Tương lai có thể của Ethereum: The Surge

Lộ trình của Ethereum ban đầu bao gồm hai chiến lược mở rộng: phân đoạn và giao thức Layer2. Phân đoạn cho phép mỗi nút chỉ cần xác minh và lưu trữ một phần nhỏ giao dịch, trong khi Layer2 xây dựng mạng lưới trên Ethereum, tận dụng tính bảo mật của nó trong khi giữ hầu hết dữ liệu và tính toán bên ngoài chuỗi chính. Hai con đường này cuối cùng đã hợp nhất, hình thành lộ trình tập trung vào Rollup, cho đến nay vẫn là chiến lược mở rộng chính của Ethereum.

Lộ trình tập trung vào Rollup đã đưa ra sự phân công rõ ràng: Ethereum L1 tập trung vào việc trở thành một lớp nền tảng mạnh mẽ và phi tập trung, trong khi L2 đảm nhận nhiệm vụ giúp hệ sinh thái mở rộng. Mô hình này rất phổ biến trong xã hội, tương tự như hệ thống tòa án (L1) tồn tại để bảo vệ hợp đồng và quyền sở hữu tài sản, trong khi các doanh nhân (L2) thực hiện đổi mới dựa trên nền tảng đó.

Năm nay, lộ trình này đã đạt được tiến bộ quan trọng: Sự ra mắt của EIP-4844 blobs đã tăng đáng kể băng thông dữ liệu của Ethereum L1, nhiều EVM Rollup đã bước vào giai đoạn đầu tiên. Mỗi L2 tồn tại như một "mảnh" có quy tắc và logic riêng, sự đa dạng trong cách thực hiện các mảnh hiện đã trở thành hiện thực. Nhưng con đường này cũng đối mặt với một số thách thức độc đáo. Nhiệm vụ hiện tại của chúng ta là hoàn thành lộ trình tập trung vào Rollup, giải quyết những vấn đề này, trong khi vẫn duy trì sự vững mạnh và phi tập trung của Ethereum L1.

The Surge: Mục tiêu chính

1. Tương lai Ethereum thông qua L2 có thể đạt hơn 100.000 TPS;
2. Giữ cho L1 được phi tập trung và có tính linh hoạt;
3. Ít nhất một số L2 hoàn toàn kế thừa các thuộc tính cốt lõi của Ethereum ( để tin cậy, mở, chống kiểm duyệt );
4. Ethereum nên cảm thấy như một hệ sinh thái thống nhất, chứ không phải là 34 chuỗi khối khác nhau.

Nội dung chương này

1. Nghịch lý tam giác khả năng mở rộng
2. Tiến triển hơn nữa trong việc lấy mẫu tính khả dụng của dữ liệu
3. Nén dữ liệu
4. Plasma Tổng Quát
5. Hệ thống chứng minh L2 trưởng thành
6. Cải tiến khả năng tương tác giữa các L2
7. Mở rộng thực thi trên L1

Nghịch lý tam giác khả năng mở rộng

Tam giác nghịch lý khả năng mở rộng cho rằng có sự mâu thuẫn giữa phân quyền, khả năng mở rộng và tính bảo mật của blockchain. Đây không phải là một định lý, mà chỉ ra rằng việc phá vỡ nghịch lý tam giác là khó khăn và cần phải thoát ra khỏi khuôn khổ tư duy đã được xác định. Một số chuỗi hiệu suất cao tuyên bố đã giải quyết nghịch lý tam giác, nhưng điều này thường gây hiểu lầm, vì việc vận hành các nút trên những chuỗi này khó hơn so với trên Ethereum.

Tuy nhiên, sự kết hợp giữa mẫu khả dụng dữ liệu và SNARKs thực sự giải quyết được nghịch lý tam giác: nó cho phép khách hàng chỉ tải về một lượng nhỏ dữ liệu và thực hiện một lượng tính toán rất ít, vẫn có thể xác minh khả dụng của lượng lớn dữ liệu và tính chính xác của các bước tính toán. SNARKs là không cần tin cậy, trong khi mẫu khả dụng dữ liệu có một mô hình tin cậy tinh tế few-of-N, nhưng vẫn giữ lại những đặc điểm cơ bản của chuỗi không thể mở rộng.

Kiến trúc Plasma là một giải pháp khác, nó chuyển trách nhiệm giám sát tính khả dụng của dữ liệu cho người dùng theo cách khuyến khích. Với sự phổ biến của SNARKs, Plasma đã trở nên khả thi cho nhiều trường hợp sử dụng rộng rãi hơn.

Tiến triển hơn nữa trong việc lấy mẫu khả năng dữ liệu

Chúng tôi đang giải quyết vấn đề gì?

Hiện tại, mỗi 12 giây slot của Ethereum có 3 blob khoảng 125 kB, băng thông dữ liệu khả dụng khoảng 375 kB. Giả sử dữ liệu giao dịch được phát hành trực tiếp trên chuỗi, chuyển khoản ERC20 khoảng 180 byte, do đó TPS tối đa của Rollup trên Ethereum là 173.6. Cộng với calldata có thể đạt tới 607 TPS. Sử dụng PeerDAS, số lượng blob có thể tăng lên 8-16, cung cấp 463-926 TPS cho calldata.

Đây là một bước tiến lớn, nhưng vẫn chưa đủ. Mục tiêu trung hạn của chúng tôi là mỗi slot 16 MB, kết hợp với cải tiến nén dữ liệu Rollup, sẽ mang lại ~58000 TPS.

Nó là gì? Nó hoạt động như thế nào?

PeerDAS là một triển khai đơn giản của "1D sampling". Trong Ethereum, mỗi blob là một đa thức bậc 4096 trên trường số nguyên tố 253. Chúng tôi phát sóng các shares của đa thức, mỗi share chứa 16 giá trị đánh giá trên 16 tọa độ liền kề trong số 8192 tọa độ. Bất kỳ 4096 giá trị đánh giá nào cũng có thể phục hồi blob.

PeerDAS cho phép mỗi khách hàng lắng nghe một số lượng nhỏ subnet, subnet thứ i phát sóng mẫu thứ i của bất kỳ blob nào, khách hàng yêu cầu blob trên các subnet khác bằng cách hỏi các điểm đối tác trong mạng p2p toàn cầu. SubnetDAS chỉ sử dụng cơ chế subnet mà không có yêu cầu thêm từ lớp đối tác. Đề xuất hiện tại cho phép các nút tham gia xác thực quyền sở hữu sử dụng SubnetDAS, trong khi các nút khác sử dụng PeerDAS.

Về lý thuyết, chúng ta có thể mở rộng quy mô "1D sampling" rất lớn: nếu tăng số lượng blob tối đa lên 256, chúng ta có thể đạt được mục tiêu 16MB, trong khi mỗi nút cần xử lý 1 MB dữ liệu cho mỗi slot. Điều này khó thực hiện, nhưng có nghĩa là các khách hàng có băng thông hạn chế không thể thực hiện sampling. Chúng ta có thể tối ưu hóa bằng cách giảm số lượng blob và tăng kích thước blob, nhưng điều này sẽ làm tăng chi phí tái tạo.

Do đó, cuối cùng chúng tôi muốn thực hiện lấy mẫu 2D, không chỉ trong blob mà còn lấy mẫu ngẫu nhiên giữa các blob. Sử dụng thuộc tính tuyến tính của cam kết KZG, mở rộng tập hợp blob trong một khối bằng cách sử dụng một tập hợp blob ảo mới, những blob ảo này mã hóa thừa thông tin giống nhau.

Lấy mẫu 2D thân thiện với việc xây dựng khối phân tán, các nút thực sự xây dựng khối chỉ cần sở hữu cam kết blob KZG và có thể dựa vào việc lấy mẫu khả năng dữ liệu để xác minh khả năng sử dụng của khối dữ liệu. 1D DAS về bản chất cũng thân thiện với việc xây dựng khối phân tán.

còn cần làm gì? Có những cân nhắc nào?

Tiếp theo là hoàn thành việc triển khai và ra mắt PeerDAS. Sau đó, tăng dần số lượng blob trên PeerDAS, đồng thời theo dõi cẩn thận mạng lưới và cải thiện phần mềm để đảm bảo an toàn. Chúng tôi cũng cần nhiều công việc học thuật hơn để chuẩn hóa PeerDAS và sự tương tác của nó với các vấn đề an toàn như quy tắc chọn phân nhánh.

Trong tương lai, chúng ta cần xác định phiên bản lý tưởng của 2D DAS và chứng minh các thuộc tính an toàn của nó. Chúng tôi cũng muốn chuyển từ KZG sang các giải pháp thay thế an toàn với lượng tử và không cần thiết lập đáng tin cậy, nhưng hiện tại vẫn chưa rõ có những ứng cử viên nào thân thiện với việc xây dựng blockchain phân tán.

Tôi nghĩ rằng con đường thực tế lâu dài là:

1. Thực hiện DAS 2D lý tưởng;
2. Kiên trì sử dụng 1D DAS, hy sinh hiệu quả băng thông lấy mẫu, chấp nhận giới hạn dữ liệu thấp hơn vì sự đơn giản và độ tin cậy;
3. Bỏ DA, hoàn toàn chấp nhận Plasma như kiến trúc Layer2 chính.

Ngay cả khi chúng tôi quyết định mở rộng thực thi trực tiếp trên lớp L1, lựa chọn này cũng tồn tại. Nếu L1 phải xử lý một lượng lớn TPS, các khối L1 sẽ trở nên rất lớn, và khách hàng sẽ cần xác minh hiệu quả tính chính xác của nó, do đó chúng tôi sẽ phải sử dụng công nghệ giống như Rollup trên lớp L1.

Làm thế nào để tương tác với các phần khác của lộ trình?

Nếu thực hiện nén dữ liệu, nhu cầu về 2D DAS sẽ giảm hoặc bị trì hoãn, nếu Plasma được sử dụng rộng rãi, nhu cầu sẽ giảm thêm nữa. DAS cũng đặt ra thách thức cho các giao thức và cơ chế xây dựng khối phân tán: mặc dù DAS lý thuyết là thân thiện với việc tái tạo phân tán, nhưng điều này trong thực tế cần phải kết hợp với đề xuất danh sách bao gồm gói và cơ chế lựa chọn phân nhánh xung quanh nó.

Nén dữ liệu

Chúng tôi đang giải quyết vấn đề gì?

Mỗi giao dịch trong Rollup chiếm một lượng lớn không gian dữ liệu trên chuỗi: Việc chuyển ERC20 cần khoảng 180 byte. Ngay cả khi có mẫu khả dụng dữ liệu lý tưởng, điều này cũng hạn chế khả năng mở rộng của giao thức Layer. Mỗi slot 16 MB, chúng ta có:

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

Nếu chúng ta không chỉ có thể giải quyết vấn đề của tử số mà còn có thể giải quyết vấn đề của mẫu số, để mỗi giao dịch trong Rollup chiếm ít byte hơn trên chuỗi, thì điều đó sẽ như thế nào?

Nó là gì, hoạt động như thế nào?

Trong việc nén byte không, mỗi chuỗi byte không dài được thay thế bằng hai byte để biểu thị số lượng byte không. Hơn nữa, chúng tôi đã tận dụng các thuộc tính cụ thể của giao dịch:

Tổng hợp chữ ký: Chuyển từ chữ ký ECDSA sang chữ ký BLS, chữ ký BLS có thể được kết hợp thành một chữ ký duy nhất, chứng minh tính hợp lệ của tất cả các chữ ký gốc. Trong L1, do chi phí tính toán xác minh cao, không xem xét việc sử dụng chữ ký BLS. Nhưng trong L2, môi trường thiếu dữ liệu như vậy, việc sử dụng chữ ký BLS có ý nghĩa. Đặc tính tổng hợp của ERC-4337 cung cấp một phương tiện để thực hiện chức năng này.

Sử dụng con trỏ để thay thế địa chỉ: Nếu đã từng sử dụng một địa chỉ nào đó, chúng ta có thể thay thế địa chỉ 20 byte bằng một con trỏ 4 byte trỏ đến một vị trí nào đó trong lịch sử.

Chuỗi hóa tùy chỉnh giá trị giao dịch: Hầu hết các giá trị giao dịch có số chữ số rất ít, ví dụ 0.25 Ether được biểu diễn là 250,000,000,000,000,000 wei. Phí cơ bản tối đa và phí ưu tiên cũng tương tự. Do đó, chúng ta có thể sử dụng định dạng số thực thập phân tùy chỉnh để biểu diễn hầu hết các giá trị tiền tệ.

còn cần làm gì, có những sự cân nhắc nào?

Điều tiếp theo cần làm là thực hiện thực tế kế hoạch đã nêu trên. Các khoản cân nhắc chính bao gồm:

1. Việc chuyển sang chữ ký BLS cần nỗ lực rất lớn và sẽ giảm khả năng tương thích với các chip phần cứng đáng tin cậy. Có thể sử dụng các gói ZK-SNARK của các phương án chữ ký khác để thay thế.

2. Nén động ( việc thay thế địa chỉ bằng pointers ) sẽ làm cho mã khách hàng trở nên phức tạp.

3. Việc công bố sự khác biệt trạng thái lên chuỗi thay vì giao dịch sẽ giảm tính khả thi kiểm toán và khiến nhiều phần mềm ( như trình duyệt blockchain ) không thể hoạt động.

Làm thế nào để tương tác với các phần khác của lộ trình?

Sử dụng ERC-4337 và cuối cùng đưa một phần nội dung của nó vào EVM L2 có thể tăng tốc đáng kể việc triển khai công nghệ tổng hợp. Đưa một phần nội dung của ERC-4337 lên L1 có thể tăng tốc việc triển khai của nó trên L2.

Plasma Tổng quát

Chúng tôi đang giải quyết vấn đề gì?

Ngay cả khi sử dụng blob 16 MB và nén dữ liệu, 58.000 TPS vẫn có thể không đủ để hoàn toàn đáp ứng nhu cầu thanh toán của người tiêu dùng, mạng xã hội phi tập trung hoặc các lĩnh vực băng thông cao khác, đặc biệt khi chúng ta xem xét các yếu tố về quyền riêng tư, điều này có thể làm giảm khả năng mở rộng từ 3-8 lần. Đối với các trường hợp ứng dụng có khối lượng giao dịch cao và giá trị thấp, một lựa chọn hiện tại là sử dụng Validium, nó lưu trữ dữ liệu bên ngoài chuỗi và áp dụng một mô hình bảo mật thú vị: các nhà khai thác không thể đánh cắp tiền của người dùng, nhưng họ có thể tạm thời hoặc vĩnh viễn đóng băng tất cả tiền của người dùng. Nhưng chúng ta có thể làm tốt hơn.

Nó là gì, nó hoạt động như thế nào?

Plasma là một giải pháp mở rộng, liên quan đến việc các nhà điều hành phát hành khối ra khỏi chuỗi và đưa gốc Merkle của các khối này lên chuỗi. Đối với mỗi khối, các nhà điều hành gửi nhánh Merkle cho từng người dùng để chứng minh sự thay đổi hoặc không thay đổi tài sản của người dùng đó. Người dùng có thể rút tài sản bằng cách cung cấp nhánh Merkle. Quan trọng là, nhánh này không nhất thiết phải có gốc là trạng thái mới nhất. Do đó, ngay cả khi có vấn đề về khả năng truy cập dữ liệu, người dùng vẫn có thể khôi phục tài sản bằng cách rút trạng thái mới nhất có sẵn. Nếu người dùng gửi nhánh không hợp lệ, có thể xác định quyền sở hữu tài sản thông qua cơ chế thách thức trên chuỗi.

Các phiên bản Plasma sớm chỉ có thể xử lý các trường hợp thanh toán, không thể quảng bá hiệu quả. Tuy nhiên, nếu yêu cầu mỗi gốc được xác thực bằng SNARK, Plasma sẽ trở nên mạnh mẽ hơn rất nhiều. Mỗi trò chơi thách thức có thể được đơn giản hóa rất nhiều, vì chúng tôi đã loại trừ hầu hết các con đường có thể cho sự gian lận của nhà điều hành. Đồng thời, cũng mở ra những con đường mới, cho phép công nghệ Plasma mở rộng đến nhiều loại tài sản rộng rãi hơn. Cuối cùng, trong trường hợp nhà điều hành không gian lận, người dùng có thể rút tiền ngay lập tức, không cần chờ đợi một tuần trong thời gian thách thức.

Một phương pháp để tạo ra chuỗi Plasma EVM ( không phải là phương pháp duy nhất ): Sử dụng ZK-SNARK để xây dựng cây UTXO song song, phản ánh sự thay đổi số dư mà EVM đã thực hiện, và định nghĩa ánh xạ duy nhất của "cùng một đồng tiền" tại các thời điểm khác nhau trong lịch sử. Sau đó, có thể xây dựng cấu trúc Plasma trên đó.

Một hiểu biết quan trọng là, hệ thống Plasma không cần phải hoàn hảo. Ngay cả khi bạn chỉ có thể bảo vệ một tập hợp con của tài sản ( như chỉ trong quá khứ.