируя механизм торгов вычислительной мощности.

Это означает, что в будущем Ethereum, управляемом ZK, дух майнеров появится в другой форме - за исключением того, что их роль изменилась с вычисления блоков на вычисление доказательств.

03. Переключение основной сети на архитектуру ZK: высокосложная миграция системы

Переключение основной сети Ethereum L1 на архитектуру доказательств с нулевым разглашением (ZK) является еще одной технической задачей почти такого же уровня, как переход от доказательства работы (POW) к доказательству доли (PoS) в 2022 году. Весь процесс не только требует реконструкции уровня протокола, но и требует тщательного рассмотрения различных потенциальных граничных сценариев и рисков безопасности для предотвращения прерываний сети.

На конференции EthProofs в июле исследователь Джастин Дрейк обрисовал несколько потенциальных рисков. Например, злоумышленник мог бы вставить так называемый "убийца доказывающего" в блок, делая весь механизм проверки сети неэффективным. Альтернативно, внезапное падение активности сети может привести к недостаточным комиссиям за транзакции для покрытия стоимости генерации ZK-доказательств, влияя на устойчивость сети.

Ладислаус из команды координации протокола Ethereum Foundation заявил, что весь процесс перехода может занять несколько лет, с особым вниманием к рискам безопасности. ZK Virtual Machine (zkVM) - это сложная технология, все еще находящаяся на ранних стадиях, и различные уязвимости весьма вероятны. Однако по мере созревания экосистемы ее осуществимость и надежность на L1 Ethereum могут постепенно улучшаться через введение разнообразных систем доказательств (разнообразие доказательств), улучшенные механизмы стимулирования и формальную верификацию.

В то же время Ethereum также планирует фундаментально реструктурировать свой слой консенсуса, а именно построить новую структуру, называемую "Beam Chain". Цель состоит в том, чтобы быть оптимизированным для ZK и дружественным с самого начала дизайна. Дрейк даже сказал, что в будущем вся работа по проверке данных Ethereum сможет быть выполнена на CPU обычного ноутбука.

04. "Снаркизация" основной сети: нативный Rollup приближается

В то время как основная сеть Ethereum интегрирует zkEVM, постепенно появляется еще одно долгосрочное видение: нативный Rollup.

Текущие Rollups (будь то оптимистические или ZK-типа) все используют независимую систему доказательств, безопасность которой опирается на собственный механизм валидатора или сортировщика, и между ними и основной сетью Ethereum существуют определенные предположения о доверии.

Видение "нативного Rollup" совершенно иное - интегрируя zkEVM в основную сеть, валидаторы Ethereum L1 могут напрямую проверять доказательство перехода состояния Rollup, тем самым реализуя L2, который действительно проверяется и защищается основной сетью.

Это требует добавления ключевого кода "execute precompile" в клиент Ethereum L1, позволяющего валидаторам напрямую проверять доказательство передачи состояния ZK, сгенерированное L2. Как сказал Ладислаус, координатор протокола Ethereum Foundation: "Валидаторы L1 будут потреблять доказательства выполнения этих Rollups и проверять их правильность".

Другими словами, если нативный Rollup станет реальностью, то в будущем, будь то транзакция, происходящая на L1, или транзакция, происходящая на нативном Rollup, ее окончательное урегулирование и безопасность будут гарантированы одной и той же группой валидаторов Ethereum, и уровень доверия будет точно таким же.

Это означает, что депозит в 10 миллионов $ на нативном Rollup будет так же безопасен, как депозит непосредственно на основной сети Ethereum.

Деклан Фокс, руководитель проекта Linea, сказал, что их долгосрочная цель - стать нативным Rollup. Он считает, что это "обновленная версия" решения шардинга ETH 2.0 - больше не жестко запускающая 64 цепочки шардов с одинаковой структурой, а строящая гетерогенную систему Rollup высоко программируемым и настраиваемым способом для обслуживания различных сценариев и потребностей пользователей.

В отличие от гомогенной архитектуры шардинга ETH 2.0 в прошлом, нативный Rollup может быть гетерогенным, предоставляя конечным пользователям более разнообразный и дифференцированный опыт приложений.