إثيريوم可能的未来：The Surge

تضمنت خريطة طريق إثيريوم في البداية استراتيجيتين للتوسع: الشظايا وبروتوكولات Layer2. تسمح الشظايا لكل عقدة بالتحقق من جزء صغير فقط من المعاملات وتخزينها، بينما تقوم بروتوكولات Layer2 ببناء شبكة فوق إثيريوم، مستفيدة من أمانها مع الاحتفاظ بمعظم البيانات والحسابات خارج السلسلة الرئيسية. مع تقدم البحث، اندمجت هاتان الطريقتان في النهاية، لتشكيل خريطة طريق تركز على Rollup، والتي لا تزال استراتيجية التوسع لإثيريوم حتى اليوم.

تقدم خارطة الطريق التي تركز على Rollup تقسيمًا بسيطًا للعمل: يركز Ethereum L1 على أن يصبح طبقة أساسية قوية ومركزية، بينما تتولى L2 مهمة مساعدة النظام البيئي على التوسع. هذا النموذج موجود في كل مكان في المجتمع: وجود نظام المحاكم (L1) ليس من أجل السعي وراء السرعة الفائقة والكفاءة، ولكن لحماية العقود وحقوق الملكية، بينما يتعين على رواد الأعمال (L2) البناء على هذه الطبقة الأساسية القوية، ودفع تقدم البشرية.

هذا العام، حقق مخطط الطريق الذي يركز على Rollup نتائج مهمة: مع إطلاق كتل EIP-4844، زادت سعة البيانات في إثيريوم L1 بشكل كبير، ودخلت عدة آلات افتراضية لإيثريوم (EVM) Rollup المرحلة الأولى. كل L2 موجود كـ "شظية" ذات قواعدها الداخلية ومنطقها الخاص، وقد أصبحت تنوع وثراء طرق تنفيذ الشظايا واقعًا اليوم. لكن هذا الطريق يواجه أيضًا بعض التحديات الفريدة. لذلك، مهمتنا الآن هي إكمال مخطط الطريق الذي يركز على Rollup، وحل هذه المشكلات، مع الحفاظ على القوة واللامركزية الخاصة بـ إثيريوم L1.

الانفجار: الأهداف الرئيسية

1. يمكن أن تصل إثيريوم إلى أكثر من 100000 TPS في المستقبل من خلال L2؛

2. الحفاظ على اللامركزية والموثوقية في L1;

3. على الأقل بعض L2 قد ورثت تمامًا الخصائص الأساسية لإثيريوم ( مثل الثقة، والانفتاح، ومقاومة الرقابة );

4. يجب أن يشعر إثيريوم كنظام بيئي موحد، وليس 34 سلسلة كتلة مختلفة.

محتوى هذا الفصل

1. مثلث التوسع المتناقض
2. مزيد من التقدم في أخذ عينات توفر البيانات
3. ضغط البيانات
4. بلازما معممة
5. نظام إثبات L2 الناضج
6. تحسين التشغيل المتبادل بين L2
7. توسيع التنفيذ على L1

تناقض مثلث القابلية للتوسع

مفارقة مثلث القابلية للتوسع هي فكرة تم طرحها في عام 2017، والتي تشير إلى وجود تناقض بين ثلاث خصائص لسلسلة الكتل: اللامركزية (، وبشكل أكثر تحديداً: تكلفة تشغيل العقدة منخفضة )، وقابلية التوسع (، وعدد المعاملات التي يمكن معالجتها كبير )، والأمان (، حيث يحتاج المهاجم إلى تدمير جزء كبير من العقد في الشبكة لجعل معاملة واحدة تفشل ).

من الجدير بالذكر أن التناقض الثلاثي ليس نظرية، كما أن المنشورات التي تقدم التناقض الثلاثي لا تحتوي على دليل رياضي مرفق. إنه يقدم بالفعل حجة رياضية استدلالية: إذا كان هناك عقدة صديقة لا مركزية ( على سبيل المثال، يمكن لجهاز كمبيوتر محمول عادي أن يتحقق من N معاملة في الثانية، ولديك سلسلة يمكنها معالجة k*N معاملة في الثانية، فإن )i( يمكن أن تُرى كل معاملة فقط من قبل 1/k من العقد، مما يعني أن المهاجم يحتاج فقط إلى تدمير عدد قليل من العقد لتنفيذ معاملة ضارة، أو )ii( ستصبح عقدتك قوية، بينما ستبقى سلسلتك غير مركزية. الهدف من هذه المقالة ليس إثبات أن كسر التناقض الثلاثي مستحيل؛ بل هو إظهار أن كسر التناقض الثلاثي أمر صعب، ويتطلب نوعًا ما الخروج من الإطار الفكري الضمني في الحجة.

على مدى سنوات عديدة، ادعت بعض سلاسل الأداء العالي أنها حلت التناقض الثلاثي دون تغيير هيكلها الأساسي، عادة من خلال استخدام تقنيات هندسة البرمجيات لتحسين العقد. وهذا دائمًا ما يكون مضللًا، حيث أن تشغيل العقد على هذه السلاسل أصعب بكثير من تشغيل العقد على إثيريوم. ستستكشف هذه المقالة لماذا يحدث ذلك، ولماذا لا يمكن توسيع إثيريوم فقط من خلال هندسة البرمجيات الخاصة بعميل L1؟

ومع ذلك، فإن دمج عينة توفر البيانات مع SNARKs يحل بالفعل مفارقة المثلث: فهو يسمح للعميل بالتحقق من توفر كمية معينة من البيانات وعدد معين من خطوات الحساب الصحيحة، دون الحاجة إلى تنزيل سوى كمية قليلة من البيانات وتنفيذ القليل من العمليات الحسابية. إن SNARKs لا تتطلب ثقة. تحتوي عينة توفر البيانات على نموذج ثقة دقيق من نوع few-of-N، لكنها تحتفظ بالخصائص الأساسية التي تمتلكها السلاسل غير القابلة للتوسع، أي أنه حتى هجوم بنسبة 51% لا يمكنه فرض قبول الكتل السيئة من قبل الشبكة.

طريقة أخرى لحل معضلة الثلاثة هي بنية Plasma، التي تستخدم تقنيات ذكية لتحفيز تحويل مسؤولية مراقبة توفر البيانات إلى المستخدمين. في الفترة من 2017 إلى 2019، عندما كانت لدينا فقط إثباتات الاحتيال كوسيلة لتوسيع القدرة الحوسبية، كانت بنية Plasma محدودة جداً من حيث التنفيذ الآمن، ولكن مع انتشار SNARKs)، أي إثباتات المعرفة صفرية القصيرة غير التفاعلية(، أصبحت بنية Plasma أكثر قابلية للاستخدام في سيناريوهات أوسع من أي وقت مضى.

) تقدم إضافي في عينة توفر البيانات

ما المشكلة التي نعمل على حلها؟

في 13 مارس 2024، عند إطلاق ترقية Dencun، سيكون لدى سلسلة كتل إثيريوم 3 كتل حجمها حوالي 125 كيلوبايت لكل فتحة كل 12 ثانية، أو عرض نطاق البيانات المتاحة لكل فتحة حوالي 375 كيلوبايت. إذا تم نشر بيانات المعاملات مباشرة على السلسلة، فإن تحويل ERC20 سيكون حوالي 180 بايت، وبالتالي فإن الحد الأقصى لعدد المعاملات في الثانية لـ Rollup على إثيريوم هو: 375000 / 12 / 180 = 173.6 TPS

إذا أضفنا القيمة القصوى النظرية لـ calldata إثيريوم ###: كل slot 30000000 غاز / لكل بايت 16 غاز = كل slot 1,875,000 بايت (، فإنها ستصبح 607 TPS. باستخدام PeerDAS، قد يرتفع عدد blobs إلى 8-16، مما سيوفر لـ calldata 463-926 TPS.

هذا تحسين كبير لـ إثيريوم L1، لكنه ليس كافياً. نريد المزيد من قابلية التوسع. هدفنا المتوسط هو 16 ميجابايت لكل فتحة، وإذا تم دمجه مع تحسينات ضغط بيانات Rollup، فسوف يؤدي إلى ~58000 TPS.

)# ما هو؟ كيف يعمل؟

PeerDAS هو تنفيذ بسيط نسبيًا لـ "1D sampling". في إثيريوم، كل blob هو متعدد حدود من الدرجة 4096 في حقل أولي مكون من 253 بت ###. نحن نبث حصص المتعدد الحدود، حيث تحتوي كل حصة على 16 قيمة تقييم من 16 نقطة متجاورة من أصل 8192 نقطة. من بين هذه القيم الـ 8192، يمكن استرداد blob من أي 4096 ( بناءً على المعلمات المقترحة حاليًا: أي 64 من أصل 128 عينة ممكنة ).

تعمل PeerDAS على جعل كل عميل يستمع إلى عدد قليل من الشبكات الفرعية، حيث تقوم الشبكة الفرعية i ببث العينة i من أي blob، ومن خلال استفسار نظرائها في الشبكة العالمية p2p ( حول من سيستمع إلى الشبكات الفرعية المختلفة ) لطلب blobs الأخرى التي يحتاجها. النسخة الأكثر تحفظًا SubnetDAS تستخدم فقط آلية الشبكات الفرعية، دون استفسارات إضافية عن طبقة النظراء. الاقتراح الحالي هو أن تستخدم العقد المشاركة في إثبات الحصة SubnetDAS، بينما تستخدم العقد الأخرى ( أي العملاء ) PeerDAS.

من الناحية النظرية، يمكننا توسيع نطاق "1D sampling" بشكل كبير: إذا قمنا بزيادة الحد الأقصى لعدد blob إلى 256( والهدف إلى 128)، فسنتمكن من الوصول إلى هدف 16MB، بينما في عينة توفر البيانات، كل عقدة تأخذ 16 عينة * 128 blob * 512 بايت لكل blob لكل عينة = 1 MB من عرض النطاق الترددي لكل slot. هذا بالكاد يقع ضمن نطاق قدرتنا على التحمل: إنه ممكن، لكن هذا يعني أن العملاء ذوي النطاق الترددي المحدود لا يمكنهم أخذ عينات. يمكننا تحسين ذلك إلى حد ما من خلال تقليل عدد blob وزيادة حجم blob، لكن هذا سيزيد من تكلفة إعادة البناء.

لذلك، نريد في النهاية أن نخطو خطوة أخرى، ونقوم بأخذ عينات ثنائية الأبعاد (2D sampling)، هذه الطريقة لا تقوم فقط بأخذ عينات عشوائية داخل الكتلة، بل أيضًا تأخذ عينات عشوائية بين الكتل. باستخدام الخصائص الخطية لوعد KZG، يتم توسيع مجموعة الكتل داخل كتلة واحدة من خلال مجموعة جديدة من الكتل الافتراضية، والتي تشفر بنفس المعلومات بشكل زائد.

لذلك، في النهاية نريد أن نذهب خطوة أبعد، للقيام بعينات ثنائية الأبعاد، التي يتم فيها أخذ عينات عشوائية ليس فقط داخل الكتل، ولكن أيضاً بين الكتل. تُستخدم خاصية الالتزام KZG الخطية لتوسيع مجموعة الكتل داخل كتلة، والتي تحتوي على قائمة جديدة من الكتل الافتراضية التي تم ترميز المعلومات نفسها بشكل زائد.

من المهم جدًا أن توسيع الالتزام لا يحتاج إلى وجود blob، لذا فإن هذه الخطة صديقة لبناء الكتل الموزعة من الناحية الأساسية. العقد التي تبني الكتل في الواقع تحتاج فقط إلى امتلاك التزام blob KZG، ويمكنها الاعتماد على عينة توافر البيانات (DAS) للتحقق من توافر كتلة البيانات. عينة توافر البيانات أحادية البعد (1D DAS) صديقة أيضًا لبناء الكتل الموزعة.

(# ماذا يجب أن نفعل بعد؟ وما هي الموازين الأخرى؟

بعد ذلك، سيتم تنفيذ وإطلاق PeerDAS. بعد ذلك، ستزداد باستمرار كمية الـ blob على PeerDAS، مع مراقبة الشبكة بعناية وتحسين البرمجيات لضمان الأمان، وهذه عملية تدريجية. في الوقت نفسه، نأمل أن يكون هناك المزيد من الأعمال الأكاديمية لتقنين PeerDAS والإصدارات الأخرى من DAS وتفاعلها مع مسائل الأمان المتعلقة بقواعد اختيار الانقسام.

في مراحل مستقبلية أكثر بعدًا، نحتاج إلى القيام بمزيد من العمل لتحديد النسخة المثالية من 2D DAS، وإثبات خصائصها الأمنية. نأمل أيضًا في النهاية أن نتمكن من الانتقال من KZG إلى بديل آمن كمي ولا يتطلب إعداد موثوق. حاليًا، لا نعرف بعد ما هي الحلول المرشحة التي تكون صديقة لبناء الكتل الموزعة. حتى باستخدام تقنية "القوة الغاشمة" المكلفة، أي باستخدام STARK التكرارية لإنشاء إثباتات صحة لإعادة بناء الصفوف والأعمدة، لا يكفي لتلبية الطلب، لأنه على الرغم من أنه من الناحية التقنية، فإن حجم STARK هو O)log(n) * log###log(n() قيمة هاش ( باستخدام STIR(، إلا أن STARK في الواقع يكاد يكون بحجم blob بأكمله.

أعتقد أن المسار الواقعي الطويل الأجل هو:

1. تنفيذ DAS ثنائي الأبعاد المثالي؛
2. الاستمرار في استخدام 1D DAS، التضحية بكفاءة عرض النطاق الترددي للعينة، لقبول حد بيانات أقل من أجل البساطة والموثوقية
3. التخلي عن DA، وقبول Plasma بالكامل كهيكل Layer2 الرئيسي الذي نركز عليه.

يرجى ملاحظة أنه حتى إذا قررنا التوسع في التنفيذ مباشرة على طبقة L1، فإن هذا الخيار موجود. وذلك لأنه إذا كانت طبقة L1 ستتعامل مع عدد كبير من TPS، ستصبح كتل L1 كبيرة جدًا، وسيود العملاء وجود طريقة فعالة للتحقق من صحتها، لذا سيتعين علينا استخدام تقنيات مشابهة لتقنية Rollup) مثل ZK-EVM وDAS) على طبقة L1.

(# كيفية التفاعل مع أجزاء أخرى من خريطة الطريق؟

إذا تم تحقيق ضغط البيانات، فسيكون هناك انخفاض في الطلب على 2D DAS، أو على الأقل سيتم تأجيله، وإذا تم استخدام Plasma على نطاق واسع، فسيقل الطلب أكثر. كما أن DAS يطرح تحديات لبروتوكولات وآليات بناء الكتل الموزعة: على الرغم من أن DAS نظريًا صديق لإعادة البناء الموزع، إلا أن ذلك يتطلب في الممارسة العملية دمجه مع اقتراح قائمة تضمين الحزم وآلية اختيار الفروع المحيطة بها.

) ضغط البيانات

(# ماذا نحل من مشكلة؟

كل عملية في Rollup ستستخدم مساحة كبيرة من بيانات السلسلة: نقل ERC20 يحتاج حوالي 180 بايت. حتى مع وجود عينة مثالية من قابلية البيانات، فإن هذا يحد من قابلية التوسع لبروتوكولات Layer. كل slot 16 ميغابايت، نحصل على:

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

ماذا سيحدث إذا استطعنا حل مشكلة البسط وكذلك حل مشكلة المقام، مما يجعل كل معاملة في الـ Rollup تشغل عدد بايت أقل على السلسلة؟

ما هو، كيف يعمل؟

في رأيي، أفضل تفسير هو هذه الصورة من قبل عامين:

![فيتاليك الجديدة: مستقبل إثيريوم المحتمل، The Surge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-5d1a322bd6b6dfef0dbb78017226633d.webp###

في ضغط بايتات الصفر، يتم استبدال كل سلسلة طويلة من بايتات الصفر ببايتين يوضحان عدد بايتات الصفر. علاوة على ذلك، استغلنا الخصائص المحددة للمعاملات:

تجميع التوقيع: نحن نتبدل من توقيع ECDSA إلى توقيع BLS