Технічна еволюція системи атестації Ethereum

Співзасновник Ethereum Віталік Бутерін нещодавно опублікував низку статей, в яких досліджує напрямки розвитку протоколу Ethereum у майбутньому. Ці статті охоплюють шість основних частин дорожньої карти Ethereum, ця стаття зосередиться на першій частині - "The Merge"( злиття), досліджуючи, які ще можуть бути покращення в механізмі атестації(PoS) та як реалізувати ці покращення.

Віталік вважає, що "злиття" є найважливішою віхою в історії Ethereum, що знаменує перехід від роботи на основі доказу витрат (PoW) до атестації (PoS). Наразі Ethereum як система PoS стабільно працює вже майже два роки, демонструючи відмінні результати в стабільності, продуктивності та децентралізації. Проте механізм PoS все ще має деякі ключові області, які потребують подальшої оптимізації.

Дорожня карта Ethereum на 2023 рік розділяє ці оптимізації на дві великі категорії: покращення технічних характеристик (, такі як стабільність, продуктивність та доступність для малих валідаторів ), а також економічні зміни для боротьби з ризиками централізації. Віталік підкреслив, що цей список не є вичерпним, а є лише деякими ідеями, які наразі активно розглядаються.

Основна мета злиття

1. Реалізація односекундної детермінації (SSF): наразі блоки Ethereum потребують близько 15 хвилин для остаточного підтвердження. Підвищуючи ефективність механізму консенсусу, можна значно скоротити цей час, щоб блоки могли бути запропоновані та остаточно підтверджені в той же часовий проміжок.

2. Підтверджувати та завершувати транзакції якомога швидше, зберігаючи децентралізацію.

3. Підвищити доцільність окремого стейкінгу, знизити бар'єри для участі.

4. Подальше зміцнення стабільності системи.

5. Посилення стійкості Ethereum до атак на 51% та відновлювальних можливостей, включаючи запобігання зворотності остаточності, блокування остаточності та цензури.

Одночасна детермінація та демократизація стейкінгу

Наразі, Ethereum потребує 2-3 епохи( приблизно 15 хвилин) для завершення блоку, і потрібно 32 ETH, щоб стати стейкером. Це результат компромісу між трьома цілями: максимізація кількості учасників стейкінгу, мінімізація часу фіналізації та мінімізація витрат на роботу вузлів.

В ідеальних умовах, Ethereum сподівається досягти двох покращень, зберігаючи економічну фінальність.

1. Завершити підтвердження блоку в часовому слотові (slot), в ідеалі зберігаючи або скорочуючи поточну тривалість у 12 секунд.

2. Знизити поріг стейкінгу з 32 Етер до 1 Етер.

Ці дві зміни принесуть більше користі для користувачів завдяки вищому рівню безпеки та значно знизять бар'єри для окремого стейкінгу. Однак ці цілі суперечать меті мінімізації витрат, що також є причиною, чому Ethereum спочатку не впровадив односекундну детермінованість. Проте останні дослідження пропонують деякі можливі рішення.

Пропозиція про односекундну детермінацію

Щоб досягти однозначної детермінованості в один час, незважаючи на велику кількість валідацій, при цьому не збільшуючи суттєво витрати на експлуатацію вузлів, наразі існує кілька основних рішень:

1. Покращення протоколу агрегації підписів, можливо, буде використовувати технологію ZK-SNARKs для обробки підписів мільйонів валідаторів в один часовий слот.

2. Механізм комітету Orbit: випадковий відбір середніх за розміром комітетів для відповідальності за остаточне затвердження ланцюга, одночасно зберігаючи характеристики високих витрат на атаки.

3. Двошарова механіка стейкінгу: встановлено два типи стейкерів, один з яких має вищі вимоги до депозиту, а інший - нижчі. Тільки стейкери вищого рівня безпосередньо беруть участь у процесі економічної остаточності.

Кожен з варіантів має свої переваги та недоліки, їх потрібно зважити між безпекою, децентралізацією та технічною складністю.

Вибори єдиного секретного лідера

Зараз наступного пропонента блоку можна дізнатися заздалегідь, що може призвести до вразливостей безпеки. Протокол єдиного таємного лідера виборів (SSLE) має на меті вирішити цю проблему, створюючи за допомогою криптографічних технологій "сліпий" ідентифікатор валідатора для кожного валідатора, та даючи кільком пропонентам можливість реорганізувати та перетворити пул сліпих ID.

Однак реалізувати простий і ефективний протокол SSLE не є легким завданням. Як реалізувати SSLE без значного збільшення складності протоколу, а також як розробити стійкий до квантових обчислень SSLE, є питаннями, які потрібно вирішити.

Швидше підтвердження транзакцій

Подальше скорочення часу підтвердження транзакцій Ethereum ( з 12 секунд до 4 секунд ) значно покращить досвід користувачів, підвищить ефективність DeFi-протоколів і сприятиме децентралізації L2. Основними є два технічні шляхи: скорочення часу слотів або дозволення пропонувальникам публікувати попереднє підтвердження протягом одного слоту.

Однак скорочення часу між блоками може збільшити ризик централізації валідаторів. Метод попереднього підтвердження, хоча і може покращити середній час підтвердження, не може покращити найгірший випадок, а питання, як стимулювати попереднє підтвердження, залишається невирішеним.

Загроза квантових обчислень

Стикаючись із можливими загрозами з боку квантових обчислень, Ethereum потребує активної розробки альтернативних рішень, стійких до квантових атак. Кожна частина протоколу, що залежить від еліптичних кривих, потребує альтернатив на основі хешування або інших квантово-стійких технологій. Це підкреслює важливість дотримання консервативних припущень у дизайні атестації.

Висновок

Технічний шлях еволюції системи атестації Ethereum сповнений викликів. Щоб впоратися з цими викликами, важливими питаннями, які потрібно вирішити Ethereum, є остаточна детермінованість одного таймслоту, демократизація стейкінгу, вибори єдиного таємного лідера, швидше підтвердження транзакцій та розробка альтернатив, що протистоять квантовим атакам.

Віталік провів всебічне обговорення оновлення "The Merge", запропонував комбінації різних технічних рішень, обговорив потенціал дизайну технології PoS Ethereum та поточні шляхи технічного оновлення.

У процесі технологічного оновлення Ethereum постійно досліджує інновації, зважуючи різні варіанти, щоб знайти найкращий шлях розвитку, досягти вищого рівня безпеки, продуктивності та децентралізації. Цей процес демонструє високу увагу спільноти Ethereum до стабільності системи та безпеки під час прагнення до технологічного прогресу.