ETH 3.0 làm thế nào để vượt qua khó khăn về hiệu suất? Một bài viết tiết lộ sự đột phá về công nghệ ZK và kế hoạch nâng cấp đằng sau

Viết bởi: ZAN

Beam Chain: 「Ethereum 3.0」

Vừa kết thúc hội nghị Devcon 2024, với sự sôi động đặc biệt, cộng đồng Ethereum đã tập trung tại Bangkok với các dự án liên quan đến Ethereum và sinh thái. Trong thời gian này, đã có những tiến bộ và sự phát triển đáng chú ý được công bố, đánh dấu sự ra đời của một chuỗi quan điểm mới, xu hướng mới và kế hoạch mới, kích hoạt Web3 toàn cầu.

Đặc biệt ấn tượng, có thể kể đến đề xuất kế hoạch ‘ETH 3.0’ do nhà nghiên cứu của Quỹ Ethereum, Justin Drake, công bố.

Anh ấy đã đưa ra một đề xuất nâng cấp lớp đồng thuận được cộng đồng gọi là “ETH 3.0” - Beam Chain[1].Quan điểm cốt lõi của nó là: Sử dụng chứng minh không cần biết để giảm tải tính toán và giao tiếp của Validator, giảm ngưỡng cần thiết để trở thành Validator, từ đó làm cho nhiều Validator hơn có thể tham gia mạng để tăng cường an ninh, giảm thiểu sự trùng lặp tính toán, nâng cao hiệu suất tổng thể của mạng. Ngoài ra, Justin cũng muốn sử dụng cơ hội tái cấu trúc Snark ở tầng đồng thuận để giải quyết nợ kỹ thuật còn lại trong Beacon Chain do hạn chế của thời đại, và chuẩn bị cho nhu cầu an toàn chống lại lượng tử trong tương lai.

Trong lộ trình The Verge của Vitalik, việc biến ETH thành Snark (SNARKification) là một trong những công việc quan trọng, bao gồm việc cải tiến Proof-of-Stake và Execution Layer. Trong diễn giải mới nhất của Vitalik[2]Vitalik thừa nhận rằng việc cải tiến lớp đồng thuận là một thách thức, đòi hỏi tiếp tục xem xét và tối ưu trong công việc tiếp theo. Đề xuất Beam Chain có thể coi là một phản hồi của Vitalik về cách làm cho lớp đồng thuận trở thành Snark.

Beam Chain chỉ tập trung vào lớp Nhận thức chung. Tuy nhiên, việc Snark hóa lớp Nhận thức chung không đồng nghĩa với việc thay đổi tất cả các phần. Lõi của chuỗi Khối là Hàm chuyển đổi trạng thái (State Transition Function), vì vậy việc cải tiến chỉ cần Snark hóa chức năng chuyển đổi trạng thái, điều này cũng chính là điểm mạnh của ZK. Đối với lớp Nhận thức chung, chức năng chuyển đổi trạng thái chủ yếu bao gồm ba phần, đó là chức năng chuyển đổi trạng thái trên mỗi khe, chức năng chuyển đổi trạng thái trên mỗi khối và chức năng chuyển đổi trạng thái trên mỗi kỷ nguyên. Trong ba chức năng chuyển đổi trạng thái này, có sự thực hiện của Thuật toán Nhận thức chung và logic Staking, đề xuất Khối, xác minh tính chính xác của kết quả thực thi, xác minh Merkle Tree Root, xác minh/chồng chất ký Nhận thức chung, tính toán hàm băm, thực hiện thế chấp và chuộc lại trạng thái lưu trữ tài khoản, v.v. Để Snark hóa lớp Nhận thức chung, thực chất là snark hóa các hoạt động như trên. Đáng chú ý là, trên con đường Snark hóa lớp Nhận thức chung, Ethereum vẫn đặt mục tiêu Phi tập trung và đa dạng hóa lên hàng đầu, vì vậy không bắt buộc ZK Thuật toán và giao thức, mà do Proposer chọn lựa.

Nguồn ảnh:

Những điểm khó khăn cốt lõi: Realtime Proving

Để thực hiện ý tưởng của Beam Chain, khó khăn cốt lõi nhất là cải thiện hiệu suất chứng minh, nghĩa là làm thế nào để nén thời gian chứng minh từ vài chục đến cả trăm giây hiện tại xuống cấp giây. Tại Hội thảo ZK II được tổ chức chung bởi AntChain OpenLabs, ZAN và Pharos vào ngày 24 tháng 9 năm nay. [3]Trong buổi hội thảo, khách mời Justin chia sẻ báo cáo mang tên “Realtime Proving”, tại thời điểm đó, ông đưa ra quan điểm cốt lõi liên quan đến ý tưởng “Ethereum 3.0”, đưa ra giải pháp để giải quyết vấn đề hiệu suất. Ông khuyến khích cộng đồng sử dụng phương pháp tăng tốc ASIC, hoàn thành toàn bộ quá trình tạo chứng minh từ máy ảo chứng minh không biết gì đến chứng minh trên chip, trong vài năm tới sẽ tăng thời gian tạo chứng minh lên trên 10 lần, thực sự có thể thực hiện Realtime Proving.

Động lực hiệu suất và ứng dụng của công nghệ chứng minh không kiến thức: Chúng tôi luôn luôn trên đường đi

AntChain OpenLabs luôn nỗ lực tận dụng các nền tảng phần cứng như GPU, FPGA, ASIC để tăng tốc chứng minh ZK, tăng tốc cho nhiều hệ thống ZK bao gồm Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 và Plonky2, tạo ra nhiều giải pháp FPGA IP và tăng tốc GPU, một số toán tử cốt lõi đạt được hơn trăm lần tăng tốc.

Các tỷ lệ tăng tốc so với CPU của các toán tử được tăng tốc bằng CUDA của AntChain OpenLabs, như trong bảng (một).

( Bảng một )

So sánh hiệu năng giữa MSM được tăng tốc bằng GPU của AntChain OpenLabs và ICICLE mã nguồn mở (cùng sử dụng 4090GPU), như trong bảng (hai).

( Bảng hai )

So sánh hiệu năng giữa Circle FFT được tăng tốc GPU do AntChain OpenLabs thực hiện và Stwo Prover trên CPU 16 nhân mã nguồn mở, như bảng (ba).

( Bảng ba )

Ngoài ra, AntChain OpenLabs còn tập trung vào khám phá ứng dụng của chứng cứ không kiến thức, trong lĩnh vực AI+ZK, sử dụng các công nghệ như phép nhân ma trận Folding tự thiết kế, tối ưu hóa đồng bộ GPU+CPU bằng giao thức Sumcheck, hiệu quả cao với đường cong Elliptic Curve, vv. để tính toán được xác thực và xác thực được tính toán trên mô hình lớn trong 4 GPU sử dụng zkLLM 01928374656574839201[4][5]（Bản triển khai gốc không bao gồm cam kết và mở, hiệu suất được kiểm tra sau khi thêm cam kết và mở, dành cho mô hình LLama-7B）thời gian tạo token đầu tiên giảm từ 4 giờ xuống còn khoảng 18 phút.

AntChain OpenLabs dựa trên GPU đã không ngừng tối ưu hiệu suất và khả năng tính toán có thể xác minh của các mô hình lớn và tiếp tục nỗ lực trong việc thay thế và tối ưu hóa các giải pháp cam kết, gấp đôi Folding, và tạo ra nhiều token chứng minh. Mục tiêu là xây dựng một dịch vụ tính toán xác minh hiệu quả, dễ sử dụng, thân thiện với hệ sinh thái AI, khám phá các hướng đi tiềm năng cho các ứng dụng quy mô lớn của công nghệ không kiến thức và xây dựng một cầu nối giữa web3 và ứng dụng AI.

Đồng thời, AntChain OpenLabs cũng đã tiến hành khám phá tích cực, dựa trên OpenSSL, đối mặt với đe dọa từ Máy tính lượng tử.[6]Đã cải tiến một thư viện mật mã sau lượng tử, hỗ trợ nhiều thuật toán sau lượng tử theo tiêu chuẩn NIST. Đồng thời, đối mặt với vấn đề phình to lưu trữ lên đến hơn 40 lần so với ECDSA khi ký số sau lượng tử, thông qua quy trình đồng thuận và tối ưu hóa đọc bộ nhớ trễ thấp, giúp TPS chuỗi chống lượng tử đạt khoảng 50% so với chuỗi gốc.

Đáng chú ý, việc thử nghiệm công nghệ đã được triển khai trong giải pháp tăng tốc phần cứng và mềm ZAN - Power Zebra đã tập trung vào việc tăng tốc và tối ưu hóa các toán tử phổ biến trong zk-SNARK, bao gồm việc nhân điểm n vi phân MSM, biến đổi số lý thuyết NTT, giải đa thức H, chứng minh đa thức mở và nhiều thành phần chính khác, tận dụng đầy đủ tài nguyên tính toán của GPU, băng thông lưu trữ và PCIe, từ đó tăng cường hiệu suất tính toán đáng kể. Sau khi cộng đồng zkWASM mã nguồn mở Delphinus Lab tích hợp giải pháp tăng tốc phần cứng và mềm Power Zebra của ZAN, hiệu suất tính toán của GPU đã tăng hơn 20%, tạo ra kỷ lục cao nhất trong cùng loại dịch vụ của cộng đồng.

Dự đoán

Trong một thời gian dài, cộng đồng ETH chủ yếu tập trung vào các tối ưu hóa khác nhau ở lớp thực thi, bao gồm các chiến lược như cải thiện BlockGasLimit và L2s. Trong số đó, việc Snarkization của lớp thực thi đã được thực hiện với sự trợ giúp của L2 trong lộ trình của “Rollup Centric”. Ý tưởng về Beam Chain mở ra cánh cửa cho Snarkization của Nhận thức chung. Tin rằng với đề xuất của Beam Chain sẽ định hướng và truyền cảm hứng cho cộng đồng đầu tư chuyển đổi lớp Nhận thức chung, mang đến nhiều ý tưởng thú vị hơn.

Có thể dự đoán rằng, việc Snark hóa tầng đồng thuận và tầng thực thi sẽ cùng nhau hoàn thành bức tranh cuối cùng của Ethereum Snark hóa, đóng góp lớn cho tính mở rộng của ETH và tính Phi tập trung. Đồng thời, với sự tiến triển của đề xuất Beam Chain, Máy ảo dựa trên công nghệ Bằng chứng không kiến thức sẽ đóng vai trò lõi trong hệ sinh thái ETH. Thông qua việc giới thiệu chứng minh SNARK và mật mã sau lượng tử, kết hợp với ngưỡng thế chấp thấp hơn và thời gian xác nhận Khối nhanh hơn, Beam Chain sẽ mang lại tính Phi tập trung mạnh mẽ hơn và hiệu suất cao hơn cho ETH.

Tài liệu tham khảo

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]