The Surge: Ethereum'in ölçeklenebilirliğinin geleceği

Ethereum'un yol haritasında başlangıçta iki tür ölçekleme stratejisi vardı: parçalama ve Layer2 protokolleri. Bu iki strateji nihayet bir araya gelerek Rollup merkezli bir yol haritası oluşturdu ve bu gün itibarıyla hala Ethereum'un genişleme stratejisidir.

Rollup merkezli yol haritası basit bir iş bölümü öneriyor: Ethereum L1 güçlü ve merkeziyetsiz bir temel katman olmaya odaklanırken, L2 ekosistemi genişletme görevini üstleniyor. Bu model toplumda her yerde mevcut: Mahkeme sistemi (L1), sözleşmelerin ve mülkiyet haklarının korunması için var; girişimciler (L2) ise bu temelin üzerine inşa ederek insanlığı ileriye taşıyor.

Bu yıl, Rollup merkezli yol haritasında önemli başarılar elde edildi: EIP-4844 blobs'un piyasaya sürülmesiyle birlikte, Ethereum L1'in veri bant genişliği büyük ölçüde arttı ve birçok EVM Rollup ilk aşamaya girdi. Her L2, kendi kuralları ve mantığı olan bir "parça" olarak varlık göstermektedir, parçaların uygulanma çeşitliliği ve çok yönlülüğü artık bir gerçek haline geldi. Ancak bu yolu izlemek bazı özgün zorluklarla da yüzleşmektedir. Bu nedenle, şu anki görevimiz Rollup merkezli yol haritasını tamamlamak, bu sorunları çözmek ve aynı zamanda Ethereum L1'in sağlamlığını ve merkeziyetsizliğini korumaktır.

The Surge: Ana Hedefler

1. Gelecekte Ethereum, L2 aracılığıyla 100.000'in üzerinde TPS'ye ulaşabilir;
2. L1'in merkeziyetsizliğini ve dayanıklılığını koruyun;
3. En azından bazı L2'ler, Ethereum'un temel özelliklerini ( güvene dayalı, açık, sansüre dirençli ) tamamen miras almıştır;
4. Ethereum bir bütünleşik ekosistem gibi hissettirmeli, 34 farklı blok zinciri gibi değil.

Bu bölümün içeriği

1. Ölçeklenebilirlik Üçgen Paradoksu
2. Veri kullanılabilirliği örneklemesinin daha fazla ilerlemesi
3. Veri Sıkıştırma
4. Genelleşmiş Plasma
5. Olgun L2 kanıt sistemi
6. L2'ler arası etkileşim iyileştirmeleri
7. L1 üzerinde genişletilmiş yürütme

Ölçeklenebilirlik Üçgen Paradoksu

Ölçeklenebilirlik üçgeni paradoksu, blockchain'in üç özelliği arasında bir çelişki olduğunu savunur: merkeziyetsizlik (, çalıştırma düğümlerinin düşük maliyeti ), ölçeklenebilirlik (, işlenen işlem sayısı fazla ) ve güvenlik (, saldırganların tek bir işlemi başarısız kılmak için ağdaki çok sayıda düğümü yok etmesi gerektiği ).

Dikkate değer bir nokta, üçgen paradoksunun bir teorem olmamasıdır; üçgen paradoksunu tanıtan gönderiler de matematiksel bir kanıt ile birlikte değildir. Bu, sezgisel bir matematiksel argüman sunar: Eğer merkeziyetsiz dostu bir düğüm her saniyede N işlem doğrulayabiliyorsa ve senin her saniyede k*N işlem işleyebilen bir zincirin varsa, o zaman (i) her işlem yalnızca 1/k düğüm tarafından görülebilir, bu da demektir ki saldırganların yalnızca birkaç düğümü yok etmesi yeterli olacak ve bir kötü niyetli işlemle, ya da (ii) düğümlerin güçlü hale gelmesi, senin zincirinin merkeziyetsiz olmayacağı anlamına gelir. Bu makalenin amacı, üçgen paradoksunu kırmanın imkansız olduğunu kanıtlamak değildir; aksine, üçlü paradoksu kırmanın zor olduğunu ve bu argümanın içerdiği düşünce çerçevesinin bir dereceye kadar dışına çıkmayı gerektirdiğini göstermektir.

Yıllar boyunca, bazı yüksek performanslı zincirler, mimarilerini temelinden değiştirmeden üçlü paradoksu çözdüklerini iddia ettiler, genellikle düğümleri optimize etmek için yazılım mühendisliği teknikleri kullanarak. Bu her zaman yanıltıcıdır; bu zincirlerde düğüm çalıştırmak, Ethereum'da düğüm çalıştırmaktan çok daha zordur. Bu makale neden böyle olduğunu ve yalnızca L1 istemci yazılım mühendisliğinin kendisinin Ethereum'u ölçeklendiremeyeceğini keşfedecektir.

Ancak, veri kullanılabilirliği örneklemesi ile SNARK'ların birleşimi, üçgen paradoksunu gerçekten çözmektedir: Bu, istemcilerin yalnızca az miktarda veri indirip çok az hesaplama yaparak belirli bir miktardaki verinin mevcut olduğunu ve belirli bir miktardaki hesaplama adımının doğru bir şekilde gerçekleştirildiğini doğrulamasına olanak tanır. SNARK'lar güven gerektirmeyen bir yapıdır. Veri kullanılabilirliği örneklemesi, ince bir few-of-N güven modeli taşır, ancak bu, ölçeklenemez zincirin temel özelliklerini korur; yani, %51'lik bir saldırı bile kötü blokların ağ tarafından kabul edilmesini zorlayamaz.

Üçlü zorlukları çözmenin bir diğer yolu Plasma mimarisidir. Bu mimari, izleme verilerinin kullanılabilirlik sorumluluğunu kullanıcıya aktarmak için akıllıca bir teknik kullanarak uyumlu bir şekilde teşvikler sağlar. 2017-2019 yılları arasında, yalnızca dolandırıcılık kanıtlarıyla hesaplama kapasitesini genişletebildiğimizde, Plasma güvenli uygulama açısından oldukça sınırlıydı, ancak SNARK'ların yaygınlaşmasıyla birlikte, Plasma mimarisi her zamankinden daha geniş kullanım senaryoları için daha uygulanabilir hale geldi.

Veri Erişilebilirliği Örneklemesindeki İlerlemeler

Hangi sorunu çözmeye çalışıyoruz?

2024年3月13日,当Dencun升级上线时, Ethereum区块链 her 12 saniyede 3 adet yaklaşık 125 kB blob içerecektir, veya her slot için veri kullanılabilir bant genişliği yaklaşık 375 kB olacaktır. İşlem verilerinin doğrudan zincir üzerinde yayınlandığını varsayarsak, ERC20 transferi yaklaşık 180 bayt olduğundan, Ethereum üzerindeki Rollup'ın maksimum TPS'si: 375000 / 12 / 180 = 173.6 TPS

Eğer Ethereum'un calldata( teorik maksimum değerini eklersek: her slot 30 milyon Gas / her byte 16 gas = her slot 1,875,000 byte), bu durumda 607 TPS olur. PeerDAS kullanarak, blob sayısı 8-16'ya çıkabilir, bu da calldata için 463-926 TPS sağlar.

Bu, Ethereum L1 için büyük bir yükseliş, ama yeterli değil. Daha fazla ölçeklenebilirlik istiyoruz. Orta vadeli hedefimiz her bir slot için 16 MB, eğer Rollup veri sıkıştırma iyileştirmeleri ile birleştirilirse, ~58000 TPS sağlayacaktır.

Bu nedir? Nasıl çalışır?

PeerDAS, "1D sampling" in basit bir uygulamasıdır. Ethereum'da her blob, 253 bit asal alanında tanımlanan 4096. dereceden bir polinomdur. Polinomun paylarını yayınlıyoruz; her pay, toplam 8192 koordinattan bitişik 16 koordinat üzerindeki 16 değerlendirme değerini içerir. Bu 8192 değerlendirme değerinden, mevcut önerilen parametreler doğrultusunda: 128 olası örnekten herhangi biri olan 64'ü ( blob'u geri kazanmak için kullanılabilir.

PeerDAS'ın çalışma prensibi, her bir istemcinin az sayıda alt ağı dinlemesini sağlamak, burada i. alt ağ herhangi bir blob'un i. örneğini yayarken, küresel p2p ağındaki eşlerden ) farklı alt ağları dinleyecek olanı sormak ve ihtiyaç duyduğu diğer alt ağlardaki blob'ları talep etmektir. Daha temkinli bir versiyon olan SubnetDAS, ek eş katmanı sorgulamaları olmaksızın yalnızca alt ağ mekanizmasını kullanır. Mevcut öneri, hisse kanıtına katılan düğümlerin SubnetDAS'ı kullanması, diğer düğümlerin ise ( yani istemcilerin ) PeerDAS'ı kullanmasıdır.

Teorik olarak, "1D sampling" ölçeğini oldukça büyük bir şekilde genişletebiliriz: eğer blob'ların maksimum sayısını 256('e çıkarırsak ve hedefimiz 128) ise, 16MB'lık bir hedefe ulaşabiliriz ve veri kullanılabilirliği örneklemesinde her düğüm için 16 örnek * 128 blob * her blob için her örnek 512 bayt = her slot için 1 MB veri bant genişliği elde ederiz. Bu, tolerans sınırlarımızın biraz içinde: bu uygulanabilir, ancak bu, bant genişliği sınırlı istemcilerin örnekleme yapamayacağı anlamına geliyor. Blob sayısını azaltarak ve blob boyutunu artırarak bunu belirli bir ölçüde optimize edebiliriz, ancak bu, yeniden yapılandırma maliyetini artıracaktır.

Bu nedenle, nihayetinde daha ileri gitmek ve 2D örnekleme yapmak istiyoruz. Bu yöntem, yalnızca blob içinde rastgele örnekleme yapmakla kalmaz, aynı zamanda bloblar arasında da rastgele örnekleme yapar. KZG taahhüdünün lineer özelliklerinden yararlanarak, bir bloktaki blob kümesini genişletmek için yeni sanal bloblar seti kullanılır; bu sanal bloblar aynı bilgiyi gereksiz yere kodlar.

Son derece önemlidir ki, hesaplama taahhütlerinin genişlemesi blob gerektirmemekte, bu nedenle bu çözüm temelde dağıtık blok inşasına dosttur. Gerçek blokları inşa eden düğümlerin yalnızca blob KZG taahhütlerine sahip olmaları gerekir ve veri bloklarının kullanılabilirliğini doğrulamak için veri kullanılabilirlik örneklemesine güvenebilirler. Tek boyutlu veri kullanılabilirlik örneklemesi de esasen dağıtık blok inşasına dosttur.

( Ne yapmamız gerekiyor? Hangi dengelemeler var?

Sonraki adım, PeerDAS'ın uygulanması ve piyasaya sürülmesidir. Ardından, PeerDAS üzerindeki blob sayısını sürekli artırırken, ağa dikkatlice göz kulak olmak ve güvenliği sağlamak için yazılımı geliştirmek, yavaş yavaş yapılan bir süreçtir. Aynı zamanda, PeerDAS'ı ve diğer DAS sürümlerini düzenleyen ve bunların fork seçim kuralları güvenliği gibi sorunlarla etkileşimlerini araştıran daha fazla akademik çalışma olmasını umuyoruz.

Gelecekte daha uzak aşamalarda, 2D DAS'ın ideal versiyonunu belirlemek ve güvenlik özelliklerini kanıtlamak için daha fazla çalışma yapmamız gerekecek. Sonunda KZG'den kuantum güvenli ve güvenilir bir ayar gerektirmeyen bir alternatife geçebilmeyi umuyoruz. Şu anda, dağıtık blok inşası için hangi aday çözümlerin uygun olduğu net değil. Pahalı "zorla" teknikleri kullanarak, yani yeniden yapılandırma için geçerlilik kanıtları üretmek için özyinelemeli STARK kullanarak bile, ihtiyaçları karşılamak için yeterli değildir, çünkü teknik olarak bir STARK'ın boyutu O)log###n( * log(log)n(( hash değeri ) STIR) kullanıldığında, aslında STARK neredeyse tüm blob kadar büyüktür.

Uzun vadeli gerçeklik yolunun benim düşündüğüm şekli şudur:

1. İdeal 2D DAS'ı uygulamak;
2. 1D DAS kullanmaya devam edin, örnekleme bant genişliği verimliliğinden fedakarlık yapın, basitlik ve sağlamlık için daha düşük veri üst sınırını kabul edin.
3. DA'yı bırakın, Plasma'yı ana Layer2 yapımız olarak tamamen kabul edin.

Lütfen dikkat edin, L1 katmanında doğrudan genişletme yapmaya karar verirsek, bu seçeneğin mevcut olduğunu. Bunun nedeni, L1 katmanı yüksek TPS miktarını işlemek zorunda kalırsa, L1 bloklarının çok büyük hale geleceğidir; istemcilerin bunların doğruluğunu doğrulamak için verimli bir yönteme sahip olmasını isteyecektir. Bu nedenle, L1 katmanında Rollup( ile ZK-EVM ve DAS) gibi aynı teknolojileri kullanmak zorunda kalacağız.

( Yol haritasının diğer kısımlarıyla nasıl etkileşim kurulur?

Eğer veri sıkıştırması sağlanırsa, 2D DAS'a olan talep azalacak veya en azından ertelenecektir; eğer Plasma yaygın şekilde kullanılırsa, talep daha da azalacaktır. DAS ayrıca dağıtık blok inşa protokolleri ve mekanizmalarına da meydan okumaktadır: teorik olarak DAS, dağıtık yeniden inşa için dost olsa da, pratikte bu, paket dahil etme listesi önerisi ve etrafındaki fork seçim mekanizması ile bir araya getirilmesi gerekmektedir.

![Vitalik yeni makale: Ethereum'un olası geleceği, The Surge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-71424e26868ad99f2adda7a27447820a.webp###

Veri Sıkıştırma

( Hangi sorunu çözmeye çalışıyoruz?

Rollup'taki her işlem, büyük miktarda zincir üzerindeki veri alanını kaplar: ERC20 transferi yaklaşık 180 bayt gerektirir. İdeal veri kullanılabilirliği örneklemesi olsa bile, bu Layer protokolünün ölçeklenebilirliğini sınırlar. Her slot 16 MB, elde ederiz:

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

Eğer sadece payda sorununu değil, aynı zamanda pay sorununu da çözebilirsek ve her Rollup'taki işlemlerin zincirde daha az bayt kaplamasını sağlayabilirsek, ne olur?

) O nedir, nasıl çalışır?

Sıfır bayt sıkıştırmasında, her uzun sıfır bayt dizisini iki baytla değiştirerek kaç tane sıfır bayt olduğunu gösteriyoruz. Daha ileri giderek, belirli işlem özelliklerinden yararlandık:

İmza birleştirme: ECDSA imzasından BLS imzasına geçiyoruz, BLS imzasının özelliği birden fazla imzanın tek bir imzada birleştirilebilmesidir, bu imza tüm orijinal imzaların geçerliliğini kanıtlayabilir. L1 katmanında, birleştirme yapılsa bile doğrulamanın hesaplama maliyeti yüksek olduğu için BLS imzası kullanılmaması düşünülmektedir. Ancak L2 gibi veri kıtlığının olduğu ortamlarda BLS imzası kullanmak anlamlıdır. ERC-4337'nin birleştirme özelliği bu işlevin gerçekleştirilmesi için bir yol sunmaktadır.

Adresleri pointer ile değiştirme: Eğer daha önce bir adres kullanmışsak, 20 baytlık adresi, geçmiş kayıtlardaki bir konumu işaret eden 4 baytlık bir pointer ile değiştirebiliriz.

İşlem değerinin özelleştirilmiş serileştirilmesi------Çoğu işlem değerinin basamak sayısı azdır, örneğin, 0.25 Eter 250 olarak temsil edilir.