ETH 3.0 Как преодолеть проблему производительности? Статья раскрывает прорыв технологии ZK и планы по обновлению.

Автор: ZAN

Beam Chain: “Ethereum 3.0”

Недавно завершившаяся конференция 2024 Devcon была очень оживленной, экосистема Ethereum собралась в Бангкоке, и связанные с ней проекты представили свои последние достижения и изменения, зажигая новые взгляды, новые тенденции и новые планы по всему миру веб-приложений 3.0.

Особенно запоминающимся является план предложения «ETH 3.0», опубликованный исследователем Фонда Ethereum Джастином Дрейком.

Он предложил обновление консенсусного уровня, которое сообщество называет «ETH 3.0», - Beam Chain.[1]。 Основная идея состоит в том, чтобы снизить вычислительную и коммуникационную нагрузку валидаторов с помощью доказательств с нулевым разглашением, снизить порог, необходимый для того, чтобы стать валидаторами, и позволить большему количеству валидаторов присоединиться к сети для повышения безопасности, уменьшения вычислительной избыточности и повышения общей эффективности сети. Кроме того, Джастин также хочет воспользоваться возможностью снаркизации уровня консенсуса, чтобы решить технический долг, оставленный цепочкой Beacon из-за ограничений времени, и подготовиться к будущим потребностям квантово-устойчивой безопасности.

В дорожной карте The Verge Vitalik’a одним из важных элементов является превращение ETH в Снарк (SNARKification), которое включает в себя модификацию доказательства с нулевым разглашением для уровня согласия и уровня исполнения. В последнем изложении Виталика [2], Виталик откровенно говорит, что работа по трансформации уровня согласия является вызовом и требует постоянного рассмотрения и оптимизации в последующей работе. Предложение Beam Chain можно рассматривать как ответ Виталика на то, как сделать уровень согласия более эффективным с использованием zk-SNARKs.

Beam Chain только следует Соглашение слой. Но преобразование в Snark Соглашение слоя не означает, что все части будут изменены. Основа блокчейна - функция перехода состояния (State Transition Function), поэтому для его изменения достаточно просто преобразить функцию перехода состояния в Snark, что и является сильной стороной ZK. Для Соглашение слоя функция перехода состояния включает три основные части: функция перехода для слота, функция перехода для блока и функция перехода для эпохи. В этих трех функциях перехода состояния включены выполнение Соглашение и логика стейкинга, предложение блока, проверка правильности результатов выполнения уровня, проверка корня дерева Merkle, проверка подписи / агрегации соглашения, вычисление хэш-функции, операции стейкинга и погашения, связанные с доступом к хранилищу счетов и т. д. Преобразовать Соглашение слоя в Snark, на самом деле означает просто преобразовать указанные операции в Snark. Следует отметить, что в стратегии преобразования Соглашение слоя в Snark Ethereum по-прежнему придает первостепенное значение Децентрализация и разнообразие, поэтому не требует обязательного использования ZK Алгоритм и Протокол, а оставляет выбор за Proposer.

Источник изображения:

Основной трудностью является: Realtime Proving

Для реализации концепции Beam Chain самой сложной проблемой является повышение эффективности доказательства, то есть как сжать время доказательства, которое сейчас составляет десятки и даже сотни секунд, до уровня секунд. На ZK Workshop II, который состоялся 24 сентября, совместно организованном AntChain OpenLabs, ZAN и Pharos, обсуждались эти вопросы.[3]На конференции Джастин представил доклад с названием «Realtime Proving», в котором выдвинул ключевые идеи, согласующиеся с концепцией «Ethereum 3.0», и предложил решение проблемы производительности. Он призвал сообщество использовать метод ускорения с помощью ASIC, чтобы на чипе завершать весь процесс генерации доказательства нулевого разглашения, начиная с генерации доказательства и заканчивая самим доказательством. В ближайшие годы это позволит увеличить скорость генерации доказательства более чем в десять раз, что действительно позволит достичь Realtime Proving.

Для технологии нулевого разглашения производительности и применения: мы всегда находимся в пути

AntChain OpenLabs всегда стремится ускорять доказательства ZK с использованием аппаратных платформ, таких как GPU, FPGA, ASIC и т.д. Это позволяет ускорить множество систем ZK, включая Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 и Plonky2, создав несколько решений для ускорения FPGA IP и GPU, где некоторые ключевые операции достигают ускорения более чем в сто раз.

AntChain OpenLabs основан на ускорении части операторов с использованием CUDA по сравнению с ускорением, полученным на ЦП, как показано на таблице (1).

( Таблица один )

Сравнение производительности GPU-ускоренного MSM, реализованного AntChain OpenLabs, и ICICLE с открытым исходным кодом (оба на 4090GPU), как показано в таблице (два).

( Табл. 2 )

Сравнение производительности GPU-ускоренного Circle FFT, реализованного AntChain OpenLabs, с производительностью Stwo Prover на 16-ядерном процессоре, как показано в таблице (три).

( Таблица 3 )

Кроме того, AntChain OpenLabs также стремится исследовать приложения с нулевым разглашением в направлении AI+ZK, используя технологии, такие как Folding и Sumcheck Протокол для верификации больших моделей вычислений, оптимизацию совместной работы GPU+CPU и эффективную реализацию эллиптических кривых на 4 GPU с zkLLM.[4][5]Время генерации первого токена (в оригинальной реализации без обязательств и открытий, производительность в тестах после добавления обязательств и открытий для модели LLama-7B) сократилось с 4 часов до примерно 18 минут.

AntChain OpenLabs постоянно улучшает производительность и доступность проверки больших моделей, основанных на GPU, и продолжает работать над заменой и оптимизацией схем обязательств, многократным созданием маркеров, а также созданием множественных экземпляров, с целью создания эффективного, удобного и экологически-дружелюбного сервиса проверки вычислений. Это позволит определить возможные направления масштабного применения технологии с нулевым разглашением и создать связь между приложениями Web3 и искусственным интеллектом.

Одновременно, столкнувшись с угрозой Квантового компьютера, AntChain OpenLabs также активно исследует возможности на основе OpenSSL[6]Была создана модифицированная версия криптографической библиотеки после квантовых вычислений, которая поддерживает несколько стандартных алгоритмов после квантовых вычислений NIST. В то же время, с учетом проблемы хранения, которая в 40 раз больше, чем у ECDSA, в отношении подписания после квантовых вычислений, с помощью процесса консенсуса и оптимизации чтения памяти с низкой задержкой, TPS блокчейна, устойчивого к квантовым вычислениям, может достигать около 50% от исходной цепочки.

Следует отметить, что вышеупомянутые технические исследования уже были реализованы в интегрированной программно-аппаратной системе Power Zebra, разработанной ZAN. Эта система обеспечивает ускорение и оптимизацию операторов, которые широко используются в протоколе доказательства с нулевым разглашением, включая множественное точечное умножение MSM, арифметическое преобразование NTT, решение многочленов H и подтверждение открытия многочленов. Power Zebra полностью использует вычислительные ресурсы GPU, пропускную способность хранения и PCIe, что значительно повышает эффективность вычислений. Ранее сообщество Delphinus Lab, разработчик кода zkWASM с открытым исходным кодом, после внедрения интегрированной программно-аппаратной системы Power Zebra от ZAN, увеличило производительность вычислений на GPU на более чем 20%, установив новый рекорд в среде сообщества.

Предвидеть

На протяжении долгого времени сообщество Ethereum сосредотачивалось на оптимизации исполнительного слоя, включая стратегии, такие как увеличение BlockGasLimit, L2 и т. д. В этом контексте, Snark-фикация исполнительного слоя уже давно была осуществлена с помощью L2 в рамках дорожной карты Rollup Centric, и она показала отличные результаты. Идея Beam Chain открывает двери для Snark-фикации Соглашение слоя. Я уверен, что с появлением Beam Chain сообщество будет вдохновлено и направит свое внимание на модернизацию Соглашение слоя, что приведет к более захватывающим идеям.

Можно предположить, что снарк-слой и исполнительный слой вместе завершат окончательную головоломку по снарк-изданию Ethereum, внесут огромный вклад в масштабируемость Ethereum и децентрализацию. В то же время, с развитием предложения Beam Chain, виртуальная машина на основе технологии zero-knowledge proof будет играть ключевую роль в экосистеме Ethereum. С помощью введения доказательства снарк и квантовой криптографии, совместно с более низким порогом застейки и более быстрым подтверждением блока, Beam Chain принесет Ethereum более высокую децентрализацию и производительность.

Ссылки

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]