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

Beam Chain: “Ethereum 3.0”

Недавно завершившаяся конференция 2024 Devcon была очень оживлена, экосистема Ethereum собралась в Бангкоке, где проекты Ethereum и связанные с ними проекты представили свои последние достижения и новости, зажигая новые взгляды, тенденции и планы по всему миру веб-3.

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

Он предложил обновление уровня соглашения, которое сообщество называет “ETH 3.0”, - Beam Chain [1]. Его основная идея заключается в том, чтобы через Доказательство с нулевым разглашением снизить вычислительную и коммуникационную нагрузку Валидатора, Падение порога, необходимого для Валидатора, чтобы больше Валидаторов могли присоединиться к сети, увеличивая тем самым безопасность, снижая избыточные вычисления и повышая общую эффективность сети. Кроме того, Джастин также хочет воспользоваться возможностью преобразования Snark уровня соглашения, чтобы решить технический долг, оставшийся в Beacon цепи из-за временных ограничений, и подготовиться к будущим потребностям в защите от квантовых вычислений.

В дорожной карте Виталика на The Verge SNARKification ETH является одной из важных задач, которая включает модификацию уровней согласования и выполнения с нулевым разглашением. В последней интерпретации Виталика [2], Виталик признает, что модификация уровня согласования является вызовом, который требует непрерывного рассмотрения и оптимизации в последующей работе. Предложение Beam Chain можно рассматривать как ответ Виталика на то, как сделать уровень согласования SNARKification.

Beam Chain только следуетСоглашениеУровень. Но преобразование Уровня соглашения в Snark не означает преобразование всех его частей. Ядро блокчейна - функция перехода состояния (State Transition Function), поэтому для его изменения достаточно просто сделать Snark функцию перехода состояния, а это как раз то, в чем ZK хорошо разбирается. Для Уровня соглашения функция перехода состояния в основном включает три части: функцию перехода состояния на каждом слоте, функцию перехода состояния на каждом блоке и функцию перехода состояния на каждой эпохе. В этих трех функциях перехода состояния включеныАлгоритм согласия и логика стейкинга, предложение блока, проверка правильности результатов исполнения, подтверждение корневого хэша Merkle Tree, подпись/агрегация согласия, вычисление хэш-функции, операциизастейкать и выкуп счетов, связанные с доступом к хранимому состоянию и т. д. Чтобы преобразовать Уровень соглашения в Snark, фактически нужно просто преобразовать вышеприведенные операции в Snark. Следует отметить, что при преобразовании Уровня соглашения в Snark Ethereum по-прежнему придерживается цели децентрализации и разнообразия, поэтому она не обязательно требует ZK Алгоритм и Протокол, а оставляет выбор за Предложителем.

Источник изображения:

Основные трудности: Realtime Proving

Для реализации концепции Beam Chain наиболее сложной задачей является повышение эффективности доказательства, то есть сжатие времени доказательства с нескольких десятков или сотен секунд до уровня в секунды. На второй мастерской ZK, организованной AntChain OpenLabs, ZAN и Pharos 24 сентября, гость Justin представил доклад с названием «Реальное доказательство», в котором он предложил решение для преодоления узкого места производительности, продолжая идею «ETH 3.0». Он предложил использовать метод ускорения с помощью ASIC, полностью выполнять процесс генерации доказательства от генерации доказательства до генерации доказательства на микросхеме, что в будущие годы позволит увеличить время генерации доказательства более чем в 10 раз и действительно реализовать реальное доказательство.

Поддержка производительности и применения технологии доказательств нулевого разглашения: мы всегда на пути

AntChain OpenLabs постоянно работает над ускорением доказательства ZK с использованием аппаратных платформ, таких как GPU, FPGA, ASIC. Были ускорены различные системы ZK, включая Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 и Plonky 2, созданы несколько решений для ускорения FPGA IP и GPU, некоторые основные операторы достигли ускорения более чем в сто раз.

Отношение ускорения некоторых операторов, ускоренных с использованием CUDA, к относительному ускорению операторов, полученных на ЦП, как показано в таблице (1).

(Таблица 1)

Сравнение производительности GPU-ускоренного MSM, разработанного AntChain OpenLabs, с ICICLE, выполненным в открытом исходном коде (оба на 4090G PU), см. Таблицу (две).

(Таблица 2)

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

( Таблица третья )

Кроме того, AntChain OpenLabs также стремится исследовать применение zk-SNARKs в области больших верифицируемых вычислений в направлении AI+ZK, используя собственное разработанное умножение матриц Folding, Sumcheck Протокол для совместной оптимизации GPU+CPU, эффективную реализацию эллиптических кривых и другие технологии. На 4 GPU время генерации первого токена zkLLM [4][5] (оригинальная реализация не включает обязательство и открытие, производительность тестировалась после добавления обязательства и открытия, для модели LLama-7 B) сократилось с 4 часов до примерно 18 минут.

AntChain OpenLabs, основанный на аккумуляции в области графических процессоров, непрерывно оптимизирует производительность и доступность проверяемых вычислений больших моделей, усердно работает над заменой и оптимизацией схем обязательств, многократным фолдингом, генерацией множества токенов, с целью создания эффективного, удобного и экологически чистого сервиса проверяемых вычислений, который может проложить путь к масштабному применению технологии доказательства с нулевым разглашением и стать мостом между веб-3 и приложениями искусственного интеллекта.

Одновременно с борьбой с угрозой от квантовых компьютеров, AntChain OpenLabs также активно исследует и модернизирует библиотеку паролей на базе OpenSSL [6] для последующей квантовой версии, поддерживающую несколько стандартов NIST для квантовых алгоритмов. Чтобы решить проблему хранения, вызванную увеличением размера подписи более чем в 40 раз по сравнению с ECDSA, AntChain OpenLabs использует процесс согласования и оптимизацию чтения памяти с низкой задержкой для обеспечения TPS защищенного от квантовых вычислений, который достигает около 50% от исходной цепочки.

Следует отметить, что вышеуказанные технологические исследования уже были применены в программно-аппаратном ускорителе Power Zebra () от ZAN, который оптимизирован для ускорения и оптимизации часто используемых операторов Доказательства с нулевым разглашением, включая множественное скалярное произведение MSM, арифметику по модулю NTT, решение полиномов H и открытие доказательств полиномов. В этом ускорителе полностью используются ресурсы вычислительных мощностей GPU, пропускной способности памяти и шины PCIe, что значительно повышает эффективность вычислений. Ранее сообщество Delphinus Lab открытого исходного кода zkWASM после внедрения программно-аппаратного ускорителя Power Zebra от ZAN получило увеличение производительности GPU более 20%, установив тем самым новый рекорд в этой области.

Предвидение

Долгое время сообщество Ethereum сосредотачивалось на оптимизации исполнительного уровня, включая увеличение BlockGasLimit и стратегии L2. В рамках этого, Snark-выполнение на уровне исполнения было реализовано с помощью L2 в основном в рамках маршрутной карты ‘Rollup Centric’, что дало значительные результаты. Идея Beam Chain открыла двери для Snark-выполнения на уровне Соглашения. Я уверен, что с появлением Beam Chain сообщество будет стимулировано сосредоточить свое внимание на оптимизации уровня Соглашения и принести более захватывающие идеи.

Можно ожидать, что Snark на уровне согласия и выполнения вместе завершат окончательную картину Ethereum Snark, внесут огромный вклад в масштабируемость Ethereum и Децентрализация. В то же время, с развитием предложения по Beam Chain, Виртуальная машина на основе технологии Доказательство с нулевым разглашением будет играть ключевую роль в экосистеме Ethereum. Путем внедрения SNARK-доказательств и квантовой криптографии, с сочетанием более низкого порога застейкать и более быстрого времени подтверждения Блок, Beam Chain принесет Ethereum большую Децентрализация и производительность.

Ссылки

[ 1 ]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]