La voie d'évolution technique du système d'attestation d'Ethereum

Le cofondateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, a récemment publié une série d'articles explorant la direction future du protocole Ethereum. Ces articles couvrent six parties principales de la feuille de route d'Ethereum, et cet article se concentrera sur la première partie - "The Merge"( fusion), en explorant les améliorations possibles du mécanisme d'attestation(PoS) et comment réaliser ces améliorations.

Vitalik pense que la "fusion" est l'événement le plus important de l'histoire d'Ethereum, marquant la transition du travail de preuve (PoW) à l'attestation (PoS). Actuellement, Ethereum fonctionne comme un système PoS depuis près de deux ans, montrant d'excellentes performances en termes de stabilité, de performance et de décentralisation. Cependant, le mécanisme PoS a encore certains domaines clés qui nécessitent une optimisation supplémentaire.

La feuille de route d'Ethereum pour 2023 classe ces optimisations en deux grandes catégories : l'amélioration des caractéristiques techniques ( telles que la stabilité, la performance et l'accessibilité des petits validateurs ), ainsi que les réformes économiques pour faire face aux risques de centralisation. Vitalik souligne que cette liste n'est pas exhaustive, mais qu'elle représente certaines idées actuellement en cours de réflexion.

Objectif principal de la fusion

1. Réaliser la détermination de la fenêtre unique (SSF) : Actuellement, un bloc Ethereum nécessite environ 15 minutes pour être définitivement confirmé. En améliorant l'efficacité du mécanisme de consensus, ce temps peut être considérablement réduit, permettant aux blocs d'être proposés et définitivement confirmés dans la même fenêtre.

2. Confirmer et compléter les transactions aussi rapidement que possible tout en maintenant la décentralisation.

3. Améliorer la faisabilité du staking individuel et réduire les barrières à l'entrée.

4. Renforcer davantage la robustesse du système.

5. Renforcer la résistance et la capacité de récupération d'Ethereum contre les attaques à 51 %, y compris la prévention des inversions de finalité, la prévention de la finalité et la censure.

Déterminisme de créneau unique et démocratisation du staking

Actuellement, Ethereum nécessite 2 à 3 époques ( environ 15 minutes ) pour compléter un bloc, et nécessite 32 ETH pour devenir un validateurs en staking. C'est le résultat d'un compromis entre trois objectifs : maximiser le nombre de validateurs participant au staking, minimiser le temps de finalité, et minimiser les coûts d'exploitation des nœuds.

Dans un scénario idéal, Ethereum espère réaliser deux améliorations tout en préservant la finalité économique.

1. Compléter la confirmation du bloc dans un créneau (slot), idéalement maintenir ou réduire la durée actuelle de 12 secondes.

2. Faire baisser le seuil de mise de 32 ETH à 1 ETH.

Ces deux améliorations permettront à plus d'utilisateurs de bénéficier d'un niveau de sécurité plus élevé, tout en réduisant considérablement le seuil d'engagement individuel. Cependant, ces objectifs sont en conflit avec l'objectif de minimiser les coûts, ce qui est aussi la raison pour laquelle Ethereum n'a pas initialement adopté la détermination par un seul créneau. Cependant, des recherches récentes ont proposé quelques solutions possibles.

Proposition de déterminisme à un seul créneau

Pour réaliser une détermination unique des créneaux dans un contexte de nombre élevé de validateurs, tout en n'augmentant pas de manière significative les coûts d'exploitation des nœuds, il existe actuellement plusieurs solutions principales:

1. Améliorer le protocole d'agrégation de signatures, qui pourrait utiliser la technologie ZK-SNARKs, afin de traiter les signatures de millions de validateurs dans un seul créneau.

2. Mécanisme du comité Orbit : sélection aléatoire d'un comité de taille moyenne pour la confirmation finale de la chaîne, tout en conservant les caractéristiques de coût d'attaque élevé.

3. Mécanisme de double staking : définir deux types de stakers, l'un avec des exigences de dépôt plus élevées, l'autre avec des exigences plus faibles. Seuls les stakers de niveau supérieur participent directement au processus de finalité économique.

Chaque solution a ses avantages et ses inconvénients, et il est nécessaire de trouver un équilibre entre la sécurité, la décentralisation et la complexité technique.

Élection d'un leader secret unique

Actuellement, le proposeur du prochain bloc peut être connu à l'avance, ce qui peut entraîner des vulnérabilités de sécurité. Le protocole d'élection d'un seul leader secret (SSLE) vise à résoudre ce problème en créant des "ID de validateurs aveugles" pour chaque validateur grâce à une technologie de cryptage, et en permettant à plusieurs proposeurs d'avoir la possibilité de réorganiser et de remélanger le pool d'IDs aveugles.

Cependant, il n'est pas facile de mettre en œuvre un protocole SSLE simple et efficace. Comment réaliser le SSLE sans augmenter de manière significative la complexité du protocole, et comment concevoir un SSLE résistant aux quantiques, sont des problèmes à résoudre.

Confirmation de transaction plus rapide

Réduire encore le temps de confirmation des transactions Ethereum ( de 12 secondes à 4 secondes ) améliorera considérablement l'expérience utilisateur, augmentera l'efficacité des protocoles DeFi et contribuera à la décentralisation des L2. Il existe principalement deux voies techniques : réduire le temps des créneaux ou permettre aux proposeurs de publier des pré-confirmations pendant un seul créneau.

Cependant, réduire le temps d'intervalle peut augmenter le risque de centralisation des validateurs. Bien que la méthode de pré-confirmation puisse améliorer le temps de confirmation moyen, elle ne peut pas améliorer le pire des cas, et la façon de motiver la pré-confirmation reste un problème à résoudre.

Menace des ordinateurs quantiques

Face aux menaces potentielles des ordinateurs quantiques à l'avenir, Ethereum doit développer activement des solutions alternatives résistantes aux attaques quantiques. Chaque partie du protocole qui dépend des courbes elliptiques doit avoir des alternatives basées sur des techniques de hachage ou d'autres technologies résistantes aux quantiques. Cela souligne l'importance de maintenir des hypothèses conservatrices dans la conception de l'attestation.

Conclusion

Le chemin d'évolution technologique du système d'attestation d'Ethereum est semé d'embûches. Pour relever ces défis, la détermination finale en un seul créneau, la démocratisation du staking, l'élection d'un leader secret unique, des confirmations de transactions plus rapides et le développement d'alternatives résistantes aux attaques quantiques sont tous des problèmes importants que Ethereum doit résoudre.

Vitalik a réfléchi en profondeur à la mise à niveau "The Merge", proposant une combinaison de plusieurs solutions techniques et explorant le potentiel de conception de la technologie PoS d'Ethereum ainsi que les voies de mise à niveau technique actuellement réalisables.

Dans le cadre de la mise à niveau technique, Ethereum continue d'explorer l'innovation, en pesant les choix entre différentes solutions afin de trouver le meilleur chemin de développement, réalisant ainsi une sécurité, une performance et un degré de décentralisation plus élevés. Ce processus démontre l'importance accordée par la communauté Ethereum à la stabilité et à la sécurité du système tout en poursuivant des avancées technologiques.