Огляд технологічного оновлення Ethereum: The Surge

Співзасновник Ethereum Віталік Бутерін нещодавно опублікував серію статей, що досліджують майбутній розвиток Ethereum. Ці статті обертаються навколо шести етапів дорожньої карти Ethereum: злиття, сплеск, ліквідація, верифікація, очищення та стрибок. У цій статті буде зосереджено увагу на етапі The Surge, який в основному зосереджений на масштабованості Ethereum та його довгостроковому розвитку.

Визія ядра Ethereum

Основною метою Ethereum є стати інфраструктурою децентралізованого Інтернету. Завдяки автоматичному виконанню смарт-контрактів, Ethereum підтримує розробку складних децентралізованих додатків, і ця гнучкість робить його переважною платформою для розробників, які створюють DeFi, NFT та інші додатки.

Однак, Ethereum має обмеження в плані масштабованості. Наразі Ethereum може обробляти лише 15-30 транзакцій на секунду, що значно нижче, ніж у традиційних платіжних мережах. Це призводить до високих витрат на газ під час заторів у мережі, що обмежує здатність Ethereum стати глобальною інфраструктурою. The Surge саме для вирішення цієї проблеми.

Основні цілі Surge включають:

• Реалізація обробки понад 100 000 транзакцій на секунду для Ethereum L1+L2
• Зберегти децентралізацію та стабільність L1
• Забезпечити, щоб частина L2 повністю успадковувала основні властивості Ethereum
• Максимізація міжоперабельності між L2, щоб Ethereum став єдиною екосистемою

Розширювальна стратегія, що базується на rollup

Ядром Surge є значне підвищення масштабованості за допомогою рішень L2, де rollup є ключовим компонентом. Ця стратегія чітко визначає розподіл обов'язків: Ethereum L1 зосереджується на тому, щоб стати потужним і децентралізованим базовим рівнем, тоді як L2 виконує завдання розширення екосистеми.

Rollup пакує транзакції поза ланцюгом, а потім надсилає результати назад до основної мережі, значно підвищуючи пропускну спроможність при збереженні безпеки та децентралізації. Віталік зазначив, що rollup може підвищити обробну здатність Ethereum до понад 100 000 транзакцій на секунду. Це буде революційний прогрес, що дозволить Ethereum підтримувати глобальні масштабні застосування без шкоди для децентралізації.

Віталік підкреслив, що rollup не лише тимчасове рішення, а й довгострокова стратегія розширення. Ethereum 2.0 через The Merge перейшов від доказу роботи до доказу частки, що зменшило енергоспоживання, а rollup вважається наступною важливою віхою.

Цього року важливого прогресу досягнуто в дорожній карті з використанням rollup: з упровадженням blobs EIP-4844 значно збільшилася пропускна здатність даних Ethereum L1, кілька rollup Ethereum Virtual Machine перейшли до першої стадії. Кожен L2 існує як фрагмент з власними правилами та логікою, різноманітність способів реалізації фрагментацій стала реальністю.

Подальший розвиток вибірки доступності даних (DAS)

Зразок доступності даних ( DAS ) є ще одним ключовим аспектом The Surge, який має на меті вирішення проблеми доступності даних. У децентралізованій мережі надзвичайно важливо, щоб усі вузли могли перевіряти дані, не зберігаючи або не завантажуючи всю інформацію.

DAS дозволяє вузлам перевіряти дані без доступу до повного набору даних, що підвищує масштабованість і ефективність.

Віталік підкреслив два типи DAS: PeerDAS і 2D DAS. PeerDAS має на меті посилити довірчі припущення rollup, підвищуючи безпеку. 2D DAS не лише проводить випадкову вибірку в межах blob, а також між blob. Використовуючи лінійні властивості KZG зобов'язань, через нову групу віртуальних blob розширюється набір blob у блоці, які кодують однакову надмірну інформацію.

Завдяки DAS, Ethereum може обробляти більші обсяги даних, забезпечуючи швидші та економічніші rollup, не жертвуючи децентралізацією.

У майбутньому потрібно буде ще більше роботи, щоб визначити ідеальну версію 2D DAS і довести її безпечні властивості.

Довгостроковий шлях реалізації, на думку Віталіка, це:

1. Впровадження ідеального 2D DAS
2. Дотримуйтесь використання 1D DAS, жертвуючи ефективністю полоси пропускання зразків, щоб заради простоти та надійності приймати нижчий верхній рівень даних.
3. Відмовитися від DA, повністю прийняти Plasma як основну архітектуру Layer2

Варто зазначити, що навіть якщо вирішити безпосередньо розширити виконання на рівні L1, ці варіанти все ще існують. Тому що якщо L1 має обробляти велику кількість транзакцій, блоки L1 стануть дуже великими, клієнти повинні будуть ефективно перевіряти їх правильність, тому доведеться використовувати на рівні L1 ті ж технології, що й у rollup(, такі як ZK-EVM та DAS).

Plasma та інші рішення

Крім Rollup, раніше запропоноване рішення для розширення поза мережею Plasma також є іншим рішенням L2.

Plasma створює дочірні ланцюги, які незалежно від основного ланцюга Ethereum обробляють транзакції та регулярно надсилають зведення до основної мережі. Для кожного блоку оператор надсилає кожному користувачеві Merkle-дерево, що підтверджує зміни стану активів цього користувача. Користувачі можуть вилучати активи, надаючи Merkle-дерево. Важливо, що це дерево не обов'язково повинно мати актуальний стан як корінь.

Отже, навіть якщо виникають проблеми з доступністю даних, користувачі все ще можуть відновити активи, витягнувши доступний останній стан. Якщо користувач подає недійсну гілку, можна визначити право власності на активи через механізм оскарження в ланцюзі.

Хоча розробка Plasma певною мірою відстає від rollup, Віталік все ще вважає його частиною більш широкого набору інструментів масштабованості Ethereum.

Крім того, Віталік також обговорив удосконалення технологій стиснення даних та криптографічних доказів для подальшого підвищення ефективності роллапів та інших рішень L2. Ідея полягає в тому, щоб якомога більше стиснути дані, при цьому забезпечуючи доступність усієї необхідної інформації для перевірки вузлами Ethereum. Ці технологічні покращення, ймовірно, зіграють ключову роль у процесі досягнення вищої пропускної здатності Ethereum.

Ранні версії Plasma могли обробляти лише платіжні кейси, що ускладнювало подальше впровадження. Але якщо вимагати, щоб кожен корінь перевірявся за допомогою SNARK, Plasma стане потужнішим. Його процес можна значно спростити, оскільки виключено більшість можливих шляхів шахрайства з боку операторів. Водночас відкриваються нові шляхи, а саме, коли оператори не шахраюють, користувачі можуть негайно виводити кошти, не чекаючи періоду оскарження.

Продуктивність Plasma досить хороша, і це також ключова причина, чому всі розробляють технічні структури для подолання його недоліків у безпеці.

Поліпшення міжопераційності між L2

Основними викликами, з якими стикається сучасна L2 екосистема, є слабка міжоперабельність між L2. Як зробити так, щоб використання L2 екосистеми відчувалося так само, як використання єдиної екосистеми Ethereum, є нагальною проблемою, що потребує вдосконалення.

Покращення міжоперабельності між L2 має кілька категорій. Теоретично, Ethereum, зосереджений на Rollup, подібний до виконуваних шматків L1. Поточна екосистема L2 Ethereum на практиці все ще має такі проблеми, що віддаляють її від ідеального стану:

Адреса конкретного ланцюга: Адреса повинна містити інформацію про ланцюг (L1, Optimism, Arbitrum тощо ). Як тільки це буде реалізовано, можна буде просто вставити адресу в поле відправлення для здійснення міжланцюгових відправлень L2, гаманець може в задньому плані самостійно обробляти спосіб відправлення (, включаючи використання міжланцюгового протоколу ).

Платіжні запити для певного ланцюга: Повинні легко та стандартизовано створюватися повідомлення "надішліть мені X токенів типу Y на ланцюзі Z". Головним чином використовується для платежів між людьми, платежів між людьми та послугами торговців, а також для запитів фінансування dApp.

Кросс-ланцюговий обмін та оплата Gas: Потрібні стандартизовані відкриті протоколи для вираження кросс-ланцюгових операцій. ERC-7683 та RIP-7755 намагалися це зробити в цій області, хоча їхнє застосування є більш широким.

Легкий клієнт: Користувачі повинні мати можливість фактично перевіряти ланцюг, з яким вони взаємодіють, а не просто довіряти постачальнику RPC. Наприклад, Helios від a16z crypto може це зробити ( для Ethereum ), але ця бездоверчева модель повинна поширитися на L2. ERC-3668( CCIP-read ) є стратегією для досягнення цієї мети.

Ідея спільного токен-мосту: У випадку, якщо всі L2 є rollup з доказом ефективності і кожен слот подається до Ethereum, для перенесення активів з одного L2 на інший у рідному стані все ще потрібно вивести та внести, що вимагатиме сплати великої кількості L1 Gas.

Одним із способів вирішення цієї проблеми є: створення спільного мінімалістичного Rollup, основною функцією якого є підтримка інформації про те, який L2 володіє кожним токеном та їх відповідними залишками, а також можливість масового оновлення цих залишків через операції передачі між L2, ініційовані будь-яким L2. Це дозволить проводити між L2 перекази без щоденного сплати газових зборів L1, а також без використання технологій, таких як ERC-7683, заснованих на постачальниках ліквідності.

Синхронна комбінованість: Дозволяє здійснювати синхронні виклики між певними L2 та L1 або між кількома L2. Це допомагає підвищити фінансову ефективність DeFi-протоколів. Перше можна реалізувати без міжмережевої координації між L2; останнє ж вимагає спільного впорядкування. Технологія на основі rollup автоматично підходить для всіх цих технологій.

Багато з наведених вище прикладів стикаються з дилемою, коли стандартизувати і які рівні стандартизувати. Якщо стандартизація відбудеться занадто рано, це може закріпити менш ефективні рішення. Якщо стандартизація відбудеться занадто пізно, це може призвести до непотрібної фрагментації.

Нинішня загальна думка полягає в тому, що в певних випадках існують короткострокові рішення, які мають слабкіші властивості, але їх легше реалізувати, а також «остаточно правильні», але на реалізацію яких потрібно кілька років. Ці завдання є не лише технічними проблемами, а також (, а можливо, і в основному ) соціальними проблемами, що вимагає співпраці L2, гаманців та L1.

Продовжувати розширення Ethereum L1

Віталік вважає, що розширення Ethereum L1 самого по собі та забезпечення його здатності вміщувати дедалі більше варіантів використання є дуже цінним.

Існує три стратегії розширення L1, які можуть здійснюватися окремо або паралельно:

1. Покращити технологію (, таку як код клієнта, безстатевий клієнт, історичний термін ), щоб L1 було легше підтвердити, а потім підвищити обмеження Gas.
2. Зменшити витрати на конкретні операції, збільшити середню ємність без підвищення ризику найгіршого сценарію
3. Нативні Rollups ( створюють N паралельних копій EVM )

Ці технології мають різні компроміси. Наприклад, нативні роллапи мають ту ж слабкість в комбінованості, що й звичайні роллапи: не можуть надсилати одну транзакцію для синхронного виконання через кілька роллапів. Підвищення ліміту Gas послабить інші переваги, які можуть бути досягнуті шляхом спрощення верифікації L1, такі як збільшення частки користувачів, які запускають верифікаційні вузли, та кількість соло-стейкерів. Залежно від способу реалізації, зниження вартості певних операцій у EVM може збільшити загальну складність EVM.

Децентралізація та безпека

Баланс між масштабованістю та децентралізацією є темою, яку Віталік неодноразово підкреслював. Багато блокчейн-проектів обирають жертвувати децентралізацією заради підвищення пропускної спроможності. Наприклад, певна торгова платформа може обробляти тисячі транзакцій на секунду, але для цього потрібне потужне обладнання для роботи вузлів, що веде до централізації мережі. Віталік наполягає на тому, що навіть якщо Ethereum постійно розширюється, необхідно зберігати прихильність до децентралізації.

Rollup та DAS вважаються способами збільшення ємності Ethereum, водночас зберігаючи його децентралізовану природу. На відміну від деяких високопродуктивних блокчейнів, стратегія масштабування Ethereum гарантує, що будь-хто може запустити вузол, щоб захистити мережу справжнім децентралізованим способом. Це є критично важливим для бачення Ethereum, тобто створення блокчейну, який підтримує глобальну, бездозвільну фінансову систему.

Чим вища масштабованість, тим більша відповідальність за безпеку. У міру того, як Ethereum переходить до майбутнього, орієнтованого на rollup, забезпечення безвідмовності цих систем стає вкрай важливим. Rollup покладається на криптографічні докази, щоб гарантувати, що транзакції поза ланцюгом є законними під час подачі назад до Ethereum. Хоча ці системи вже довели свою ефективність, але не без ризиків. Віталік визнає, що зрілість цих технологій вимагає ретельного тестування та ітерацій, особливо коли їх використовують більш широко.

Перспективи The Surge

Після The Surge Віталік уявляв Ethereum не лише як масштабований, але й повністю децентралізований, безпечний та стійкий. Це бачення включає не лише розширення першого рівня через rollup та DAS, але й створення більш ефективних алгоритмів консенсусу, покращення інструментів для розробників та сприяння процвітанню екосистеми dApp.

Дорожня карта Ethereum є оптимістичною, але також існує багато викликів. Масштабна реалізація rollup, забезпечення безпеки рішень L2 та підготовка до квантового майбутнього – це складні завдання. Однак, якщо Ethereum зможе успішно подолати ці перешкоди, він закріпить своє місце в якості ядра Web3.