Будущее Ethereum: Анализ The Surge

С октября 2022 года соучредитель Ethereum Виталик Бутерин постепенно публиковал серию статей, исследующих возможные перспективы протокола Ethereum. Эти статьи охватывают шесть ключевых этапов дорожной карты развития Ethereum: слияние, Эфир, очистка, верификация, очищение и прыжок. В данной статье будет сосредоточено внимание на второй части дорожной карты - The Surge (Эфир), углубленно исследуя, как Ethereum может повысить свою масштабируемость и обеспечить долгосрочное развитие.

Ядро видения Ethereum

Основная цель Ethereum заключается в том, чтобы стать инфраструктурой для децентрализованного интернета. Благодаря автоматическому выполнению смарт-контрактов Ethereum поддерживает сложные децентрализованные приложения, и эта гибкость делает его предпочтительной платформой для разработчиков, создающих децентрализованные приложения, такие как DeFi и NFT.

Однако у Ethereum есть ограничения в плане масштабируемости. В настоящее время Ethereum может обрабатывать только 15-30 транзакций в секунду, что значительно уступает традиционным платежным сетям. Это приводит к высоким Gas-расходам во время перегрузки сети, что ограничивает потенциал Ethereum стать глобальной инфраструктурой. The Surge был разработан именно для решения этой проблемы.

Основные цели The Surge включают:

• Достичь возможности обработки транзакций Ethereum L1+L2 более 100000 в секунду
• Поддержание децентрализации и стабильности L1
• Убедитесь, что по крайней мере часть L2 полностью наследует основные характеристики Эфира (доверять не нужно, открыто, антицензура)
• Максимизация взаимной операбельности между L2, чтобы сделать экосистему Ethereum более единой

Будущее, сосредоточенное на rollup

План Surge значительно повысит масштабируемость Ethereum с помощью решений L2, где роллап является его ключевым компонентом. Эта стратегия четко определяет распределение задач: Ethereum L1 сосредоточится на том, чтобы стать мощным и децентрализованным базовым уровнем, в то время как L2 возьмет на себя задачу помощи экосистеме в расширении.

Rollup упаковывает транзакции вне цепи, а затем отправляет результаты обратно в сеть Ethereum, значительно увеличивая пропускную способность при сохранении безопасности и децентрализованности. Бутерин считает, что rollup может увеличить производительность Ethereum до более чем 100000 транзакций в секунду, что станет революционным расширением, позволяющим Ethereum обрабатывать приложения глобального масштаба без ущерба для духа децентрализации.

Бутерин подчеркнул, что rollup не только временное решение, но и долгосрочная стратегия расширения. С переходом Ethereum от PoW к PoS через The Merge и снижением энергопотребления, rollup рассматривается как следующий важный этап в долгосрочной стратегии расширения.

В этом году дорожная карта, сосредоточенная на rollup, достигла значительных успехов: внедрение blobs EIP-4844 значительно увеличило пропускную способность данных Ethereum L1, несколько rollup на основе Ethereum Virtual Machine вошли в начальную стадию. Каждый L2 существует как фрагмент с независимыми правилами и логикой, разнообразие способов реализации фрагментации стало реальностью.

! Анализ перспектив обновления технологии протокола Ethereum (2): Всплеск

Доступность данных (DAS) дальнейшее развитие

Другим ключевым аспектом Surge является выборка доступности данных (DAS), технология, предназначенная для решения проблем доступности данных. В децентрализованных сетях, таких как Эфир, всем узлам важно иметь возможность проверять данные, не храня или не загружая весь контент.

DAS позволяет узлам проверять данные без доступа к полному набору данных, что увеличивает масштабируемость и эффективность.

Бутерин сосредоточился на двух формах DAS: PeerDAS и 2D DAS.

PeerDAS обещает усилить доверительную гипотезу rollup и повысить его безопасность. 2D DAS проводит случайную выборку не только внутри blob, но и между blob. С использованием линейных свойств KZG-коммитмента, расширяется набор blob в блоке за счет набора новых виртуальных blob, которые кодируют одинаковую избыточную информацию.

С помощью DAS Эфир может обрабатывать большие объемы данных, обеспечивая более быструю и экономичную свертку, без ущерба для уровня децентрализации.

В будущем необходимо дополнительно изучить идеальную версию 2D DAS и доказать ее безопасные свойства.

Бутерин считает, что долгосрочные жизнеспособные пути включают:

1. Реализация идеального 2D DAS;
2. Продолжайте использовать 1D DAS, жертвуя эффективностью полосы пропускания выборки ради простоты и надежности, принимая более низкие пределы данных;
3. Отказаться от DA и полностью использовать Plasma в качестве основной архитектуры Layer2.

Стоит отметить, что даже если вы решите непосредственно расширить выполнение на уровне L1, эти варианты все еще существуют. Поскольку если L1 должен обрабатывать большое количество транзакций, блоки L1 станут очень большими, и клиенту потребуется эффективный метод для проверки их корректности, поэтому придется использовать те же технологии на уровне L1, что и для роллапов (таких как ZK-EVM и DAS).

Plasma и другие решения

Помимо Rollup, ранее предложенное решение для масштабирования вне цепи Plasma также является другим решением L2.

Plasma создает дочерние цепочки, которые обрабатывают транзакции независимо от основной цепочки Ethereum и регулярно отправляют сводки в главную сеть. Для каждого блока оператор отправляет пользователям доказательство изменения состояния активов в виде Merkle-ветви. Пользователи могут извлекать активы, предоставляя Merkle-ветвь, при этом эта ветвь не должна иметь актуальное состояние в качестве корня.

Таким образом, даже если возникнут проблемы с доступностью данных, пользователи всё равно могут восстановить активы, извлекая доступное последнее состояние. Если будет представлена недействительная ветка (например, извлечение перемещенных активов или создание активов из ничего), принадлежность активов будет определяться с помощью механизма оспаривания в сети.

Хотя разработка Plasma в какой-то степени отстает от rollup, Бутерин по-прежнему рассматривает его как важную часть инструментов масштабируемости Ethereum.

Кроме того, Бутерин обсудил улучшение технологий сжатия данных и криптографических доказательств для дальнейшего повышения эффективности rollup и других L2 решений. Идея заключается в том, чтобы максимально сжать данные, обеспечивая при этом возможность валидации всей необходимой информации узлами Ethereum. Эти технологические усовершенствования могут сыграть ключевую роль в достижении более высокой пропускной способности Ethereum.

Ранние версии Plasma могли обрабатывать только платежные случаи, что затрудняло их дальнейшее распространение. Однако, если требовать, чтобы каждый корень проверялся с помощью SNARK, Plasma станет гораздо мощнее. Это не только упрощает процесс, исключая большую часть возможностей мошенничества со стороны операторов, но и предоставляет пользователям новый способ немедленного вывода средств в случае, если операторы не мошенничают, без необходимости ожидания недельного периода оспаривания.

Производительность Plasma весьма выдающаяся, и это основная причина, по которой люди стремятся разрабатывать умные структуры для преодоления его недостатков безопасности.

Улучшение межоперабельности между L2

Основная проблема, с которой сталкивается текущая экосистема L2, заключается в слабой межоперабельности между L2. Необходимо улучшить опыт использования экосистемы L2, чтобы он был таким же, как при использовании единой экосистемы Ethereum.

Улучшение межоперабельности между L2 включает несколько аспектов. Теоретически, Ethereum, сосредоточенный на Rollup, похож на выполнение шардирования L1. В настоящее время экосистема L2 Ethereum на практике все еще сталкивается со следующими проблемами, которые далеки от идеального состояния:

Адрес конкретной цепи: Адрес должен содержать информацию о цепи (L1, Optimism, Arbitrum и т. д.). После реализации можно просто вставить адрес в поле отправки для выполнения кросс-L2 отправки, кошелек может автоматически обрабатывать процесс отправки в фоновом режиме (включая использование кросс-цепочных протоколов).

Запросы на оплату для определенной цепочки: Должны быть легко стандартизированы для создания сообщений "Отправьте мне X токенов типа Y на цепочке Z". Основное применение - это межличностные платежи, платежи для торговцев и запросы на финансирование dApp.

Кросс-чейн обмен и оплата Gas: Необходимы стандартизированные открытые протоколы для выражения кросс-чейн операций. ERC-7683 и RIP-7755 сделали попытки в этом направлении, хотя их область применения шире.

Легкий клиент: Пользователь должен иметь возможность фактически проверять цепочку, с которой он взаимодействует, а не просто доверять провайдеру RPC. Например, Helios от a16z crypto может это реализовать (для самого Ethereum), но эта децентрализация доверия должна быть расширена на L2. ERC-3668 (CCIP-read) является одной из стратегий для достижения этой цели.

Идея обмена токенов через мост: В условиях, когда все L2 являются rollup с доказательством валидности и каждый слот отправляется на Ethereum, перенос активов из одного L2 в другой в исходном состоянии все равно требует вывода и депозита, что приведет к значительным затратам на Gas на L1.

Одно из решений: создать общий минималистичный Rollup, единственной функцией которого будет поддержка информации о том, какой L2 владеет каждым токеном и их соответствующими балансами, а также возможность пакетного обновления этих балансов через серию операций межсетевой передачи, инициируемых любым L2. Это позволит осуществлять межсетевые переводы без необходимости каждый раз оплачивать газ на L1, а также без использования таких технологий, как ERC-7683, основанных на поставщиках ликвидности.

Синхронная комбинация: Позволяет выполнять синхронные вызовы между определенным L2 и L1 или между несколькими L2, что способствует повышению финансовой эффективности протоколов DeFi. Первое можно реализовать без координации между L2; второе требует совместного упорядочивания. Технология на основе rollup автоматически применяется ко всем этим технологиям.

Эти примеры сталкиваются с дилеммой стандартов и уровней. Слишком ранняя стандартизация может закрепить слабые решения, а слишком поздняя может привести к ненужной фрагментации.

Текущий консенсус заключается в том, что в некоторых случаях существуют краткосрочные решения с относительно слабыми атрибутами, но легкие для реализации, а также долгосрочные решения, которые являются "окончательно правильными", но требуют нескольких лет для реализации. Эти задачи являются не только техническими проблемами, но и (даже в первую очередь) социальными проблемами, требующими сотрудничества L2, кошельков и L1.

Продолжать расширять Ethereum L1

Бутерин считает, что расширение Ethereum L1 и обеспечение его способности вмещать все большее количество случаев использования очень ценно.

Существуют три стратегии расширения L1, которые можно осуществлять отдельно или параллельно:

1. Улучшение технологий (таких как код клиента, безстатусный клиент, история истечения) для упрощения верификации L1, затем увеличение лимита Gas;
2. Снизить стоимость определенных операций для увеличения средней емкости при условии, что не увеличивается риск худшего сценария;
3. Нативные Rollups (то есть создание N параллельных копий EVM).

Эти технологии имеют свои компромиссы. Например, нативные rollups имеют такие же слабости в области совместимости, как и обычные rollups: они не могут отправлять одну транзакцию для синхронного выполнения операций через несколько rollup. Повышение предела Gas может ослабить другие преимущества, достигаемые за счет упрощения верификации L1, такие как увеличение доли пользователей, запускающих верификационные узлы, и количество одиночных ставщиков. В зависимости от способа реализации, удешевление определенных операций в EVM может увеличить общую сложность EVM.

Децентрализация и безопасность

Баланс между масштабируемостью и децентрализацией - это тема, которую Бутерин неоднократно подчеркивает. Многие блокчейн-проекты выбирают жертву децентрализации ради более высокой пропускной способности. Например, одна блокчейн-система может обрабатывать тысячи транзакций в секунду, но требует мощного оборудования для работы узлов, что приводит к централизации сети. Бутерин настаивает на том, что даже при постоянном расширении Ethereum необходимо сохранять обязательство к децентрализации.

Rollup и DAS рассматриваются как способы увеличения ёмкости Эфира при сохранении его децентрализованной природы. В отличие от некоторых высокопроизводительных блокчейнов, стратегия масштабирования Эфира гарантирует, что любой может запустить узел, чтобы действительно децентрализованно защищать сеть. Это имеет решающее значение для видения Эфира по созданию финансовой системы, поддерживающей глобальный доступ без разрешений.

Чем выше масштабируемость, тем больше ответственность за безопасность. С переходом Ethereum к будущему, сосредоточенному на rollup, обеспечение бездоверенности этих систем становится крайне важным. Rollup полагается на криптографические доказательства для гарантии законности оффлайн-транзакций при их отправке обратно в Ethereum. Хотя эти системы уже доказали свою эффективность, риски все же существуют. Бутерин признает, что для зрелости этих технологий требуется строгая проверка и итерация, особенно когда они будут более широко приняты.

Прогнозы по The Surge

После The Surge, Бутерин представил Эфир как масштабируемый, полностью децентрализованный, безопасный и устойчивый. Эта концепция включает не только расширение первого уровня с помощью rollup и DAS, но и создание более эффективных алгоритмов консенсуса, улучшение инструментов разработки и развитие процветающей экосистемы dApp.

Дорожная карта Эфира полна оптимизма, но также сталкивается с множеством вызовов. Масштабное внедрение rollup, обеспечение безопасности решений L2 и подготовка к квантовому будущему — это все