Grande mise à niveau de la couche de consensus d'Ethereum : Beam Chain et ses cinq grandes réformes

Ethereum a parcouru un long chemin depuis sa création avec le mécanisme de preuve de travail (PoW) jusqu'à sa transition réussie vers le mécanisme de preuve d'enjeu (PoS) en 2021. Cependant, un chercheur principal d'Ethereum a souligné que, bien que la chaîne de balises ait bien fonctionné lors de l'introduction initiale du PoS, elle a également accumulé certaines "dettes techniques" au cours des cinq dernières années. La conception actuelle n'a pas réussi à tirer pleinement parti des technologies de pointe des systèmes décentralisés, telles que les preuves à connaissance nulle. Par conséquent, la couche de consensus d'Ethereum a besoin d'une mise à jour majeure de toute urgence.

Lors d'une récente conférence des développeurs, ce chercheur a présenté une proposition appelée "Beam Chain", visant à réformer en profondeur la couche de consensus d'Ethereum. Cela fait partie intégrante du plan de développement à long terme d'Ethereum, avec pour objectif d'améliorer considérablement la scalabilité et la performance du réseau, en tirant parti des dernières percées en cryptographie à connaissance nulle, sans lancer de nouveau réseau. Il ne fait aucun doute que cela sera l'une des mises à niveau les plus critiques d'Ethereum au cours des 3 à 5 prochaines années.

Il est nécessaire de clarifier que Beam Chain n'est pas une nouvelle blockchain au sens littéral, mais une nouvelle infrastructure construite à l'intérieur du réseau principal Ethereum. Cela augmentera considérablement la vitesse, la sécurité et l'efficacité des transactions sur le réseau principal L1. Certains pensent à tort que Beam Chain est Ethereum 3.0, mais ce n'est pas exact. Beam Chain se concentre sur la résolution des problèmes de la couche de consensus et n'impliquera pas de modifications de la couche de données (comme les canaux blob) ou de la couche d'exécution (comme la machine virtuelle Ethereum EVM).

Beam Chain apportera cinq grandes transformations fondamentales :

1. Confirmation de bloc plus rapide : un temps de créneau de 4 secondes et une finalité de créneau unique.
2. Maintenir la décentralisation : maintenir ou améliorer le niveau de décentralisation actuel
3. Abaisser le seuil de Staking : réduire les exigences de Staking d'Éther de 32 ETH à 1 ETH.
4. Protéger les utilisateurs ordinaires : éliminer les problèmes de MEV basés sur la réorganisation de la blockchain
5. Orienté vers l'avenir : rendre le réseau Ethereum résistant aux ordinateurs quantiques

La pensée et le principe de la mise à niveau de Beam Chain

1. Augmenter la production de blocs

• Augmenter le débit : Beam Chain augmente la production de blocs jusqu'à 3 fois celle actuelle, renforçant ainsi de manière significative la capacité de traitement des transactions d'Ethereum.
• Renforcer la résistance à la censure : introduction du mécanisme FOCIL (Liste de sélection de fourche à inclusion forcée) pour garantir que les transactions ne soient pas facilement exclues de manière malveillante.
• Exécution des enchères et séparation des validateurs : en réalisant des enchères, on atteint la séparation des validateurs, améliorant ainsi les performances et le degré de décentralisation, tout en réduisant le risque d'impact des MEV sur les utilisateurs.
• Accélérer la finalité : atteindre la finalité en un seul créneau et un temps de bloc de 4 secondes, accélérer la vitesse de confirmation des transactions et améliorer l'efficacité du réseau.

Cela signifie que l'échange n'aura plus besoin d'attendre la confirmation de plusieurs blocs, et à l'avenir, une seule confirmation de bloc sera suffisante.

2. Améliorer le mécanisme de staking

• Optimisation du modèle d'émission : ajustement du modèle de distribution des récompenses des validateurs pour augmenter le rendement des mises.
• Abaisser le seuil de mise : les validateurs indépendants n'ont besoin de miser que 1 ETH, bien en dessous des 32 ETH requis actuellement, rendant la mise indépendante plus accessible.

Cette avancée révolutionnaire est due à l'application de la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance, permettant à Ethereum d'augmenter sa vitesse tout en accueillant davantage de nœuds participant au consensus, sans augmenter de manière significative les exigences matérielles, brisant ainsi le triangle impossible du staking.

3. Renforcer la sécurité

• Introduction de la cryptographie post-quantique : mise en œuvre de techniques de cryptographie résistantes aux quantiques pour garantir la sécurité du réseau face aux menaces potentielles des futurs ordinateurs quantiques.
• Intégration de zkSNARK et zkVM : Amélioration de la protection de la vie privée, de l'évolutivité et de la sécurité grâce à la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance.
• Blockchain SNARKifiée : Utilisation de la technologie RISC-V pour SNARKifier la blockchain, améliorant ainsi l'efficacité de génération des preuves et l'évolutivité.
• Renforcer la randomité : Introduire un mécanisme de randomité plus puissant pour garantir l'équité des processus réseau clés tels que la sélection des validateurs.
• Réduire les risques de MEV : minimiser l'impact des comportements de robots tels que les attaques sandwich grâce à l'amélioration de la résistance à l'examen.

4. Principe de fonctionnement

Depuis la détermination de la conception de la couche de consensus actuelle d'Ethereum (chaîne de balise), les cryptographes ont réalisé des avancées significatives dans le domaine des SNARKs. En SNARKisant la fonction de transformation de l'état d'Ethereum, il est possible d'obtenir un temps de créneau de 4 secondes et une finalité à un seul créneau. Cela améliore non seulement l'expérience des transactions L1, mais réduit également la valeur potentielle d'extraction en éliminant les stratégies de réorganisation de blocs distants, tout en allégeant la dette technique de la couche de consensus.

La SNARKification donnera également au réseau Ethereum une résistance quantique, une caractéristique indispensable pour les blockchains de demain.

Beam Chain avancera l'upgrade d'Ethereum sur plusieurs aspects suivants :

• Technologie de sharding : en divisant les données en fragments plus petits, cela permet le traitement parallèle de plusieurs transactions, réduisant les goulets d'étranglement et accélérant la vitesse des transactions.
• Sécurité contre le calcul quantique : utilisation de technologies de cryptage avancées pour garantir que la sécurité du réseau ne soit pas menacée par de futurs ordinateurs quantiques.
• Intégration avec la feuille de route : Beam Chain en tant que composant important de la feuille de route d'extension et d'amélioration de la sécurité d'Ethereum pour les 5 prochaines années.

5. Importance significative

Beam Chain est essentiel pour améliorer la capacité de traitement des applications décentralisées en pleine croissance sur Ethereum. Il augmentera la scalabilité, réduira les coûts de transaction et renforcera la sécurité globale, permettant au réseau de prendre en charge plus d'utilisateurs et d'applications complexes.

Le système de preuve basé sur SNARK permet aux stakers ordinaires utilisant du matériel standard d'atteindre les avantages de performance mentionnés ci-dessus. Avec le seuil de mise abaissé de 32 ETH à 1 ETH, le degré de décentralisation de la communauté des stakers Ethereum sera encore amélioré.

En particulier, la baisse des barrières d'entrée, combinée à certains équipements matériels connexes (comme les dispositifs de nœud de validation domestiques lancés par certaines entreprises), permettra à Ethereum de maintenir sa position de blockchain la plus décentralisée et ayant le plus grand nombre de nœuds dans le monde.

Bien que la vision de Beam Chain ne change pas immédiatement Ethereum, elle influencera les priorités de développement de la feuille de route, accélérant le développement de certains composants. Par exemple, certaines mises à niveau importantes prévues dans la feuille de route actuelle pour 2029 pourraient être réalisées plus tôt.

Si Beam Chain obtient un soutien communautaire suffisant, les développeurs pourraient commencer à établir des spécifications l'année prochaine, puis en 2026, l'équipe cliente écrira un code de production, des tests auront lieu en 2027, avant que cela puisse être déployé en toute sécurité sur le réseau principal. Bien que le calendrier de mise en œuvre semble lointain, ces redondances de sécurité sont nécessaires pour les logiciels open source en développement décentralisé.

En résumé, Beam Chain a résolu d'un coup la "dette technique" passée grâce à une approche ZK, et espère améliorer de manière significative ses fonctionnalités L1 tout en maintenant un haut niveau de décentralisation d'Ethereum. Les solutions à long terme, telles que la résistance quantique introduite par cette nouvelle approche, placeront la couche de consensus d'Éther en "mode de maintenance", garantissant ainsi sa sécurité, son efficacité et son adaptabilité pour les décennies à venir, tout en posant les bases de l'innovation future sans nécessiter de redesign révolutionnaire.

Ethereum continue à se positionner sur le long terme, ce qui constitue un progrès enthousiasmant pour la blockchain et l'ensemble de l'industrie, tout en fournissant une base solide pour notre optimisme à l'égard de l'Éther dans l'environnement de marché actuel en pleine expansion.