¿Cómo resolver el problema de rendimiento de ETH 3.0? Un artículo revela la tecnología ZK detrás de la ruptura y el plan de actualización.

Beam Chain: “Ethereum 3.0”

La conferencia Devcon 2024, que acaba de concluir, fue muy animada, con la reunión de la comunidad de Ethereum en Bangkok. Durante este período, Ethereum y proyectos relacionados presentaron avances y novedades significativas, lo que encendió la Web3 global con una serie de nuevas ideas, tendencias y planes.

Lo que más impresiona es el plan de propuesta de ‘ETH 3.0’ presentado por Justin Drake, investigador de la Fundación ETH.

Propuso una propuesta para actualizar la capa de Consenso, Beam Chain [1], que la comunidad llama “ETH Square 3.0”. La idea central es reducir la carga computacional y de comunicación del validador con Prueba de conocimiento cero, y Soltar para convertirse en el umbral requerido para el validador, de modo que más validadores puedan unirse a la red para aumentar la seguridad, reducir la redundancia informática y mejorar la eficiencia general de la red. Además, Justin también quiere aprovechar la oportunidad de la transformación Snark de la capa Consenso para resolver la deuda técnica dejada por la cadena Beacon debido a las limitaciones de los tiempos, y prepararse para las necesidades futuras de seguridad resistente a la cuántica.

En el roadmap de Vitalik en The Verge, la Snarkificación de ETH es un trabajo importante, que incluye la transformación de la capa de consenso y la capa de ejecución a Prueba de conocimiento cero. En la última interpretación de Vitalik [2], Vitalik admite que el trabajo de transformación en la capa de consenso es un desafío que necesita ser considerado y optimizado continuamente en el trabajo futuro. La propuesta de Beam Chain puede considerarse como una respuesta de Vitalik a cómo Snarkificar la capa de consenso.

Beam Chain solo sigue la capa de Consenso. Pero snarkificar la capa de Consenso no significa que se modifiquen todas las partes. El núcleo de la cadena es la función de transición de estado, por lo que solo es necesario snarkificar la función de transición de estado, que es precisamente lo que ZK hace mejor. Para la capa de Consenso, la función de transición de estado consta principalmente de tres partes: la función de transición por ranura, la función de transición por bloque y la función de transición por época. En estas tres funciones de transición de estado se incluyen la ejecución del Algoritmo de Consenso y la lógica de stake, las propuestas de bloque, la verificación de la corrección de los resultados de la capa de ejecución, la verificación de la raíz del árbol de Merkle, la verificación / agregación del Consenso, el cálculo de la función hash, las operaciones de stake y redención de cuenta y el acceso al estado de almacenamiento. Snarkificar la capa de Consenso es, de hecho, snarkificar las operaciones anteriores. Es importante tener en cuenta que en el proceso de snarkificación de la capa de Consenso, Ethereum seguirá priorizando la Descentralización y la diversidad, por lo que no se exigirá el Algoritmo y protocolo ZK, sino que será elección del proponente.

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Desafío principal: Prueba en tiempo real

Para lograr la visión de Beam Chain, el punto más crítico es mejorar la eficiencia de la prueba, es decir, cómo comprimir el tiempo de prueba actual de decenas o incluso cientos de segundos a segundos. En el ZK Workshop II [3] celebrado el 24 de septiembre de este año por AntChain OpenLabs, ZAN y Pharos, el invitado Justin compartió un informe titulado “Realtime Proving”, en el que planteó puntos de vista centrales afines al concepto de “ETH 3.0” y propuso soluciones para abordar los cuellos de botella de rendimiento. Anima a la comunidad a utilizar métodos de aceleración ASIC para completar el proceso completo desde la generación de pruebas hasta la demostración en el chip, y espera aumentar más de diez veces el tiempo de generación de pruebas en los próximos años, lo que realmente permitirá lograr Realtime Proving.

Impulsando el rendimiento y la aplicación de la tecnología de Prueba de Conocimiento Cero: estamos en constante progreso

AntChain OpenLabs se ha dedicado a acelerar las pruebas de conocimiento cero (ZK) utilizando plataformas de hardware como GPU, FPGA y ASIC, acelerando varios sistemas ZK, incluidos Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 y Plonky 2. Se han desarrollado múltiples soluciones de aceleración FPGA IP y GPU, logrando una aceleración de más de cien veces en algunos operadores clave.

AntChain OpenLabs basado en la aceleración de ciertos operadores mediante CUDA en comparación con la aceleración obtenida por la CPU, como se muestra en la tabla (一).

(Tabla 1)

Comparación de rendimiento entre MSM acelerado por GPU implementado por AntChain OpenLabs y ICICLE de código abierto (ambos con 4090 GPU), como se muestra en la tabla (dos).

( Tabla 2 )

Comparación de rendimiento de la GPU acelerada Circle FFT implementada por AntChain OpenLabs y Stwo Prover en CPU de 16 núcleos, como se muestra en la tabla (tres).

( Tabla tres )

Además, AntChain OpenLabs también se compromete a explorar la aplicación de Prueba de conocimiento cero, en el ámbito de AI+ZK, en la verificación de cálculos de grandes modelos, utilizando tecnologías como la multiplicación de matrices plegables de diseño propio, la optimización conjunta de GPU+CPU del protocolo Sumcheck, la implementación eficiente de curvas elípticas, etc. Bajo 4 GPU, el tiempo de generación inicial de tokens de zkLLM [ 4 ][ 5 ] (pruebas realizadas después de incluir compromisos y aperturas, rendimiento probado en el modelo LLama-7 B) se redujo de 4 horas a aproximadamente 18 minutos.

AntChain OpenLabs se basa en la acumulación de GPU para optimizar continuamente el rendimiento y la disponibilidad del cálculo verificable de modelos grandes. También se esfuerza constantemente en la sustitución y optimización de planes de compromiso, el plegado de múltiples instancias, y la generación de pruebas de múltiples tokens. El objetivo es construir un servicio de cálculo verificable eficiente, fácil de usar y respetuoso con el ecosistema de IA, para explorar posibles direcciones para la aplicación a gran escala de la tecnología de Prueba de Conocimiento Cero y construir un puente entre Web3 y las aplicaciones de IA.

Al mismo tiempo, frente a la amenaza de Computadora cuántica, AntChain OpenLabs también ha estado explorando activamente, y ha transformado una biblioteca de contraseñas de post-cuántico basada en OpenSSL [6], que admite varios estándares posteriores de Algoritmo cuántico de NIST. Al mismo tiempo, frente al problema de inflación de almacenamiento de más de 40 veces de las firmas post-cuánticas en comparación con ECDSA, a través del proceso de Consenso y la optimización de lectura de memoria de baja latencia, la resistencia cuántica del blockchain TPS puede alcanzar alrededor del 50% del blockchain original.

Vale la pena seguir, la exploración tecnológica anterior se ha implementado en la solución de aceleración de hardware y software Power Zebra () lanzada por ZAN, que acelera y optimiza los operadores comunes en la prueba de conocimiento cero, incluidos MSM de multiplicación de varios escalares, NTT de transformación numérica, resolución de polinomios H, prueba de apertura de polinomios y muchos otros componentes clave, aprovechando al máximo los recursos de cálculo, ancho de banda de almacenamiento y ancho de banda PCIe de la GPU, lo que mejora significativamente la eficiencia de las operaciones. Anteriormente, la comunidad Código abierto zkWASM Delphinus Lab, después de introducir la solución de aceleración de hardware y software Power Zebra de ZAN, mejoró el rendimiento de cálculo de GPU en más del 20%, estableciendo el récord más alto de servicios similares en la comunidad.

Previsión

Durante mucho tiempo, la comunidad de Ethereum se ha centrado principalmente en optimizaciones en la capa de ejecución, como mejorar el BlockGasLimit, L2 y otras estrategias. Entre ellas, la Snarkificación en la capa de ejecución ya ha realizado la mayor parte del trabajo en la hoja de ruta centrada en Rollup a través de L2, con resultados significativos. La idea de Beam Chain abre la puerta a la Snarkificación en la capa de Consenso. Con la presentación de Beam Chain, creemos que guiará e inspirará a la comunidad a centrarse en la transformación de la capa de Consenso, trayendo consigo más ideas emocionantes.

Se puede anticipar que la Snarkificación de la capa de consenso y la capa de ejecución completarán juntas el rompecabezas final de la Snarkificación de Ethereum, lo que contribuirá enormemente a la escalabilidad y descentralización de ETH. Al mismo tiempo, con el avance de la propuesta de Beam Chain, la Máquina virtual basada en la tecnología de Prueba de conocimiento cero jugará un papel central en el ecosistema de ETH. Mediante la introducción de pruebas SNARK y criptografía post-cuántica, junto con una barrera de entrada más baja en el staking y tiempos de confirmación de bloque más rápidos, Beam Chain traerá una mayor descentralización y un mayor rendimiento a ETH.

Referencias

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