El camino de la evolución tecnológica del sistema de atestación de Ethereum

El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, publicó recientemente una serie de artículos que exploran la dirección futura del protocolo Ethereum. Estos artículos abarcan seis partes principales de la hoja de ruta de Ethereum, y este artículo se centrará en la primera parte - "The Merge"( fusión), explorando qué aspectos del mecanismo de atestación(PoS) se pueden mejorar y cómo implementar estas mejoras.

Vitalik cree que la "fusión" es el evento más importante en la historia de Ethereum, marcando la transición de la prueba de trabajo ( PoW ) a la atestación ( PoS ). Actualmente, Ethereum como un sistema PoS ha estado funcionando de manera estable durante casi dos años, mostrando un excelente rendimiento en estabilidad, rendimiento y descentralización. Sin embargo, el mecanismo PoS aún tiene algunas áreas clave que necesitan ser optimizadas.

El mapa de ruta de Ethereum para 2023 clasifica estas optimizaciones en dos grandes categorías: mejoras en las características técnicas ( como estabilidad, rendimiento y accesibilidad para pequeños validadores ), y cambios económicos para abordar los riesgos de centralización. Vitalik enfatiza que esta lista no es exhaustiva, sino algunas ideas que se están considerando activamente en este momento.

Objetivo principal de la fusión

1. Lograr la determinación en un solo intervalo de tiempo (SSF): Actualmente, un bloque de Ethereum tarda aproximadamente 15 minutos en ser finalmente confirmado. Al aumentar la eficiencia del mecanismo de consenso, se puede reducir considerablemente este tiempo, permitiendo que el bloque sea propuesto y finalmente confirmado dentro del mismo intervalo de tiempo.

2. Confirmar y completar transacciones lo más rápido posible, manteniendo la descentralización.

3. Aumentar la viabilidad de la participación individual, reduciendo la barrera de entrada.

4. Mejorar aún más la robustez del sistema.

5. Mejorar la resistencia y capacidad de recuperación de Ethereum contra ataques del 51%, incluyendo la prevención de reversión de finalización, bloqueo de finalización y censura.

Determinismo de un solo slot y democratización de la estaca

Actualmente, Ethereum necesita 2-3 epoch ( aproximadamente 15 minutos ) para completar un bloque, y se requieren 32 ETH para convertirse en un validador. Este es el resultado de un equilibrio entre tres objetivos: maximizar el número de validadores que participan en el staking, minimizar el tiempo de finalización y minimizar los costos de operación de los nodos.

En un escenario ideal, Ethereum espera lograr dos mejoras mientras mantiene la finalización económica.

1. Completar la confirmación del bloque en un intervalo de tiempo (slot), idealmente manteniendo o reduciendo la duración actual de 12 segundos.

2. Reducir el umbral de staking de 32 Ether a 1 Ether.

Estas dos mejoras beneficiarán a más usuarios con un nivel de seguridad más alto y reducirán significativamente la barrera para el staking individual. Sin embargo, estos objetivos entran en conflicto con el objetivo de minimizar los gastos, que es la razón por la cual Ethereum no adoptó inicialmente la determinación de un solo slot. Sin embargo, las investigaciones más recientes han propuesto algunas posibles soluciones.

Propuesta de determinismo en un solo intervalo de tiempo

Para lograr la determinación de un solo intervalo de tiempo en un contexto con un gran número de validadores, sin aumentar significativamente los costos operativos de los nodos, actualmente hay varias soluciones principales:

1. Mejorar el protocolo de agregación de firmas, que podría utilizar la tecnología ZK-SNARKs para manejar las firmas de millones de validadores en un solo intervalo de tiempo.

2. Mecanismo del Comité Orbit: se selecciona aleatoriamente a un comité de tamaño mediano para la confirmación final de la cadena, al mismo tiempo que se conserva la característica de alto costo de ataque.

3. Mecanismo de doble participación: se establecen dos tipos de participantes, uno con requisitos de depósito más altos y otro con requisitos más bajos. Solo los participantes de alto nivel participan directamente en el proceso de finalización económica.

Cada opción tiene sus ventajas y desventajas, y es necesario sopesar entre la seguridad, la descentralización y la complejidad técnica.

Elección de un único líder secreto

Actualmente, el proponente del siguiente bloque se puede conocer de antemano, lo que puede llevar a vulnerabilidades de seguridad. La elección de un líder secreto único (SSLE) está diseñada para abordar este problema, creando una "ID de validador "ciega" para cada validador mediante técnicas de cifrado y permitiendo que múltiples proponentes tengan la oportunidad de reorganizar y remezclar el grupo de IDs ciegos.

Sin embargo, implementar un protocolo SSLE simple y eficiente no es tarea fácil. Cómo implementar el SSLE sin aumentar significativamente la complejidad del protocolo, así como cómo diseñar un SSLE resistente a la computación cuántica, son problemas que necesitan ser resueltos.

Confirmación de transacciones más rápida

Reducir aún más el tiempo de confirmación de las transacciones de Ethereum ( de 12 segundos a 4 segundos ) mejorará significativamente la experiencia del usuario, aumentará la eficiencia de los protocolos DeFi y ayudará a la descentralización de L2. Principalmente hay dos rutas tecnológicas: reducir el tiempo de ranura, o permitir que los proponentes publiquen pre-confirmaciones durante una sola ranura.

Sin embargo, acortar el tiempo de intervalo puede aumentar el riesgo de centralización de los validadores. El método de preconfirmación, aunque puede mejorar el tiempo medio de confirmación, no puede mejorar el peor de los casos, y cómo incentivar la preconfirmación sigue siendo un problema por resolver.

Amenaza de computación cuántica

Ante la posible amenaza de la computación cuántica en el futuro, Ethereum necesita desarrollar activamente alternativas resistentes a ataques cuánticos. Cada parte del protocolo que actualmente depende de curvas elípticas necesita contar con alternativas basadas en hash u otras tecnologías resistentes a cuántica. Esto subraya la importancia de mantener supuestos conservadores en el diseño de atestación.

Conclusión

El camino de evolución técnica del sistema de atestación de Ethereum está lleno de desafíos. Para enfrentar estos desafíos, la determinación final en un solo intervalo de tiempo, la democratización del staking, la elección de un único líder secreto, la confirmación de transacciones más rápida y el desarrollo de alternativas resistentes a ataques cuánticos son problemas importantes que Ethereum necesita resolver.

Vitalik ha reflexionado exhaustivamente sobre la actualización "The Merge", proponiendo una combinación de diversas soluciones técnicas y explorando el potencial de diseño de la tecnología PoS de Ethereum y las rutas de actualización técnica actualmente viables.

Durante el proceso de actualización técnica, Ethereum continúa explorando la innovación, sopesando diferentes opciones para encontrar la mejor ruta de desarrollo, logrando una mayor seguridad, rendimiento y grado de descentralización. Este proceso muestra el alto grado de atención que la comunidad de Ethereum presta a la estabilidad y seguridad del sistema mientras persigue el progreso técnico.