Техническая эволюция системы аттестации Ethereum

Соучредитель Ethereum Виталик Бутерин недавно опубликовал серию статей, в которых обсуждается будущее развития протокола Ethereum. Эти статьи охватывают шесть основных частей дорожной карты Ethereum, и в этой статье мы сосредоточимся на первой части - "The Merge"( объединение), обсуждая, какие еще аспекты механизма аттестации(PoS) можно улучшить и как реализовать эти улучшения.

Виталик считает, что "слияние" является самым важным событием в истории Ethereum, знаменующим переход от доказательства работы (PoW) к аттестации (PoS). В настоящее время Ethereum как система PoS стабильно работает почти два года, демонстрируя отличные результаты по стабильности, производительности и децентрализации. Однако в механизме PoS все еще есть некоторые ключевые области, которые требуют дальнейшей оптимизации.

Дорожная карта Ethereum на 2023 год делит эти оптимизации на две большие категории: улучшения технических характеристик (, такие как стабильность, производительность и доступность для небольших валидаторов ), а также экономические изменения для борьбы с рисками централизации. Виталик подчеркивает, что этот список не является исчерпывающим, а представляет собой некоторые идеи, которые в настоящее время активно рассматриваются.

Основная цель объединения

1. Реализация односетевой определенности ( SSF ): в настоящее время блоки Ethereum требуют около 15 минут для окончательного подтверждения. Повышение эффективности механизма консенсуса может значительно сократить это время, позволяя блокам предлагаться и окончательно подтверждаться в одном и том же временном слоте.

2. Подтвердить и завершить сделку как можно быстрее при условии сохранения децентрализации.

3. Повысить жизнеспособность индивидуального стейкинга и снизить барьеры для участия.

4. Дальнейшее укрепление устойчивости системы.

5. Укрепление устойчивости и способности к восстановлению Ethereum к атакам на 51%, включая предотвращение реверсии финальности, блокировку финальности и цензуру.

Определенность временного слота и демократизация стейкинга

В настоящее время для завершения блока в Ethereum требуется 2-3 эпохи ( около 15 минут ) и необходимо 32 ETH, чтобы стать ставщиком. Это результат компромисса между тремя целями: максимизация числа участников в ставке, минимизация времени окончательности и минимизация затрат на работу узлов.

В идеале, Ethereum стремится реализовать две улучшения, сохраняя экономическую окончательность:

1. Завершить определение блока в интервале (slot), желательно сохранить или сократить текущее время в 12 секунд.

2. Снизить порог стейкинга с 32 ETH до 1 ETH.

Эти два улучшения позволят большему числу пользователей воспользоваться более высоким уровнем безопасности и значительно снизят порог входа для отдельного стейкинга. Однако эти цели противоречат цели минимизации затрат, что также является причиной, по которой Ethereum изначально не принял односегментную детерминированность. Тем не менее, последние исследования предложили некоторые возможные решения.

Предложение о детерминизме в одном временном слоте

Чтобы обеспечить детерминизм в одном временном слоте при большом количестве валидаторов, не увеличивая значительно операционные расходы узлов, в настоящее время существует несколько основных решений:

1. Улучшение протокола агрегации подписей, возможно, с использованием технологии ZK-SNARKs, для обработки миллионов подписей валидаторов в одном временном слоте.

2. Механизм комитета Orbit: случайный отбор средних по размеру комитетов для окончательного подтверждения цепочки, при этом сохраняется высокая стоимость атак.

3. Двухуровневая механика стейкинга: установлены два типа стейкеров, один с более высокими требованиями к депозиту, другой - с более низкими. Только стейкеры более высокого уровня напрямую участвуют в процессе окончательной экономической реализации.

Каждое решение имеет свои плюсы и минусы, необходимо найти баланс между безопасностью, децентрализацией и технической сложностью.

Выборы единого секретного лидера

В настоящее время следующий предложитель блока может быть известен заранее, что может привести к уязвимостям в безопасности. Протокол единого секретного лидера выборов (SSLE) предназначен для решения этой проблемы, создавая с помощью криптографических технологий "слепой" идентификатор верификатора для каждого верификатора и предоставляя нескольким предложителям возможность реорганизовать и вновь перемешать пул слепых идентификаторов.

Однако реализовать простой и эффективный протокол SSLE не так-то просто. Как реализовать SSLE, не увеличивая значительно сложность протокола, и как разработать квантово-устойчивый SSLE — это вопросы, которые необходимо решить.

Более быстрое подтверждение транзакции

Дальнейшее сокращение времени подтверждения транзакций Ethereum ( с 12 секунд до 4 секунд ) значительно улучшит пользовательский опыт, повысит эффективность DeFi-протоколов и поможет децентрализации L2. Основные два технологических направления: сокращение времени слота или разрешение предложителям публиковать предварительные подтверждения в течение одного слота.

Однако сокращение времени слотов может увеличить риск централизации валидаторов. Хотя метод предварительного подтверждения может улучшить среднее время подтверждения, он не может улучшить худший случай, и вопрос о том, как стимулировать предварительное подтверждение, все еще остается нерешенным.

Угроза квантовым вычислениям

Столкнувшись с потенциальной угрозой квантовых вычислений, Ethereum должен активно разрабатывать альтернативные решения, устойчивые к квантовым атакам. Каждая часть протокола, которая в настоящее время зависит от эллиптической кривой, требует замены на решения, основанные на хэшировании или других технологиях, устойчивых к квантовым атакам. Это подчеркивает важность сохранения консервативных предположений в дизайне аттестации.

Заключение

Техническая эволюция системы аттестации Ethereum полна вызовов. Для преодоления этих вызовов важными задачами, которые необходимо решить Ethereum, являются окончательная определенность единого временного слота, демократизация стейкинга, выбор единственного секретного лидера, более быстрая подтверждение транзакций и разработка альтернативных решений для защиты от квантовых атак.

Виталик всесторонне обдумал апгрейд "Слияние", предложив различные комбинации технических решений, исследуя потенциал дизайна технологии PoS Эфира и текущие возможные пути технического обновления.

В процессе технического обновления Ethereum продолжает исследовать инновации, взвешивая выбор между различными вариантами, чтобы найти лучший путь развития, достигая более высокой безопасности, производительности и уровня децентрализации. Этот процесс демонстрирует высокое внимание сообщества Ethereum к стабильности и безопасности системы в стремлении к технологическому прогрессу.