ETH 3.0 як пробити перформансні проблеми? Стаття розкриває прорив технології ZK та плани оновлення за кулісами

Ланцюг Beam: “Етерум 3.0 ”

Щойно завершений 2024 рік Devcon конференція, яка була дуже жвавою, екосистема Ethereum зібралася в Бангкоку, а проекти, пов’язані з Ethereum, в цей час оголосили низку новин і оновлень, які запалюють глобальну Web3 новими ідеями, тенденціями та планами.

Особливо вражаючим є план “ETH 3.0”, який був опублікований дослідником Фонду ETH Джастіном Дрейком.

Він запропонував оновлення консенсусного шару, яке громада називає “ETH 3.0” - Beam Chain [1]. Його основна ідея полягає в зменшенні обчислювального та комунікаційного навантаження на валідатора, що досягається за допомогою нульових доведень, що дозволяє знизити поріг для становлення валідатором, забезпечуючи більше валідаторів для забезпечення безпеки і покращення ефективності мережі. Крім того, Джастін хоче використати можливість трансформувати консенсусний шар у Snark для вирішення технічних заборгованостей, залишених у ланцюжку Бікон через обмеження епохи, і готуватися до майбутнього попиту на квантово-стійкість.

У планах Віталіка з The Verge Snarkification (SNARKification) ETH-блокчейну - важлива робота, яка включає перетворення шару консенсусу та виконавчого шару з Доказом нульового розголошення. В останньому поясненні Віталіка [2], він визнає, що робота з перетворенням шару консенсусу є викликом, який потребує постійного врахування та оптимізації в подальшій роботі. Пропозиція Beam Chain може бути сприйнята як відповідь Віталіка на питання про те, як зробити консенсусний шар Snarkification.

Beam Chain є лише шаром Консенсусу. Однак перетворення Консенсусного шару у Snark не означає перетворення всіх його частин. Ядром блокчейну є функція переходу в стан (State Transition Function), тому для його перетворення достатньо перетворити функцію переходу в стан на Snark, що є сильною стороною ZK. Для Консенсусного шару функція переходу в стан складається з трьох частин: функції переходу на кожен слот, функції переходу на кожен блок та функції переходу на кожну епоху. У цих трьох функціях переходу в стан включена виконання Консенсусного Алгоритму та логіки зазначення, блокування, перевірки правильності результатів у виконавчому шарі, підтвердження кореня дерева Меркла, підтвердження/агрегація Консенсусного підпису, розрахунок хеш-функції, зберігання рахунку, доступ до стану та операції з блокування та розблокування, пов’язані зі зазначенням. Для того, щоб Snark був заснуваний на Консенсусному шарі, потрібно здійснити зазначені вище операції на Snark. Важливо зазначити, що на шляху перетворення Консенсусного шару у Snark, Ефіріум надалі поставляє перед собою мету Децентралізації та різноманітності, тому він не ставить перед собою обов’язкових вимог до ZK Алгоритму та протоколу, але дозволяє Proposer вибрати їх самостійно.

Джерело зображення:

Основні проблеми: реальний доказ

Щоб реалізувати концепцію Beam Chain, основна складність полягає в тому, щоб підвищити ефективність доказу, тобто як стиснути поточний час доказу з десятків або навіть сотень секунд до секунд. На ZK Workshop II [3], організованому спільно AntChain OpenLabs, ZAN і Pharos 24 вересня цього року, гість Джастін поділився доповіддю під назвою «Докази в реальному часі», де він запропонував рішення вузького місця продуктивності відповідно до бачення «ETH Workshop 3.0». Це заохочує спільноту використовувати метод прискорення ASIC, щоб завершити весь процес від генерації доказів до доказів на чіпі, збільшуючи час генерації доказів більш ніж у 10 разів протягом наступних кількох років і справді забезпечуючи доведення в реальному часі.

Допомога технології нульового розголошення у підтримці продуктивності та застосування: ми завжди в дорозі

AntChain OpenLabs завжди працює над прискоренням ZK доведень за допомогою апаратних платформ, таких як GPU, FPGA, ASIC. Це дозволяє прискорити різні ZK системи, включаючи Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo 2 і Plonky 2, і створити кілька рішень з FPGA IP та прискорення на GPU, деякі основні операції досягають більш як сто разів прискорення.

AntChain OpenLabs засновані на CUDA прискорення деяких операторів відносно отриманого прискорення CPU, як показано в таблиці ( один ).

( Таблиця 1 )

Порівняння продуктивності GPU-прискореного MSM, реалізованого AntChain OpenLabs, з ICICLE (за умови, що обидва пристрої мають 409 0G PU), наведено в таблиці (див. II).

( Таблиця друга )

Порівняння продуктивності GPU-прискореного Circle FFT, реалізованого AntChain OpenLabs, та Stwo Prover на 16-ядерних процесорах, як показано в таблиці (три).

( Таблиця третя )

Крім того, AntChain OpenLabs також займається дослідженням застосування Доказу з нульовим розголошенням в напрямку штучного інтелекту+ZK, використовуючи технології, такі як Folding множення матриць, Sumcheck протокол оптимізації GPU+CPU, ефективна реалізація еліптичних кривих та інші, для перевірки великих моделей. За умови 4 GPU час генерації першого токена zkLLM [ 4 ][ 5 ] (початкова реалізація не включає зобов’язання та відкриття, продуктивність тестується після включення зобов’язання та відкриття, спрямована на модель LLama-7 B) зменшився з 4 годин до приблизно 18 хвилин.

AntChain OpenLabs, на основі накопичення в галузі GPU, постійно оптимізує продуктивність та доступність великих моделей для перевірки обчислень, і продовжує активно працювати над заміною та оптимізацією схем зобов’язань, багатоекземплярним згортанням, генерацією декількох токенів для підтвердження, з метою побудови ефективного, зручного та екологічно чистого сервісу перевірки обчислень для штучного інтелекту, з метою визначення можливих напрямків великомасштабного застосування технології zero-knowledge proof та створення моста для зв’язку додатків Web3 та штучного інтелекту.

Також зіткнувшись з загрозою Квантовий комп’ютер, AntChain OpenLabs також активно досліджував, на основі OpenSSL [ 6 ], переробивши бібліотеку шифрування у версію, після Квантовий алгоритм, що підтримує кілька стандартів NIST після квантових. Одночасно з проблемою збільшення обсягу зберігання після ECDSA на 40 разів більше, ніж після підпису згоди, через процес Консенсус та оптимізацію затримки пам’яті з низькою затримкою, робить TPS блокчейна з антиквантовою здатністю досяжною приблизно на 50% від оригінального ланцюжка.

Варто зауважити, що вищезазначені технічні дослідження вже застосовуються в інтегрованій рішенні Power Zebra () від ZAN, яке прискорює роботу як програмного, так і апаратного забезпечення. Ця система прискорює та оптимізує розповсюджений набір операторів з доказом з нульовим розголошенням, включаючи багатократне множення точок MSM, чисельно-теоретичне перетворення NTT, розв’язання поліномів H і доведення відкриття поліномів тощо. Вона повністю використовує обчислювальні ресурси, пропускну здатність пам’яті та PCIe пропускну здатність графічного процесора, що значно підвищує ефективність обчислень. Після впровадження інтегрованого рішення Power Zebra від ZAN, громадська лабораторія Delphinus Lab, яка працює з відкритим кодом zkWASM, змогла досягти понад 20% підвищення продуктивності графічного процесора і встановити новий рекорд серед подібних проектів.

Прогнозування

Протягом тривалого часу спільнота ETH фокусувалася переважно на оптимізації виконавчого рівня, включаючи стратегії, що спрямовані на підвищення BlockGasLimit, L2s тощо. Серед них Snark-фікація виконавчого рівня вже давно в рамках «Rollup Centric» маршрутної карти відбулася завдяки L2 та видала багато плодів. Ідея Beam Chain відкрила великі можливості для Snark-фікації Консенсус рівня. Віримо, що з пропозицією Beam Chain спільнота буде спрямовувати свою увагу на перетворення Консенсус рівня та принесе багато захоплюючих ідей.

Можна передбачити, що спільний шар та виконавчий шар, які засновані на zk-SNARKs, разом утворять остаточний пазл Ethereum на основі zk-SNARKs, що внесе великий вклад у масштабованість та децентралізацію Ethereum. Водночас, з просуванням пропозиції Beam Chain, віртуальна машина на основі технології zero-knowledge proof візьме на себе ключову роль у екосистемі Ethereum. Завдяки впровадженню доказу zk-SNARKs та криптографії післяквантового часу, спільно зі зниженим порогом заставки та швидшим підтвердженням блоків, Beam Chain принесе Ethereum більшу децентралізацію та вищу продуктивність.

Літературні джерела

[ 1 ]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]