ETH 3.0 كيف تحطم تحديات الأداء؟ مقال يكشف عن تقنية ZK وراء الكواليس وخطة الترقية

سلسلة Beam: “إثيريوم 3.0”

انتهت للتو مؤتمر 2024 Devcon الذي كان مزدحمًا بشكل استثنائي، حيث اجتمعت بيئة إيثريوم ومشاريعها المتعلقة في بانكوك، وتم الإعلان عن آخر التطورات والأحداث الرئيسية في إيثريوم والمشاريع ذات الصلة خلال هذه الفترة، وقد أشعلت سلسلة من وجهات النظر الجديدة والاتجاهات الجديدة والخطط الجديدة Web3 العالمية.

ومن اللافت للانتباه بشكل خاص، مقترح ‘إثيريوم 3.0’ الذي أطلقه الباحث في مؤسسة ايثر Justin Drake.

قدم مقترحًا لترقية الطبقة الالإجماعية المعروفة بالمجتمع باسم “ETH 3.0” - مشروع Beam Chain [1]. وجهة نظره الأساسية هي: تقليل عبء الحساب والاتصال للمحققين من خلال إسقاط عتبة الدخول المطلوبة ليصبح من الممكن لمزيد من المحققين الانضمام إلى الشبكة لزيادة الأمان وتقليل التكرار في الحساب وتحسين كفاءة الشبكة بشكل عام. بالإضافة إلى ذلك، يرغب Justin في استغلال فرصة تحويل الطبقة الالإجماعية إلى Snark لحل ديون التقنية المتبقية في سلسلة Beacon ناتجة عن قيود العصور والاستعداد لمتطلبات الأمان المضادة للكمبيوتر في المستقبل.

في خريطة طريق Vitalik على The Verge ، إعطاء عمل إثيريوم القدرة على zk-SNARKs هو أحد الأعمال الهامة ، ويتضمن تحويل طبقة الاتفاق والتنفيذ لتدريج بدون معرفة. في تفسير Vitalik الأحدث [2] ، يعترف Vitalik بأن العمل على تحويل طبقة الاتفاق يشكل تحديًا ويتطلب مراعاة وتحسين مستمر في العمل المستقبلي. اقتراح Beam Chain يمكن اعتباره رد فعلًا من Vitalik على كيفية تحويل طبقة الاتفاق إلى zk-SNARKs.

سلسلة الشعاع تركز فقط على طبقة الإجماع. ومع ذلك، تحويل طبقة الإجماع إلى Snark لا يعني تعديل كل الأجزاء. يكمن جوهر سلسلة الكتل في وظيفة تحويل الحالة (State Transition Function)، لذا يكفي تحويل وظيفة تحويل الحالة إلى Snark، وهذا بالضبط ما تتميز فيه ZK. بالنسبة لطبقة الإجماع، تحتوي وظيفة تحويل الحالة بشكل رئيسي على ثلاثة أجزاء، وهي وظيفة التحويل لكل فتحة (per-slot transition function)، ووظيفة التحويل لكل كتلة (per-block transition function)، ووظيفة التحويل لكل عصر (per-epoch transition function). في هذه الوظائف الثلاثة لتحويل الحالة، تشمل تنفيذ خوارزمية الإجماع والمنطق الخاص بالتكديس، اقتراح الكتلة، التحقق من صحة نتائج طبقة التنفيذ، التحقق من جذر شجرة Merkle، التحقق من توقيع الإجماع / التجميع، حساب دالة التجزئة، والتكديس والاسترداد المتعلقين بالوصول إلى حالة التخزين بالحساب وغيرها من العمليات. تحويل طبقة الإجماع إلى Snark في الواقع يعني تحويل هذه العمليات إلى Snark. يجب ملاحظة أنه في طريق تحويل طبقة الإجماع إلى Snark، لا تزال إثيريوم تعتبر اللامركزية والتنوع أولويتها الرئيسية، لذا لن تلزم ZK الخوارزمية والبروتوكول بالقوة، بل سيتم تحديدها من قبل المقترح نفسه.

مصدر الصورة:

الصعوبات الأساسية: إثبات فوري

لتحقيق رؤية سلسلة Beam ، فإن أصعب التحديات هو زيادة كفاءة الإثبات ، أي كيفية ضغط وقت الإثبات الحالي الذي يستغرق عدة ثوان إلى مستوى الثانية. في ورشة عمل ZK II التي نظمتها AntChain OpenLabs و ZAN و Pharos في 24 سبتمبر ، قدم Justin ، الذي كان ضيفًا ، تقريرًا بعنوان “Realtime Proving”. في ذلك الوقت ، قدم وجهة نظره الأساسية متمثلة في فكرة “ETH 3.0”. 提出了解决性能瓶颈的解决方案. المقترحات الجوهرية له هي تشجيع المجتمع على استخدام طرق التسريع ASIC لإكمال العملية بدون الحاجة إلى آلة افتراضية من توليد الأدلة إلى الإثبات بالكامل على الشريحة ، والتي يمكن أن تزيد أكثر من عشر مرات من وقت توليد الأدلة في السنوات القليلة المقبلة ، لتحقيق إثبات في الوقت الحقيقي.

لمساعدة الأداء والتطبيق بدون معرفة تقنية: نحن دائمًا في الطريق

تعمل AntChain OpenLabs بجد على تسريع ZK Proof باستخدام منصات الأجهزة مثل GPU و FPGA و ASIC، وقد تم تسريع العديد من أنظمة ZK بما في ذلك Polygon ZKEVM Prover و Stone Prover و Halo 2 و Plonky 2، وتم تطوير حلول تسريع FPGA IP و GPU متعددة، وبعض العمليات الأساسية تصل إلى أكثر من مئة مرة في الأداء.

نسبة تسريع أجزاء من المعاملات المعززة بواسطة CUDA في AntChain OpenLabs بالمقارنة بالمعالجات المركزية ، كما هو موضح في الجدول (1).

(الجدول 1)

مقارنة أداء MSM المعزز بوحدة GPU المطورة بواسطة AntChain OpenLabs مع ICICLE مفتوح المصدر (على حد سواء بسعة 4090 غيغابايت) كما هو موضح في الجدول (2).

(الجدول 2)

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

(الجدول 3)

وبالإضافة إلى ذلك، تسعى AntChain OpenLabs أيضًا لاستكشاف تطبيق أدلة بدون معرفة في اتجاه AI+ZK ، باستخدام تقنيات مثل طي المصفوفات ، وبروتوكول Sumcheck ، وتحسين التعاون بين GPU+CPU ، وتنفيذ فعال للمنحنى البيضاوي ، للحصول على حوسبة قابلة للتحقق لنماذج كبيرة. باستخدام أربع وحدات GPU ، تم تقليل زمن إنشاء الرمز المميز لـ zkLLM [4] [5] (الأداء تم اختباره بعد إضافة الوعد والفتح ، وذلك بالنسبة لنموذج LLama-7 B) من 4 ساعات إلى حوالي 18 دقيقة.

تستند AntChain OpenLabs إلى تراكمات GPU المستمرة لتحسين أداء وقابلية التحقق من النماذج الكبيرة للحسابات، والتي تستمر في استبدال وتحسين خطط الالتزام والطي العديد من الحالات وإنشاء العديد من الرموز المميزة، بهدف بناء خدمة للحسابات قابلة للتحقق فعالة وسهلة الاستخدام وصديقة للبيئة للذكاء الاصطناعي، واستكشاف الاتجاهات المحتملة لتطبيقات الدليل بدون معرفة التكنولوجيا بشكل واسع النطاق، وبناء جسر بين Web3 وتطبيقات الذكاء الاصطناعي.

في الوقت نفسه ، واجهت AntChain OpenLabs التحديات التي يشكلها الكمبيوتر الكمي ، وقامت بالتحقيق النشط ، وقامت بتعديل مكتبة تشفير ما بعد الكم الخاصة بها بناءً على OpenSSL [6] ، والتي تدعم العديد من معايير NIST لما بعد الخوارزمية الكمية. وفي الوقت نفسه ، لمواجهة مشكلة تضخم التخزين بأكثر من 40 مرة للتوقيعات ما بعد الكم مقارنة بـ ECDSA ، تمكن الإجماع وتحسين قراءة الذاكرة في الوقت المنخفض من تحقيق TPS المقاومة للكم الذي يمكن أن يصل إلى حوالي 50٪ من السلسلة الأصلية.

الجدير بالمتابعة، أن استكشاف التقنيات المذكورة قد تم تطبيقه في حل تسارع البرامج الثابتة والعتادية Power Zebra () الذي تم إطلاقه بواسطة ZAN، والذي يستهدف تسريع وتحسين عمليات العديد من معاملات الاستدلال بدون معرفة، بما في ذلك ضرب النقاط المتعددة MSM، وتحويل عدد نظري NTT، وحلول متعددة للمعادلات H، وإثبات فتح المعادلات، بالإضافة إلى عدة مكونات رئيسية أخرى، مستفيدًا بشكل كامل من موارد الحساب وعرض النطاق التخزيني لـ GPU وعرض النطاق PCIe، مما يؤدي إلى تحسين كبير في كفاءة العمليات. وبعد تقديم حل تسريع البرامج الثابتة والعتادية Power Zebra من ZAN، لقد شهدت أداء الحسابات بوحدة معالجة الرسومات GPU زيادة تجاوزت 20%، وهو رقم قياسي جديد يتم تسجيله في الخدمات المماثلة بالمجتمع.

توقع

لقد تركزت مجتمعات الإثيريوم لفترة طويلة على تحسينات الطبقة التنفيذية، بما في ذلك زيادة BlockGasLimit و L2s وغيرها من الاستراتيجيات. وقد تم Snarkification للطبقة التنفيذية منذ فترة طويلة في خارطة الطريق ‘Rollup Centric’ من خلال L2، وقد حققت نجاحًا كبيرًا. بينما فتحت فكرة Beam Chain أبواب Snarkification للطبقة الالتزامية. نعتقد أنه مع ظهور Beam Chain، سيقود ويحفز المجتمع للتركيز على تحويل الالتزام وتقديم المزيد من الأفكار المثيرة.

يمكن تصور أن Snarkification لطبقة التوافق وطبقة التنفيذ سيكتمل معًا ، وستساهم في إكمال اللغز النهائي لتشتيت Ethereum ، وتعزيز قدرة ETH على التوسع واللامركزية بشكل كبير. في الوقت نفسه ، مع تقدم مقترح Beam Chain ، ستلعب الآلة الافتراضية المعتمدة على تكنولوجيا الدليل بدون معرفة دورًا أساسيًا في البيئة الإيكولوجية لـ ETH. من خلال إدخال إثبات SNARK وعلم المعلومات بعد الكم ، بالإضافة إلى عتبة أقل للتكديس ووقت تأكيد كتلة أسرع ، ستوفر Beam Chain المزيد من اللامركزية والأداء الأعلى لـ ETH.

المراجع

[ 1 ]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]