Comment ETH 3.0 résout-il les problèmes de performance ? Un article révèle les percées technologiques et les plans de mise à niveau derrière la technologie ZK.

Chaîne Beam: « Ethereum 3.0 »

Le récent 2024 Devcon s’est terminé dans une ambiance animée, avec l’écosystème Ethereum se réunissant à Bangkok. Pendant cet événement, Ethereum et les projets connexes ont annoncé d’importantes avancées et actualités, suscitant de nouveaux points de vue, tendances et plans pour enflammer le Web3 mondial.

Ce qui est particulièrement impressionnant, c’est le plan de proposition “Ethereum 3.0” publié par Justin Drake, chercheur à la fondation Ethereum.

Il a présenté une proposition de mise à niveau de la couche de consensus appelée “ETH 3.0” par la communauté - Beam Chain [1]. L’idée principale est la suivante : réduire la charge de calcul et de communication des validateurs à l’aide de preuves de connaissance nulle, baisser le seuil requis pour les validateurs, permettant à davantage de validateurs de rejoindre le réseau pour renforcer la sécurité, réduire la redondance des calculs et améliorer l’efficacité globale du réseau. En outre, Justin souhaite profiter de l’opportunité de transformer la couche de consensus en Snark pour résoudre la dette technologique laissée par les limites de l’époque dans le réseau Beacon et se préparer aux futures exigences de sécurité quantique.

Dans la feuille de route de Vitalik pour The Verge, la Snarkification d’ETH est l’un des travaux importants, comprenant la transformation de la couche de consensus et de la couche d’exécution en preuve de connaissance nulle. Dans sa dernière interprétation [2], Vitalik reconnaît que la transformation de la couche de consensus est un défi qui nécessite une réflexion continue et une optimisation dans les travaux ultérieurs. La proposition de Beam Chain peut être considérée comme une réponse de Vitalik à la façon de Snarkifier la couche de consensus.

Beam Chain ne concerne que la couche de Consensus. Cependant, Snarkification de la couche de Consensus ne signifie pas nécessairement une refonte de toutes les parties. Le cœur de la chaîne de Bloc est la fonction de transition d’état, il suffit donc de Snarkifier la fonction de transition d’état, ce qui est précisément ce que ZK excelle. Pour la couche de Consensus, la fonction de transition d’état comprend principalement trois parties, à savoir la fonction de transition par slot, la fonction de transition par bloc et la fonction de transition par époque. Dans ces trois fonctions de transition d’état, il y a l’exécution de l’Algorithme de consensus et de la logique de Stake, la proposition de Bloc, la vérification de la correction des résultats de la couche d’exécution, la vérification de la racine de l’arbre de Merkle, la vérification / l’agrégation de la signature de Consensus, le calcul de la fonction de hachage, les opérations de Stake et de rachat des comptes, etc. Snarkifier la couche de Consensus revient en fait à Snarkifier les opérations susmentionnées. Il est important de noter que dans la voie de la Snarkification de la couche de Consensus, Ethereum continuera de mettre l’accent sur la Décentralisation et la diversité, et ne forcera pas l’utilisation de l’Algorithme de ZK et du protocole, laissant le choix au Proposer.

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Point clé : Realtime Proving

Pour réaliser la vision de Beam Chain, le point le plus crucial est l’amélioration de l’efficacité de la preuve, c’est-à-dire comment compresser le temps de preuve actuel de plusieurs dizaines voire centaines de secondes en secondes. Lors du ZK Workshop II [3] organisé le 24 septembre de cette année par AntChain OpenLabs, ZAN et Pharos, l’invité Justin a partagé un rapport intitulé “Preuve en temps réel”, dans lequel il a présenté des points de vue essentiels qui font écho à la vision d’“Ethereum 3.0”, proposant des solutions pour résoudre les goulots d’étranglement de performance. Il encourage la communauté à utiliser des méthodes d’accélération ASIC pour achever le processus complet de génération de preuves de connaissance nulle dans la machine virtuelle, ce qui permettra d’augmenter le temps de génération de preuves de plus de dix fois dans les années à venir, permettant ainsi une véritable preuve en temps réel.

Donner un coup de pouce aux performances et à l’application de la technologie de preuve de connaissance zéro: nous sommes toujours en route

AntChain OpenLabs s’est toujours engagé à accélérer les preuves ZK à l’aide de plates-formes matérielles telles que les GPU, les FPGA, les ASIC, etc., accélérant ainsi divers systèmes ZK, notamment Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 et Plonky 2, et formant plusieurs solutions d’accélération FPGA IP et GPU, certains opérateurs clés atteignant un rapport d’accélération de plus de cent fois.

AntChain OpenLabs relative acceleration of some operators based on CUDA compared to CPU, as shown in Table (1).

(Tableau 1)

Comparaison des performances de l’accélération GPU MSM développée par AntChain OpenLabs et de l’ICICLE Open Source (tous deux avec une PU de 4090G), comme indiqué dans le tableau (deux).

( Tableau 2 )

Comparaison de performance entre l’accélération GPU Circle FFT implémentée par AntChain OpenLabs et Stwo Prover Open Source sur CPU à 16 cœurs, comme indiqué dans le tableau (trois).

( Tableau 3 )

De plus, AntChain OpenLabs s’engage également dans l’exploration de l’application de la preuve de connaissance nulle (Zéro Knowledge Proof). Dans le domaine de l’IA + ZK, il utilise des techniques telles que le pliage de multiplication de matrices (Folding), le protocole de vérification de somme (Sumcheck protocole) optimisé en collaboration avec GPU+CPU, une mise en œuvre efficace des courbes elliptiques, etc. Avec 4 GPU, le temps de génération du premier jeton de zkLLM [ 4 ][ 5 ] (la performance est testée après l’ajout de l’engagement et de l’ouverture, en se concentrant sur le modèle LLama-7 B) est réduit de 4 heures à environ 18 minutes.

AntChain OpenLabs améliore continuellement les performances et la disponibilité de la vérification des calculs de grands modèles grâce à l’accumulation de connaissances en matière de GPU, et continue de s’engager dans le remplacement et l’optimisation des solutions d’engagement, le pliage multi-instance, la génération de preuves multi-token, dans le but de construire un service de calcul vérifiable efficace, convivial et respectueux de l’écosystème de l’IA, pour explorer les possibilités d’application à grande échelle de la technologie de preuve de connaissance nulle et construire un pont entre Web3 et les applications d’IA.

En réponse à la menace de l’Ordinateur quantique, AntChain OpenLabs a également entrepris des recherches actives et a transformé une bibliothèque de chiffrement en une version post-quantique basée sur OpenSSL [6], prenant en charge plusieurs algorithmes quantiques conformes aux normes NIST. Face au problème de dilatation de stockage de plus de 40 fois par rapport à ECDSA pour les signatures post-quantiques, le processus de consensus et l’optimisation de la lecture mémoire à faible latence permettent d’atteindre un TPS pour la blockchain résistant aux quantiques d’environ 50% de la chaîne d’origine.

Ce qui mérite d’être suivi, c’est que les explorations technologiques ci-dessus ont été mises en œuvre dans la solution d’accélération matérielle et logicielle Power Zebra () lancée par ZAN. Cette solution accélère et optimise les opérations couramment utilisées dans la preuve à zéro connaissance, telles que le produit de points à plusieurs scalaires MSM, la transformation arithmétique NTT, la résolution de polynômes H, la preuve d’ouverture de polynômes, etc. Elle exploite pleinement les ressources de calcul, de bande passante de stockage et de bande passante PCIe du GPU, ce qui permet d’obtenir une efficacité de calcul considérablement améliorée. Auparavant, après l’introduction de la solution d’accélération matérielle et logicielle Power Zebra de ZAN par la communauté open source zkWASM Delphinus Lab, les performances de calcul du GPU ont augmenté de plus de 20%, établissant ainsi le record le plus élevé de services similaires dans la communauté.

Prévoir

Depuis longtemps, la communauté Ethereum s’est principalement concentrée sur l’optimisation de la couche d’exécution, y compris des stratégies telles que l’augmentation du BlockGasLimit et L2. Parmi celles-ci, la Snarkification de la couche d’exécution a déjà accompli la majeure partie du travail grâce à L2 dans la feuille de route de « Rollup Centric », ce qui a été très bénéfique. L’idée de Beam Chain ouvre la porte à la Snarkification de la couche de consensus. Avec la proposition de Beam Chain, nous croyons qu’elle guidera et stimulera la communauté à se concentrer davantage sur la transformation de la couche de consensus, apportant ainsi de nombreuses idées passionnantes.

On peut anticiper que la Snarkification des couches de consensus et d’exécution, complétée conjointement avec la Snarkification d’Ethereum, contribuera de manière significative à l’extensibilité et à la Décentralisation d’ETH. Parallèlement, avec l’avancement de la proposition Beam Chain, la Machine virtuelle basée sur la technologie de preuve de connaissance nulle jouera un rôle central dans l’écosystème d’ETH. En introduisant des preuves SNARK et la cryptographie post-quantique, combinées à des seuils de staking plus bas et des temps de confirmation de Bloc plus rapides, Beam Chain apportera une Décentralisation renforcée et des performances accrues à ETH.

Références

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