كيف يتم تجاوز تحديات الأداء في ETH 3.0؟ هذه المقالة تكشف عن تقنية ZK المتقدمة وخطط الترقية الواقفة وراءها

كتب بواسطة: ZAN

سلسلة بيم: “إيثيريوم 3.0”

انتهت للتو مؤتمر 2024 Devcon، وكان حماسيًا للغاية، حيث اجتمعت بيئة إثيريوم في بانكوك، وقد قامت إثيريوم ومشاريعها البيئية ذات الصلة بإصدارات مهمة خلال هذه الفترة، حيث أضاءت سلسلة من وجهات النظر الجديدة والاتجاهات الجديدة والخطط الجديدة العالم بأسره في Web3.

مثير للإعجاب بشكل خاص هو اقتراح “ورشة عمل ETH 3.0” الذي أصدره جاستن دريك ، الباحث في مؤسسة ETH Square.

اقترح اقتراح ترقية طبقة إجماع يسمى “ETH Square 3.0” من قبل المجتمع - سلسلة الشعاع [1]. ويتمثل الرؤية الأساسية في استخدام الأدلة الصفرية لتقليل عبء حساب والاتصالات للمحققين ، وتخفيض عتبة الانضمام إلى المحققين ، بحيث يمكن لمزيد من المحققين الانضمام إلى الشبكة لزيادة الأمان وتقليل التكرار الحسابي وتحسين كفاءة الشبكة بشكل عام. بالإضافة إلى ذلك ، يريد Justin أيضًا الاستفادة من فرصة تحويل الطبقة الموافقة إلى Snark لحل ديون التكنولوجيا الناجمة عن قيود العصر في شبكة Beacon والاستعداد لمتطلبات الأمان المضادة للكم في المستقبل.

في خارطة طريق فيتاليك في ذا فرج، تحويل إثيريوم إلى SNARKs (SNARKification) هو أحد الأعمال الهامة، ويتضمن تحويل طبقة الاتفاق وطبقة التنفيذ إلى بروتوكول بدون معرفة. في تفسير فيتاليك الأحدث [2]،أقر فيتاليك بأن تحويل طبقة الاتفاق هو تحدي يتطلب مراعاة وتحسين مستمر في العمل اللاحق. يمكن اعتبار اقتراح سلسلة Beam كرد فعل من فيتاليك على كيفية إجراء تحويل لطبقة الاتفاق إلى Snark.

شريط BEAM متابعة فقط على مستوى الإجماع. ومع ذلك، جعل طبقة الإجماع Snark لا يعني تحويل جميع الأجزاء. يكمن الأساس الأساسي لسلسلة الكتل في وظيفة تحويل الحالة (State Transition Function)، لذا يكفي تحويل وظيفة تحويل الحالة إلى Snark فقط، وهذا بالضبط ما يتميز به ZK. بالنسبة لطبقة الإجماع، تحتوي وظيفة تحويل الحالة على ثلاثة أجزاء رئيسية، وهي وظيفة التحول في كل فتحة، وظيفة التحول في كل كتلة، وظيفة التحول في كل حقبة. في هذه الوظائف الثلاثة لتحويل الحالة، تتضمن تنفيذ خوارزمية الإجماع ومنطق Stake واقتراح الكتل والتحقق من صحة نتائج طبقة التنفيذ والتحقق من جذر شجرة Merkle والتحقق / التجميع من توقيع الإجماع وحساب وظيفة التجميع والتحقق منها وإجراءات الوصول إلى حالة التخزين الحسابية والتجميد وما إلى ذلك. لتحويل طبقة الإجماع إلى Snark، فإنه في الواقع يكمن في تحويل العمليات المذكورة أعلاه إلى Snark. يجدر بالملاحظة أنه في خطة تحويل طبقة الإجماع إلى Snark، ما زال Ethereum يضع اللامركزية والتنوع في المقام الأول، لذا لن يتطلب بشكل قسري استخدام خوارزمية ZK وبروتوكول محدد، بل ستكون هذه الخيارات من اختيار المقترح ذاته.

مصدر الصورة:

نقطة صعبة الأساس: Realtime Proving

لتحقيق رؤية شبكة BEAM Chain ، الصعوبة الأساسية تكمن في تحسين كفاءة الإثبات، أي كيفية ضغط وقت الإثبات الحالي الذي يستغرق عدة ثوانٍ أو حتى دقائق إلى الدرجة الثانية. في ورشة العمل ZK Workshop II التي نظمتها AntChain OpenLabs و ZAN و Pharos معًا في 24 سبتمبر من هذا العام[3]في البداية، شارك Justin الضيف في عرض يحمل عنوان “Realtime Proving”، حيث قدم وجهة نظره الأساسية التي تتوافق مع تصور “Ethereum 3.0” وقدم حلاً لتحدي الأداء. وأشاد بتشجيع المجتمع على استخدام طرق التسريع ASIC لإكمال عملية إثبات المعرفة الصفرية من إنشاء البرنامج العقلي إلى الإثبات على جهاز رقاقة وذلك لزيادة سرعة إنتاج الأدلة بأكثر من عشرة أضعاف في السنوات القادمة، لتمكين إثبات في الوقت الحقيقي بشكل حقيقي.

لتعزيز الأداء والتطبيقات دون معرفة تقنية: نحن نستمر في السعي

AntChain OpenLabs ملتزمة دائمًا بتسريع إثبات ZK باستخدام منصات عتاد مثل GPU و FPGA و ASIC ، مما أسرع من مجموعة متنوعة من أنظمة ZK بما في ذلك Polygon ZKEVM Prover و Stone Prover و Halo2 و Plonky2 ، وأنشأت العديد من حلول FPGA IP وتسريع GPU ، ووصلت بعض العمليات الأساسية إلى أكثر من مئة مرة تسريعًا.

نسبة تسارع العمليات المعالجة بواسطة CUDA مقارنة بالمعالجة بواسطة وحدة المعالجة المركزية (CPU) في AntChain OpenLabs، كما هو موضح في الجدول (١).

(الجدول 1)

مقارنة أداء MSM المعزز بـ GPU و ICICLE المفتوح المصدر التي تم تحقيقها بواسطة AntChain OpenLabs (على حد سواء 4090GPU) على النحو الموضح في الجدول (2).

( الجدول الثاني )

أداء Circle FFT المعتمد على GPU الذي تم تحقيقه بواسطة AntChain OpenLabs مقارنة بأداء Stwo Prover على 16 نواة CPU، كما هو موضح في الجدول (ثلاثة).

(الجدول 3)

بالإضافة إلى ذلك ، تلتزم AntChain OpenLabs أيضا باستكشاف التطبيق لبراهين المعرفة الصفرية ، باستخدام طي ضرب المصفوفة المصمم ذاتيا ، والتحسين التعاوني GPU + CPU لبروتوكول Sumcheck ، والتنفيذ الفعال للمنحنيات الإهليلجية وغيرها من التقنيات في الحساب الذي يمكن التحقق منه للنماذج الكبيرة في اتجاه الذكاء الاصطناعي + ZK ، و zkLLM تحت 4 وحدات معالجة رسومات [4][5]تم تقليل وقت إنشاء الرمز المميز الأول من 4 ساعات إلى حوالي 18 دقيقة (التحسينات تحتوي على الالتزام والافتتاح وتم اختبارها على نموذج LLama-7B).

تقوم AntChain OpenLabs بتحسين أداء وقابلية استخدام الحوسبة التحقق من صحة النموذج الكبير باستمرار على أساس تجميعها في مجال وحدة المعالجة الرسومية (GPU)، وتستمر في تحسين وتحسين برنامج الاستبدال والتحسين وطي العديد من الحالات المتعددة وإنشاء العديد من البراهين على الرموز. هدفنا هو بناء خدمة فعالة وسهلة الاستخدام وصديقة للبيئة للحوسبة التحقق من صحة العمليات، والتعرف على اتجاهات المحتملة لتطبيقات الحجم الكبير التي لا تحتاج إلى معرفة تقنية، وبناء جسر بين Web3 وتطبيقات الذكاء الاصطناعي.

في مواجهة التهديدات التي تواجه الكمبيوتر الكمي، قام AntChain OpenLabs أيضًا بالتحقيق النشط، استنادًا إلى OpenSSL[6]تم تعديل مكتبة الكلمات السرية اللاحقة للكمبيوتر الكمي، والتي تدعم عدة خوارزميات معايير NIST اللاحقة للكمبيوتر الكمي. في الوقت نفسه، واجهت مشكلة تضخم التخزين بنسبة 40 مرة أكثر من ECDSA في التوقيعات اللاحقة للكمبيوتر الكمي. تمكنت من خلال عملية التوافق وتحسين قراءة الذاكرة ذات التأخير المنخفض من تحقيق قدرة مقاومة الكمبيوتر الكمي لسلسلة الكتل TPS بنسبة تقدر بحوالي 50% من سلسلة التوجيه الأصلية.

من الجدير بالمتابعة أن استكشاف التقنيات المذكورة قد تم تطبيقها بالفعل في حل تسريع البرمجيات والأجهزة المدمجة Power Zebra الذي تم طرحه من قبل ZAN، حيث يستهدف هذا الحل تسريع وتحسين العمليات الحاسوبية المتعلقة بالعمليات الرئيسية الشائعة مثل ضرب نقطي متعدد MSM، وتحويل عدد نظري NTT، وحلول متعددة لمعادلة H، وإثبات فتح العديد من المتعلقات الرئيسية الأخرى، مما يستفيد بشكل كامل من موارد الحوسبة وعرض النطاق التخزيني وعرض النطاق PCIe الخاصة بوحدات GPU، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في كفاءة العمليات الحسابية. وبعد تطبيق حل تسريع البرمجيات والأجهزة المدمجة Power Zebra من ZAN، حققت مختبرات ديلفينوس التابعة لمجتمع zkWASM المفتوح المصدر زيادة تفوق 20% في أداء وحدات GPU، مسجلة أداءً قياسيًا عاليًا بين خدمات المجتمع المماثلة.

التنبؤ

منذ فترة طويلة ، كان تركيز مجتمع ETH على تحسينات طبقة التنفيذ ، بما في ذلك زيادة BlockGasLimit واستراتيجيات L2. من بين هذه التحسينات ، فقد تم إنجاز الكثير من عمل Snarkify لطبقة التنفيذ بالفعل من خلال استخدام L2 في الخريطة الطريقية لـ Rollup Centric. فكرة Beam Chain فتحت باب تحويل طبقة الإجماع إلى Snarkify. نعتقد أنه مع ظهور Beam Chain ، ستدفع وتلهم المجتمع للتركيز على تحويل طبقة الإجماع وتقديم المزيد من الأفكار المثيرة.

يمكن توقع أن ستكون عملية تحويل طبقة التوافق وطبقة التنفيذ إلى SNARKs ستكون اللمسة الأخيرة لجعل إثيريوم مُشفرة بالكامل، وستسهم بشكل كبير في توسيع إثيريوم واللامركزية. في الوقت نفسه، مع تقدم مقترح Beam Chain، ستلعب الآلة الافتراضية القائمة على تقنية الدليل بدون معرفة دورًا أساسيًا في البيئة الإثيرية. باستخدام إثبات SNARK والتشفير ما بعد الكم، بالإضافة إلى عتبة أقل للتكديس ووقت تأكيد أسرع للكتلة، ستوفر Beam Chain اللامركزية الأقوى والأداء الأعلى لإثيريوم.

المراجع

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]