От доказательств в реальном времени до нативного объединения: финальный этап масштабирования Ethereum, инициированный ZK

Эндрю Фентон

Составил: imToken

Примечание редактора: Ethereum движется к новой эре масштабируемости с 10 000 транзакций в секунду, и технология доказательства с нулевым разглашением (ZK) становится ключевой движущей силой. Эта статья — вторая в нашей «Дорожной карте Ethereum 10 000 транзакций в секунду», в которой основное внимание уделяется техническим сложностям, связанным с доказательствами в реальном времени, логике участия Prover, проблемам безопасности при переходе на L1 и тому, 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 основными звеньями реализации этой революции расширения.

В этой статье мы продолжим подробно изучать, как достичь 12-секундного доказательства ZK в реальном времени в основной сети Ethereum, каковы аппаратные пороговые значения и механизмы стимулирования для становления Prover, а также как нативный Rollup изменит ландшафт Ethereum L2.

01 Доказательство в реальном времени: ключевой элемент масштабирования Ethereum

В дорожной карте Ethereum по достижению 10 000 транзакций в секунду есть незаменимый технологический прорыв: доказательство в реальном времени.

Соучредитель Succinct Ума Рой пояснила: «Доказательство в реальном времени означает возможность завершить процесс генерации доказательства ZK для блока в основной сети Ethereum менее чем за 12 секунд».

Что это значит? Как только будет достигнуто доказательство в реальном времени, Ethereum сможет встроить свою логику проверки блоков в сам протокол и практически «произвольно» увеличить лимит газа, не жертвуя при этом проверяемостью, тем самым значительно расширив L1 (примечание редактора: время генерации каждого блока в основной сети Ethereum составляет 12 секунд, поэтому «в реальном времени» означает, что доказательство выполняется в течение каждого цикла блока).

Однако для обеспечения доказательств в реальном времени одной лишь технологии zkVM недостаточно, также необходимы изменения на уровне протокола Ethereum.

Ладислав из Ethereum Foundation отметил, что в обновлении Glamsterdam в следующем году ожидается внедрение ключевого механизма — «разделение проверки блока и немедленного выполнения», что предоставит Prover (доказывающему) больше времени для генерации доказательства zkEVM в рамках полного слота, тем самым достигая настоящей обработки в реальном времени.

Что касается технической реализации, Succinct выпустила новейшую версию SP1 Hypercube zkVM, которая может генерировать доказательства для 93% из 10 000 блоков основной сети в режиме реального времени на кластере из 200 графических процессоров.

Рой выразил уверенность, что к концу года им удастся увеличить этот показатель до 99%. Хотя некоторые сложные блоки всё ещё могут препятствовать генерации доказательств даже в очень небольшом количестве блоков, в протоколе предусмотрены механизмы отказоустойчивости, например, позволяющие пропускать такие блоки и переходить к следующему.

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

Однако Рой не волнуется. В конце концов, производительность технологии ZK можно улучшать в 10 раз каждый год, так что она справится даже если время нахождения блока сократится вдвое.

В июне Linea также объявила, что 100% ончейн-активностей в её сети покрываются доказательствами ZK. Хотя текущий показатель TPS Linea составляет всего 2, это не является ограничением производительности, а ограничивается потребностями пользователей.

В июне Linea также объявила, что 100% ончейн-активностей в её сети покрываются доказательствами ZK. Хотя текущий показатель TPS Linea составляет всего 2, это не является ограничением производительности, а ограничивается потребностями пользователей.

Стоит отметить, что интервал между блоками Linea составляет всего 2 секунды, а доказательство ZK загружается в Ethereum L1 для верификации через смарт-контракты. Эта модель может стать предвестником «ZKизации» будущей основной сети.

02 Высок ли порог аппаратного обеспечения для устройств Ethereum ZK?

Генерация доказательств ZK в реальном времени требует мощных вычислительных ресурсов.

Первоначальные технические цели Ethereum Foundation для Prover заключаются в том, чтобы удерживать стоимость оборудования ниже 100 000 долларов США и энергопотребление ниже 10 киловатт, что примерно эквивалентно энергопотреблению домашней батареи Tesla Powerwall.

Эта цифра совсем не кажется «маленькой». Критик Ethereum Джастин Бонс (основатель Cyber Capital) назвал её «безумными аппаратными требованиями, значительно превышающими требования валидаторов Solana», но на самом деле это смешение двух совершенно разных ролей.

Ладислаус из команды по координации протокола Ethereum Foundation отметил, что у Prover и Validator разные обязанности, и их не следует путать. Валидаторы управляют узлами и участвуют в достижении консенсуса, в то время как задача Prover заключается в генерации доказательств ZK. После того, как доказательство ZK транзакции сгенерировано правильно, сети остаётся только проверить корректность доказательства, без необходимости повторного выполнения транзакции.

В связи с этим Ладислав выразил оптимизм: «Пока найдётся честный проверяющий, отвечающий требованиям к оборудованию, Ethereum сможет продолжать безопасно работать. Мы намеренно снижаем порог ниже центра обработки данных. Даже если это не крупное учреждение или центр обработки данных, любой разработчик с техническими возможностями может запустить Prover дома».

На данный момент эта конфигурация оборудования стоимостью 100 000 долларов — лишь начальная цель. Исследователь Ethereum Foundation София Голд прогнозирует, что основной Prover будет соответствовать стандарту к конференции разработчиков Devconnect Argentina Developer Conference, которая состоится в ноябре этого года.

Соучредитель Succinct Рой ожидает, что к началу следующего года потребность в GPU может быть снижена примерно до 16 видеокарт, а общая стоимость будет находиться в пределах от 10 000 до 30 000 долларов США.

В то же время Succinct построила децентрализованную сеть, состоящую из «сотен доказывающих устройств» в тестовой сети, сгенерировавших в общей сложности миллионы доказательств.

В основе этой системы лежит конкурентное доказательство, то есть все доказывающие участвуют в торгах, и в каждом раунде выбирается победитель, который выполняет доказательство zk. Цель — позволить участникам с меньшим временем и меньшими затратами выиграть, формируя механизм торгов на вычислительную мощность.

Это означает, что в будущем Ethereum, движущей силой которого является ZK, дух майнеров вновь проявится в другой форме — за исключением того, что их роль изменится: от вычисления блоков к вычислению доказательств.

03 Основная сеть перешла на архитектуру ZK: сложная миграция системы

Переключение основной сети Ethereum L1 на архитектуру доказательства с нулевым разглашением (ZK) — еще одна техническая задача почти такого же уровня после перехода с доказательства работы (PoW) на доказательство доли владения (PoS) в 2022 году. Весь процесс требует не только реконструкции уровня протокола, но и тщательного рассмотрения различных потенциальных пограничных сценариев и рисков безопасности для предотвращения сбоев в работе сети.

На конференции EthProofs в июле исследователь Джастин Дрейк обозначил несколько потенциальных рисков. Например, злоумышленник может внедрить в блок так называемый «убийцу доказательных блоков», сделав весь механизм верификации сети неэффективным. В качестве альтернативы, внезапное падение сетевой активности может привести к тому, что комиссий за транзакции будет недостаточно для покрытия затрат на генерацию доказательств ZK, что повлияет на устойчивость сети.

Ладислав из группы координации протоколов Ethereum Foundation заявил, что весь процесс перехода может занять несколько лет, при этом особое внимание будет уделено рискам безопасности. Виртуальная машина ZK (zkVM) — сложная технология, находящаяся на ранней стадии развития, и вероятность различных уязвимостей весьма высока. Однако по мере развития экосистемы её применимость и надёжность на уровне L1 Ethereum могут постепенно повышаться за счёт внедрения различных систем доказательств (разнообразия доказательств), улучшенных механизмов стимулирования и формальной верификации.

В то же время Ethereum планирует фундаментально реструктурировать свой консенсусный уровень, а именно создать новую структуру под названием «Beam Chain». Цель — оптимизировать сеть для ZK и сделать её удобной с самого начала проектирования. Дрейк даже заявил, что в будущем вся работа по проверке данных Ethereum будет выполняться на процессоре обычного ноутбука.

04 «Снаркизация» основной сети: приближается Native Rollup

04 «Снаркизация» основной сети: приближается Native Rollup

В то время как основная сеть Ethereum интегрирует zkEVM, постепенно вырисовывается еще одна долгосрочная концепция: Native Rollup.

Все текущие роллапы (оптимистичного или ZK-типа) используют независимую систему доказательств, безопасность которой основана на ее собственном механизме валидации или сортировки, и между ними и основной сетью Ethereum существуют определенные предположения о доверии.

Концепция «собственного Rollup» совершенно иная: благодаря интеграции zkEVM в основную сеть валидаторы Ethereum L1 могут напрямую проверять доказательство перехода состояния Rollup, тем самым реализуя L2, который действительно проверен и защищен основной сетью.

Для этого необходимо добавить ключевой код «выполнить предварительную компиляцию» в клиент Ethereum L1, что позволит валидаторам напрямую проверять доказательство передачи состояния ZK, сгенерированное L2. Как сказал Ладислаус, координатор протокола Ethereum Foundation, «валидаторы L1 будут использовать доказательства выполнения этих роллап-файлов и проверять их корректность».

Другими словами, если нативный Rollup станет реальностью, то в будущем, независимо от того, будет ли это транзакция, происходящая на L1, или транзакция, происходящая на нативном Rollup, ее окончательный расчет и безопасность будут гарантироваться одной и той же группой валидаторов Ethereum, а уровень доверия будет абсолютно одинаковым.

Это означает, что внесение 10 миллионов долларов на собственный Rollup будет таким же безопасным, как и внесение их напрямую в основную сеть Ethereum.

Деклан Фокс, руководитель проекта Linea, заявил, что их долгосрочная цель — стать нативным Rollup. Он считает, что это «обновлённая версия» решения для шардинга ETH 2.0 — больше не жёстко работающее с 64 цепочками шардов с одинаковой структурой, а создание гетерогенной системы Rollup с широкими возможностями программирования и настройки для удовлетворения различных сценариев и потребностей пользователей.

В отличие от однородной архитектуры сегментирования ETH 2.0, применявшейся в прошлом, собственный Rollup может быть неоднородным, предоставляя конечным пользователям более разнообразный и дифференцированный опыт использования приложений.

Хотя нативный Rollup пока официально не включен в дорожную карту Ethereum, с официальным запуском zkEVM и постепенной реконструкцией архитектуры L1 предварительная настройка интерфейсов и предкомпилированная логика для него явно стали предсказуемым технологическим трендом.

Ладислаус подвёл итог: «В Ethereum наблюдается высокая степень технической синергии между Snarkifying EVM (т. е. интеграцией возможностей доказательства ZK) и продвижением собственных Rollup-пакетов, поскольку оба они используют базовый стек технологий ZK». Конечно, этот процесс ещё должен пройти через систему управления сообщества Ethereum, сформировать EIP (Предложение по улучшению Ethereum) и, в конечном итоге, быть развёрнут в виде хардфорка.

Если все пойдет хорошо и мы будем настроены оптимистично, соответствующий EIP может быть представлен к концу года и запущен в эксплуатацию после модернизации Гламстердама.

Однако этот график остается крайне неопределенным и требует осторожного подхода.