Ethereum: kriptografinis pasaulio kompiuteris ir kelias

Ethereum vystymasis už blokų grandinės etiketės ribų

Ethereum juda link to, ką bendraįkūrėjas Vitalikas Buterinas vadina "kriptografiniu pasaulio kompiuteriu", tai architektūra, jungianti sutarimo pagrįstą tvarką su pažangia kriptografija, privatumo įrankiais, įrodymų sistemomis ir decentralizuotais apskaičiavimais už grandinės ribų. Šis perėjimas, skatinamas atnaujinimų tokių kaip Hegotá ir daugelio metų tyrimų planu, siekia pakeisti patikros, sandorių įtraukimo, privatumo ir būsenos valdymo modelius tinkle. Rezultatas galėtų būti Ethereum, kuris išsaugo bepasitikėjimo garantijas, sumažina verifikatorių aparatūros reikalavimus ir leidžia naudoti kvantams atsparią kriptografiją bei išsamesnius paskyrų modelius.

Ką reiškia "kriptografinis pasaulio kompiuteris"?

Buterino terminas apibūdina dizainą, kuriame Ethereum bazinis sluoksnis koncentruojasi į kanoninę tvarką ir mažus, tikrinamus būsenos perėjimus, o sunkūs skaičiavimai, didelės parašų apimtys ir istorinė saugykla perkeliami į kriptografiškai tikrinamas dalis, kurių kiekvienas mazgas neprivalo pakartotinai vykdyti. Šis požiūris sujungia blokų grandinės sutarimą su nulio žinojimo įrodymais, duomenų prieinamumo mėginių ėmimu, parašų agregacija ir decentralizuotomis paslaugomis už grandinės ribų. Trumpai tariant, grandinė išlieka vieninteliu užsakymo ir galutinumo šaltiniu, tačiau didžioji darbo dalis tampa įrodomai paskirstoma - tai leidžia kurti labiau mastelį atitinkančią, privačią ir kvantams pasiruošusią platformą.

Kur Hegotá dera ilgalaikiame plane

Hegotá (kai kurose medžiagose rašoma Hegota) yra laikomas kertiniu Ethereum laiko juostos atnaujinimu. Nors jo tikslus apimtis dar formuojama, Hegotá traktuojama kaip paskutinis atnaujinimas, kuris atrodys pažįstamas inžinieriams, dirbusiems su 2015–2025 m. Ethereum. Vėlesni pakeitimai, tikimasi, pasuks tinklą link įrodymų centrinės patikros ir pertvarkytos sutarimo mechanikos.

Pagrindinės Hegotá numatytos savybės

Dvi pagrindinės Hegotá siūlomos iniciatyvos yra FOCIL (EIP-7805) ir Frame Transactions (EIP-8141). Abi skirtos sustiprinti cenzūros atsparumą, išplėsti paskyrų lankstumą ir paruošti protokolą postkvantinėms parašų schemoms.

FOCIL ir sandorių įtraukimas

FOCIL pristato mechanizmą, pagal kurį verifikatoriai skelbia įtraukimo sąrašus, kurių turi paisyti blokus sudarantys statytojai. Vietoj to, kad vienas statytojas nuspręstų, kuriuos galiojančius sandorius įtraukti - o tai atveria duris cenzūrai -, FOCIL paskirsto įtraukimo autoritetą keliems verifikatoriams. Tai turėtų sustiprinti cenzūros atsparumą, pagerinti Layer 2 atsiskaitymų garantijas ir padaryti sandorių įtraukimo procesą atsparesnį bei labiau atitinkantį Ethereum decentralizacijos tikslus.

Frame Transactions ir paskyrų lygmens lankstumas

Frame Transactions leidžia paskyroms apibrėžti savo autorizacijos logiką, o ne remtis viena fiksuota parašo forma. Tai suteikia galimybę socialinės atkūrimo piniginėms, įrašytoms išlaidų riboms, remtoms dujų apmokėjimo galimybėms ir paskyrų lygmens priėmimui kvantams atsparių parašų schemų be privalomos tinklo masto migracijos. Ši funkcija yra svarbi ilgalaikiam tinklo planui dėl postkvantinio saugumo ir išraiškingesnių paskyrų modelių.

Patikra: perėjimas nuo pilno perkūrimo prie įrodymų ir mėginių ėmimo

Vienas reikšmingiausių pokyčių, kuriuos prognozuoja Buterinas ir kiti tyrėjai, yra mazgų būdas tikrinti grandinės istoriją ir naujus blokus. Senasis modelis, kai atsisiunčiama kiekviena blokas, vykdomas kiekvienas sandoris ir pakartotinai atliekamas visas būsenos perėjimas, blogai masteliuojasi kylant kriptografijos ir programų sudėtingumui. Planuojamas kelias pakeičia didžiąją dalį perteklinio darbo kriptografiniais įrodymais ir duomenų mėginių ėmimu.

PeerDAS ir duomenų prieinamumo mėginių ėmimas

PeerDAS, pristatytas per Fusaka, leidžia mazgams tikrinti duomenų prieinamumą mėginių ėmimu iš duomenų rinkinio vietoj visų duomenų atsisiuntimo. Toks mėginių ėmimo požiūris sumažina pralaidumo ir saugojimo apkrovas verifikavimo mazgams, išlaikant pasitikėjimo prielaidas - mazgai vis tiek gali aptikti trūkstamus ar slepiamus duomenis be pilno atsisiuntimo. PeerDAS taip tampa pagrindiniu įrodymų pagrindu veikiančios patikros sluoksnio komponentu.

Rekursiniai STARK ir SNARK patikrinimas

Rekursinės įrodymų sistemos, tokios kaip STARK, yra esminės plano dalys, siekiant sumažinti pakartotinį vykdymą. Ethereum Lean perstatymas pabrėžia rekursinius STARK, kad suspaustų įrodymų darbą per daug sandorių, leidžiant verifikatoriams pasitikėti glaustais įrodymais vietoje sunkaus skaičiavimo pakartotinio vykdymo. Kartu su SNARK patikrinimu tam tikrais atvejais, tinklas gali pereiti nuo "atsisiųsti ir pakartotinai vykdyti" prie "imti mėginius ir tikrinti įrodymus", taip sumažinant aparatūros reikalavimus stipriai patikrai.

EIP-8288 ir agregacija mempool lange

EIP-8288, juodraštį bendrai parengė Buterinas ir Thomas Coratger, numato kriptografinių parašų ir STARK įrodymų agregaciją mempool viduje. Idėja yra leisti mempool mazgams sujungti kelis parašus ir įrodymus į vieną rekursinį STARK prieš siunčiant paketą statytojams. Statytojai tada įtrauktų agreguotą įrodymą vietoje daugybės didelių atskirų įrodymų - taip sumažinant pralaidumo ir dujų sąnaudas, ypač postkvantiniams parašams, kurie paprastai yra didesni.

Kodėl agregacija mempool svarbi

Kai Ethereum juda link kvantams atsparių priemonių, tokių kaip LeanSPHINCS parašams ir ploni STARK konstruktai įrodymams, kriptografinių objektų žaliava dydis ir skaičiavimo kaštai gali padidėti. Agregacija mempool padeda amortizuoti šiuos kaštus, leidžiant plačiai naudoti postkvantinę kriptografiją be neproporcingų grandinės išteklių sąnaudų.

Privatumas ir privatūs mempool'ai

Privatumo patobulinimai vystomi lygiagrečiai su sutarimo ir patikros pokyčiais. Tyrimai apie užšifruotus mempool'us, svogūninius maršrutus, mixnet'us ir nulio žinojimo sandorių privatumo sprendimus siekia sumažinti tinklo lygmens nutekėjimą ir pagerinti vartotojų konfidencialumą. Ateities srautuose sandoriai galėtų patekti į privatumą saugančius mempool'us, o vėliau pereiti per FOCIL tipo įtraukimo sąrašus ar statytojus, kurie gerbia tokius privatumo apribojimus, tuo pačiu atitinkant protokolo taisykles.

Sutarimo pertvarka: Lean Ethereum ir greitesnis galutinumas

Sutarimas yra dar viena aktyvių tyrimų sritis. Lean Ethereum programa peržiūri galutinumą ir slotų dizainą, judėdama link paprastesnių ir greitesnių galutinumo modelių nei dabartiniai naudojami proof-of-stake. Darbas, prasidėjęs nuo vienos sloto galutinumo idėjos, vystėsi į trijų slotų dizainus ir vėliau į Minimmit, vieno raundo sutarimo kandidatą Lean Ethereum tyrimuose.

Tiksliniai galutinumo laikai

Ilgo laikotarpio tyrimai siekia daug greitesnio galutinumo - sekundžių, o ne kelių epochų tvarka. Kai kurios prognozės numato slotų ilgius keturių iki aštuonių sekundžių diapazone, o galutinumas pasiekiamas maždaug per aštuonias iki 32 sekundžių optimistiškame 2030 modelyje. Tai išlieka tyrimų tikslais ir gali keistis, tačiau perėjimas prie greitesnio, paprastesnio galutinumo reikšmingai pagerintų vartotojo patirtį mokėjimams, L2 rollupams ir bendram dApp reagavimo greičiui.

Kvantinis atsparumas iki 2029

Ethereum fondacija viešai numatė 2029 gruodį kaip terminą, iki kurio siekiama kvantinio atsparumo vykdymo, sutarimo ir duomenų sluoksniuose. Ši ambicinga laikotarpio numatyma atspindi prielaidas, kad kriptografiškai reikšmingi kvantiniai įrenginiai gali atsirasti jau apie 2030 metus. Perėjimas apima pažeidžiamų primityvų pakeitimą arba papildymą - peržiūrai teikiami BLS verifikatorių parašai, ECDSA paskyrų parašai, KZG įsipareigojimai ir kai kurios ZK sistemos.

Sumažinimo priemonės: paskyrų lygmens migracija ir agreguoti įrodymai

Frame Transactions leidžia piniginėms pasirinkti kvantams atsparias patikros schemas be privalomos vieningos paskyrų migracijos. EIP-8288 agregacijos ir rekursinių STARK technikos mažina pralaidumo ir dujų kainą dėl didesnių postkvantinių parašų. Kartu šios funkcijos padaro praktiškesnę migraciją prie postkvantinės kriptografijos.

Decentralizuoti komponentai už grandinės ir paskirstyta istorija

Buterino architektūra pabrėžia, kad grandinėje turi likti tik L1 būtiniausi elementai: kanoninė tvarka, mažos tikrinamos būsenos perėjimai ir galutinumas. Sunkūs arba specializuoti skaičiavimai, dideli istoriniai duomenų rinkiniai ir dalis būsenos saugyklos gali būti perkelti už grandinės į decentralizuotas paslaugas, kurios pateikia kriptografinius teisingumo įrodymus. Tai leidžia grandinei patikrinti rezultatus be visų skaičiavimų pakartojimo, gerinant mastelį ir išlaikant tvirtas pasitikėjimo prielaidas.

Specializuoti skaičiavimai ir įrodymų patikrinimas

Šio modelio pagrindu specializuoti mazgai ar paslaugos gali atlikti sudėtingas operacijas - tokias kaip daugiapusių apskaičiavimai už grandinės ribų, pažangūs analizės darbai ar mašiniškai patikrinami įrodymai - ir tada pateikti glaustus, tikrinamus įrodymus grandinei. Verifikatoriams ir lengviems klientams tuomet reikia tik patikrinti tuos įrodymus vietoje viso darbo perkūrimo, spartinant pralaidumą ir leidžiant naujas L2 dizaino klases bei privatumo saugančias programas.

Ilgalaikės, spekuliatyvios technologijos

Kai kurios Buterino minimos technologijos yra toliau ateityje, pavyzdžiui, neatskiriamumo užtvirtinimas (indistinguishability obfuscation, iO) užšifruotam daugiapusei skaičiavimui. Jos yra spekuliatyvios ir nėra būtinos trumpalaikei architektūrai, tačiau rodo ateitį, kurioje bendras užšifruotas skaičiavimas daugeliui asinchroninių dalyvių galėtų tapti praktiškas, sukombinuotas su stipriomis įrodymų sistemomis ir patobulintu sutarimu.

Ko laukti toliau: Glamsterdam, Hegotá ir toliau

Ethereum artimiausi etapai išlieka Glamsterdam ir Hegotá. Glamsterdam numatytas prieš Hegotá ir orientuotas į testavimą bei rizikos mažinimą. Hegotá dabartiniai pasiūlymai apima FOCIL ir Frame Transactions; papildomi pasiūlymai ir tyrimai tęsiami per valdymą ir testavimo fazes. Po Hegotá tinklas tikimasi sieks įrodymų pagrindu veikiančios patikros, rekursinių STARK agregacijos, Lean sutarimo planų ir kvantams atsparios kriptografijos kaip daugiametį tikslą.

Pasekmės kūrėjams, verifikatoriams ir vartotojams

Kūrėjai turėtų pasiruošti naujiems paskyrų modeliams, on-chain autorizacijos lankstumui ir būsimiems agreguotiems įrodymams bei mempool išankstiniam apdorojimui. Verifikatoriai ir mazgų operatoriai pamatys pokyčius patikros įrankiuose ir duomenų prieinamumo mėginių ėmime, kas gali sumažinti aparatūros reikalavimus pilnai verifikacijai. Galutiniai vartotojai turėtų gauti naudos iš stipresnio cenzūros atsparumo, greitesnio galutinumo ir pagerinto privatumo kartu su ilgalaikiu siekiu kvantinio atsparumo.

Išvada

Ethereum kelių žemėlapis vis labiau orientuojasi į kriptografinę inžineriją: įrodymus, agregaciją, mėginius ir privatumo sprendimus. Hegotá yra vaizduojama kaip perėjimo taškas tarp ankstesnės tinklo architektūros ir ateities, kurioje dominuos glausta patikra ir decentralizuoti komponentai už grandinės ribų. Jei tyrimai ir atnaujinimai pasiseks, Ethereum gali tapti daugiau mastelį atitinkančia, privačia ir kvantams atsparia platforma, tikru kriptografiniu pasaulio kompiuteriu, o ne tik tradicine blokų grandine.