Від доказів у реальному часі до нативних роллапів: фінальна стадія масштабування Ethereum на основі ZK

Автор: imToken

Примітка редактора: Ethereum рухається до нової ери масштабування з 10 000 TPS, і технологія доведення з нульовим розголошенням (ZK) стає ключовою рушійною силою. Ця стаття є другою в нашій серії "Дорожня карта Ethereum 10 000 TPS", зосереджуючись на технічних труднощах доказів у режимі реального часу, логіці участі Prover, викликах безпеки під час переходу L1 та як "нативний Ролап" стає кінцевою формою масштабування ZK.

Якщо ZK-ізація є відправною точкою технологічної реконструкції Ethereum, то "доказ у реальному часі" та "нативний Ролап" є основними ланками реалізації цієї революції розширення.

У цій статті ми продовжимо глибоко досліджувати, як досягти 12-секундного ZK-доказу в реальному часі на блокчейн Ethereum, який поріг апаратного забезпечення та механізм стимулювання для того, щоб стати Prover, і як нативний Ролап перепише ландшафт Ethereum L2.

01. Доказ у реальному часі: ключовий елемент масштабування Ethereum

На шляху Ethereum до 10 000 TPS є незамінний технологічний прорив: доведення в режимі реального часу.

Співзасновник Succinct Ума Рой пояснив: "Доказ у реальному часі означає здатність завершити процес генерації ZK-доказу для блоку на блокчейн Ethereum менш ніж за 12 секунд".

Що це означає? Після досягнення доказу в реальному часі Ethereum зможе включити логіку перевірки блоків у сам протокол і збільшити ліміт газу майже "довільно" без шкоди для перевірюваності, тим самим досягаючи масивного розширення L1 (Примітка редактора: Час генерації кожного блоку на блокчейн Ethereum становить 12 секунд, тому "реальний час" означає, що доказ завершується протягом кожного циклу блоку).

Однак для досягнення доказу в реальному часі технології zkVM недостатньо, також потрібні зміни на рівні протоколу Ethereum.

Ладіслаус з Ethereum Foundation зазначив, що ключовий механізм очікується бути введеним в оновленні Glamsterdam наступного року - "роз'єднання перевірки блоків та негайного виконання", що надасть Prover (доказувачу) більше часу для генерації доказу zkEVM в межах повного слоту, тим самим досягаючи справжньої обробки в реальному часі.

З точки зору технічної реалізації, Succinct випустив свій останній SP1 Hypercube zkVM, який може генерувати докази для 93% з 10 000 блоків основної мережі в реальному часі на кластері з 200 GPU.

Рой висловив впевненість, що вони зможуть збільшити цей показник успіху до 99% до кінця року. Хоча деякі складні блоки все ще можуть перешкоджати генерації доказів у дуже малій кількості блоків, дизайн протоколу включає механізми відмовостійкості, такі як дозвіл пропускати такі блоки і продовжувати з наступним.

Крім того, Ethereum розглядає можливість зменшення часу блоку з 12 секунд до 6 секунд (як ще одна потенційна пропозиція для Glamsterdam), що значно покращить досвід користувача та швидкість підтвердження транзакцій, але це також створює додатковий тиск на ZK Prover - для доказувача складність завдання подвоюється.

Однак Рой не хвилюється. Зрештою, продуктивність технології ZK може покращуватися в 10 разів щороку, тому вона може впоратися з цим, навіть якщо час блоку буде вдвічі скорочено.

У червні Linea також оголосила, що 100% ончейн активності в її мережі покривається ZK-доказами. Хоча поточний TPS Linea становить лише 2, це не обмеження продуктивності, а обмежено потребами використання.

Варто зазначити, що інтервал блоків Linea становить лише 2 секунди, а ZK-доказ завантажується на Ethereum L1 для перевірки через смартконтракти. Ця модель може бути попередником "ZK-ізації" майбутньої основної мережі.

02. Чи високий апаратний поріг для Ethereum ZK prover?

Генерація ZK-доказів у реальному часі вимагає потужних обчислювальних ресурсів.

Початкові технічні цілі Ethereum Foundation для Prover полягають у тому, щоб утримувати витрати на апаратне забезпечення нижче $100 000 і споживання енергії нижче 10 кіловат, що приблизно еквівалентно споживанню енергії домашньої батареї Tesla Powerwall.

Ця цифра зовсім не звучить "легко". Критик Ethereum Джастін Бонс (засновник Cyber Capital) назвав це "божевільними вимогами до апаратного забезпечення, які далеко перевищують вузли валідатора Solana", але це насправді плутає дві абсолютно різні ролі.

Ладіслаус з команди координації протоколу Ethereum Foundation зазначив, що Prover і Validator мають різні обов'язки і їх не слід плутати. Валідатори запускають вузли і беруть участь у консенсусі, тоді як завдання Prover полягає в генерації ZK-доказів. Після правильної генерації ZK-доказу транзакції мережі потрібно лише перевірити, чи є доказ правильним, без необхідності повторного виконання транзакції.

Через це Ладіслаус висловив оптимізм: "Поки можна знайти чесного доказувача, який відповідає вимогам до апаратного забезпечення, Ethereum може продовжувати безпечно працювати. Ми навмисно знижуємо поріг нижче рівня центру обробки даних. Навіть якщо це не велика установа або центр обробки даних, будь-який індивідуальний розробник з технічними можливостями може запустити Prover вдома".

На даний момент ця конфігурація апаратного забезпечення за $100 000 є лише початковою метою. Дослідник Ethereum Foundation Софія Голд прогнозує, що основні Prover відповідатимуть стандарту до конференції розробників Devconnect Argentina в листопаді цього року.

Співзасновник Succinct Рой очікує, що до початку наступного року вимоги до GPU можуть бути зменшені до приблизно 16 графічних карт, а загальна вартість буде контролюватися між $10 000 і $30 000.

У той же час Succinct побудував децентралізовану мережу, що складається з "сотень доказувачів" на тестовій мережі, генеруючи мільйони доказів загалом.

Основна логіка цієї системи - конкурентний доказ, тобто всі Provers беруть участь у торгах, і в кожному раунді вибирається переможець торгів для виконання zk-доказу. Мета полягає в тому, щоб дозволити учасникам з коротшим часом і нижчою вартістю перемагати, формуючи механізм торгів обчислювальної потужності.

Це означає, що в майбутньому Ethereum, керованому ZK, дух майнерів з'явиться в іншій формі - за винятком того, що їхня роль змінилася з обчислення блоків на обчислення доказів.

03. Перехід основної мережі на архітектуру ZK: надзвичайно складна міграція системи

Перехід основної мережі Ethereum L1 на архітектуру доведення з нульовим розголошенням (ZK) є ще одним технічним викликом майже такого ж рівня, що й перехід від доказу роботи (PoW) до доказу ставки (PoS) у 2022 році. Весь процес не лише вимагає реконструкції рівня протоколу, але й вимагає ретельного розгляду різних потенційних граничних сценаріїв та ризиків безпеки для запобігання перебоям у мережі.

На конференції EthProofs у липні дослідник Джастін Дрейк окреслив кілька потенційних ризиків. Наприклад, зловмисний атакуючий міг вставити так званого "вбивцю доказувача" в блок, роблячи весь механізм перевірки мережі неефективним. Альтернативно, раптове падіння активності мережі може призвести до недостатньої кількості комісій за транзакції для покриття вартості генерації ZK-доказів, впливаючи на стійкість мережі.

Ладіслаус з команди координації протоколу Ethereum Foundation заявив, що весь процес переходу може зайняти кілька років, з особливою увагою до ризиків безпеки. ZK Virtual Machine (zkVM) - це складна технологія, яка все ще перебуває на ранніх стадіях, і різні вразливості дуже ймовірні. Однак, з дозріванням екосистеми, її здійсненність і надійність на L1 Ethereum можуть поступово покращуватися через впровадження різноманітних систем доказів (різноманітність доказів), покращені механізми стимулювання та формальну верифікацію.

У той же час Ethereum також планує фундаментально реструктурувати свій рівень консенсусу, а саме побудувати нову структуру під назвою "Beam Chain". Мета полягає в тому, щоб бути оптимізованим для ZK і дружнім з самого початку дизайну. Дрейк навіть сказав, що в майбутньому вся робота з перевірки даних Ethereum зможе бути завершена на CPU звичайного ноутбука.

04. "Снаркізація" основної мережі: нативний Ролап наближається

Поки основна мережа Ethereum інтегрує zkEVM, поступово з'являється ще одне довгострокове бачення: нативний Ролап.

Поточні Rollups (будь то оптимістичні або ZK типу) всі використовують незалежну систему доказів, безпека яких покладається на власний механізм валідатора або сортувальника, і між ними та основною мережею Ethereum існують певні припущення довіри.

Бачення "нативного Ролапу" повністю відрізняється - інтегруючи zkEVM в основну мережу, валідатори Ethereum L1 можуть безпосередньо перевіряти доказ переходу стану Rollup, тим самим реалізуючи L2, який дійсно перевіряється та захищається основною мережею.

Це вимагає додавання ключового коду "execute precompile" до клієнта Ethereum L1, дозволяючи валідаторам безпосередньо перевіряти ZK-доказ передачі стану, згенерований L2. Як сказав Ладіслаус, координатор протоколу Ethereum Foundation: "Валідатори L1 будуть споживати докази виконання цих Rollups і перевіряти їх правильність".

Іншими словами, якщо нативний Ролап стане реальністю, то в майбутньому, незалежно від того, чи це транзакція, що відбувається на L1, чи транзакція, що відбувається на нативному Ролапі, її остаточне врегулювання та безпека будуть гарантовані тією ж групою валідаторів Ethereum, і рівень довіри буде точно таким же.

Це означає, що депозит $10 мільйонів на нативному Ролапі буде таким же безпечним, як і депозит безпосередньо на основній мережі Ethereum.

Деклан Фокс, керівник проекту Linea, сказав, що їхня довгострокова мета - стати нативним Ролапом. Він вважає, що це "оновлена версія" рішення шардингу ETH 2.0 - більше не жорстко запускати 64 шардових ланцюги з однаковою структурою, а будувати гетерогенну систему Rollup у високопрограм