إثيريوم المحتمل في المستقبل: The Surge

تضمنت خريطة طريق إثيريوم في البداية استراتيجيتين للتوسع: التجزئة وبروتوكولات Layer2. مع تقدم البحث، تم دمج هذين المسارين معًا، مما شكل خريطة طريق تركز على Rollup، وهذه لا تزال استراتيجية التوسع الحالية لإثيريوم.

تقدم خارطة الطريق التي تركز على Rollup تقسيمًا بسيطًا للعمل: يركز Ethereum L1 على أن يكون طبقة أساسية قوية ومركزية، بينما تتولى L2 مهمة مساعدة النظام البيئي على التوسع. هذه النموذج موجود في كل مكان في المجتمع: وجود نظام المحاكم (L1) ليس من أجل السعي لتحقيق سرعة وكفاءة خارقة، ولكن لحماية العقود وحقوق الملكية. بينما يجب على رواد الأعمال (L2) البناء على هذه الطبقة الأساسية المتينة، ودفع التقدم البشري.

هذا العام، حقق مخطط الطريق الذي يركز على Rollup إنجازات مهمة: مع إطلاق كتل EIP-4844، زاد عرض البيانات لطبقة الإيثريوم L1 بشكل كبير، ودخلت عدة أنظمة EVM( Rollup المرحلة الأولى. كل L2 موجودة ك"شظية" ذات قواعدها ومنطقها الداخلي الخاص. لقد أصبحت تنوع وتعدد طرق تنفيذ الشظايا الآن واقعًا. لكن هذا الطريق يواجه أيضًا بعض التحديات الفريدة. مهمتنا الآن هي إكمال مخطط الطريق الذي يركز على Rollup، وحل هذه المشكلات، مع الحفاظ على صلابة ولامركزية الإيثريوم L1.

الزيادة: الأهداف الرئيسية

1. يمكن أن تصل إثيريوم في المستقبل إلى أكثر من 100000 TPS من خلال L2;
2. الحفاظ على اللامركزية والمرونة لـ L1;
3. على الأقل بعض L2 ورثت بالكامل الخصائص الأساسية لإثيريوم ) الذهاب نحو الثقة، والانفتاح، ومقاومة الرقابة (;
4. إثيريوم يجب أن تشعر وكأنها نظام بيئي موحد، وليس 34 سلسلة كتلة مختلفة.

محتوى هذه المقالة

1. تناقض مثلث القابلية للتوسع
2. المزيد من التقدم في عينة توفر البيانات
3. ضغط البيانات
4. بلازما عامة
5. نظام إثبات L2 الناضج
6. تحسين التفاعل بين L2
7. توسيع التنفيذ على L1

![فيتاليك: مستقبل إثيريوم المحتمل، The Surge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-6e846316491095cf7d610acb3b583d06.webp(

مثلث التوسع

ينص تناقض مثلث القابلية للتوسع على وجود تناقض بين ثلاثة خصائص في blockchain: اللامركزية ) تكلفة تشغيل العقد منخفضة ( القابلية للتوسع ) عدد المعاملات التي تتم معالجتها كبير ( والأمان ) يحتاج المهاجمون إلى تدمير جزء كبير من العقد في الشبكة لجعل معاملة واحدة تفشل (.

مفارقة المثلث ليست نظرية، بل تقدم حجة رياضية استدلالية: إذا كان لدى عقدة صديقة لامركزية القدرة على التحقق من N معاملة في الثانية، وكان لديك سلسلة قادرة على معالجة k*N معاملة في الثانية، فإن )i( يمكن أن تُرى كل معاملة من قبل 1/k فقط من العقد، مما يعني أن المهاجم يحتاج فقط لتدمير عدد قليل من العقد ليتمكن من تمرير معاملة ضارة، أو )ii( ستصبح عقدتك قوية، بينما لن تكون سلسلتك لامركزية.

على مر السنين، ادعت بعض السلاسل عالية الأداء أنها حلت التناقض الثلاثي دون تغيير هيكلها الأساسي، غالبًا من خلال استخدام تقنيات هندسة البرمجيات لتحسين العقد. هذا دائمًا ما يكون مضللًا، حيث أن تشغيل العقد على هذه السلاسل أصعب بكثير من تشغيل العقد على إثيريوم.

ومع ذلك، فإن دمج عيّنة توفر البيانات مع SNARKs يحل فعلاً مفارقة مثلث: إنه يسمح للعملاء بالتحقق من توفر كمية معينة من البيانات وأن عددًا معينًا من خطوات الحساب قد تم تنفيذها بشكل صحيح، مع تنزيل كمية قليلة فقط من البيانات وتنفيذ القليل جدًا من الحسابات. SNARKs لا تتطلب الثقة. عيّنة توفر البيانات لديها نموذج ثقة دقيق قليل من N، لكنها تحتفظ بالخصائص الأساسية التي تمتلكها السلاسل غير القابلة للتوسع، أي أنه حتى هجوم بنسبة 51% لا يمكنه إجبار الكتل السيئة على القبول في الشبكة.

طريقة أخرى لحل معضلة الثلاثة هي بنية Plasma، التي تستخدم تقنية ذكية لتحفيز المستخدمين على تحمل مسؤولية مراقبة توفر البيانات. في الفترة من 2017 إلى 2019، عندما كانت لدينا فقط وسيلة واحدة وهي إثبات الاحتيال لتوسيع القدرة الحاسوبية، كانت بنية Plasma محدودة للغاية في التنفيذ الآمن، ولكن مع انتشار SNARKs) وإثبات المعرفة الصفرية الموجز غير التفاعلي(، أصبحت بنية Plasma أكثر قابلية للتطبيق لسيناريوهات استخدام أوسع من أي وقت مضى.

! [مقال فيتاليك الجديد: المستقبل المحتمل ل Ethereum ، الطفرة])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-0a07a34094cbf643fdead78b4dd682c6.webp(

تقدم إضافي في عينة توفر البيانات

) ما هي المشكلة التي نعمل على حلها؟

في 13 مارس 2024، عند إطلاق ترقية Dencun، سيكون لدى سلسلة الكتل إثيريوم 3 كتل بحجم حوالي 125 كيلوبايت لكل فتحة كل 12 ثانية، أو عرض نطاق البيانات المتاحة لكل فتحة بحوالي 375 كيلوبايت. بافتراض أن بيانات المعاملات تُنشر مباشرة على السلسلة، فإن تحويلات ERC20 تبلغ حوالي 180 بايت، وبالتالي فإن أقصى معدل TPS لRollup على إثيريوم هو: 375000 / 12 / 180 = 173.6 TPS

إذا أضفنا القيمة النظرية القصوى لcalldata 以太坊###: كل slot 30 مليون Gas / لكل بايت 16 Gas = كل slot 1,875,000 بايت (، فإن ذلك سيتحول إلى 607 TPS. باستخدام PeerDAS، قد تزداد كمية blob إلى 8-16، مما سيوفر 463-926 TPS لcalldata.

هذا تحسين كبير لـإثيريوم L1، لكنه ليس كافيًا. نحن نريد المزيد من القابلية للتوسع. هدفنا المتوسط هو 16 ميغابايت لكل slot، وإذا تم دمجه مع تحسين 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 من 253 بت ### prime field (. نقوم ببث الأسهم المتعددة، حيث يحتوي كل سهم على 16 قيمة تقييم من 16 إحداثيات متجاورة من أصل 8192 إحداثيات. من بين هذه القيم الـ 8192، يمكن استعادة أي 4096 ) وفقًا للمعلمات المقترحة حاليًا: يمكن استعادة أي 64 من 128 عينة محتملة (.

تعمل PeerDAS من خلال جعل كل عميل يستمع إلى عدد قليل من الشبكات الفرعية، حيث تقوم الشبكة الفرعية i ببث العينة i لأي blob، ومن خلال استفسار النظراء في شبكة p2p العالمية ) حول من سيستمع إلى الشبكات الفرعية المختلفة ( لطلب blobs الأخرى التي يحتاجها في الشبكات الفرعية. النسخة الأكثر تحفظًا SubnetDAS تستخدم فقط آلية الشبكة 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 "1D sampling" إلى حجم كبير جدًا: إذا قمنا بزيادة العدد الأقصى من البلوكات إلى 256) بهدف 128(، فسنتمكن من الوصول إلى هدف 16 ميغابايت، حيث كل عقدة في عينة توفر البيانات تحتوي على 16 عينة * 128 بلوك * كل بلوك 512 بايت لكل عينة = 1 ميغابايت من عرض النطاق الترددي لكل فتحة. هذا بالكاد يقع ضمن نطاق تحملنا: إنه ممكن، ولكن هذا يعني أن العملاء ذوي النطاق الترددي المحدود لا يمكنهم أخذ عينات. يمكننا تحسين ذلك إلى حد ما عن طريق تقليل عدد البلوكات وزيادة حجم البلوك، لكن هذا سيزيد من تكلفة إعادة البناء.

لذلك، نريد في النهاية أن نتقدم خطوة أخرى، نقوم بأخذ عينات ثنائية الأبعاد )2D sampling(، هذه الطريقة لا تأخذ عينات عشوائية داخل الكتلة فقط، بل تأخذ عينات عشوائية بين الكتل. باستخدام خاصية الالتزام KZG الخطية، نقوم بتوسيع مجموعة الكتل في كتلة واحدة من خلال مجموعة جديدة من الكتل الافتراضية، حيث تم ترميز هذه الكتل الافتراضية بشكل زائد بنفس المعلومات.

من الضروري أن توضح أن توسيع الالتزامات لا يتطلب وجود blob، وبالتالي فإن هذا الاقتراح هو بشكل أساسي ودود لبناء الكتل الموزعة. تحتاج العقد التي تبني الكتل فعليًا فقط إلى امتلاك التزام blob KZG، ويمكنها الاعتماد على عينة توفر البيانات )DAS( للتحقق من توفر كتلة البيانات. عينة توفر البيانات أحادية البعد )1D DAS( هي أيضًا بطبيعتها ودودة لبناء الكتل الموزعة.

![فيتالك الجديد: مستقبل إثيريوم المحتمل، The Surge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-40311fde406a2b6c83ba590c35e23a7c.webp(

) ماذا يجب أن نفعل بعد؟ وما هي الموازنات التي لدينا؟

التالي هو إكمال تنفيذ وإطلاق PeerDAS. بعد ذلك، زيادة عدد الـ blobs على PeerDAS باستمرار، مع مراقبة الشبكة بعناية وتحسين البرنامج لضمان الأمان، هذه عملية تدريجية. في الوقت نفسه، نأمل أن يكون هناك المزيد من الأعمال الأكاديمية لتنظيم PeerDAS وإصدارات DAS الأخرى وتفاعلها مع مسائل الأمان مثل قواعد اختيار الشوكات.

في المراحل المستقبلية البعيدة، نحتاج إلى القيام بمزيد من العمل لتحديد النسخة المثالية من DAS ثنائي الأبعاد، وإثبات خصائص الأمان الخاصة بها. نأمل أيضًا أن نتمكن في النهاية من الانتقال من KZG إلى بديل آمن كمي ولا يتطلب إعداد موثوق. في الوقت الحالي، لا نعرف بعد ما هي الحلول المرشحة التي تكون صديقة لبناء الكتل الموزعة. حتى مع استخدام تقنيات "القوة الغاشمة" المكلفة، أي باستخدام STARK التكراري لتوليد إثباتات الصحة لإعادة بناء الصفوف والأعمدة، لا تكفي لتلبية الحاجة، لأنه على الرغم من أنه تقنيًا، 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 الطريق الواقعي الطويل الأجل هو:

1. تنفيذ DAS ثنائي الأبعاد المثالي;
2. الاستمرار في استخدام 1D DAS، التضحية بكفاءة عرض النطاق الترددي للت Sampling، من أجل البساطة والموثوقية قبول حد بيانات أقل
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 جداً، وسيرغب العملاء في وجود طريقة فعالة للتحقق من صحتها، لذلك سيتعين علينا استخدام نفس التقنيات المستخدمة في Rollup) مثل ZK-EVM وDAS( على طبقة L1.

) كيف تتفاعل مع أجزاء أخرى من خريطة الطريق؟

إذا تم تحقيق ضغط البيانات، فسيقل الطلب على DAS ثنائي الأبعاد، أو على الأقل سيتأخر، وإذا تم استخدام Plasma على نطاق واسع، فإن الطلب سيقل 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 عمليًا دمجه مع اقتراح قائمة تضمين الحزم وآلية اختيار الفروع المحيطة بها.

! مقال فيتاليك الجديد: مستقبل Ethereum المحتمل ، الطفرة

ضغط البيانات

ماذا نحاول حل المشكلة؟

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

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

ماذا سيحدث إذا تمكنا من حل مشكلة البسط وليس فقط مشكلة المقام، مما يجعل كل معاملة في كل Rollup تشغل عددًا أقل من البايتات على السلسلة؟

( ما هو، وكيف يعمل؟

ضغط صفر بايت، باستخدام بايتين لاستبدال كل سلسلة صفر بايت طويلة، للإشارة إلى عدد بايتات الصفر. علاوة على ذلك، استغللنا الخصائص المحددة للمعاملات:

التوقيع المجمع: نحن ننتقل من توقيع ECDSA إلى توقيع BLS، والخاصية في توقيع BLS هي أنه يمكن دمج عدة توقيعات في توقيع واحد، يمكن لهذا التوقيع إثبات صحة جميع التوقيعات الأصلية. في طبقة L1، نظرًا لأن تكلفة حساب التحقق لا تزال عالية حتى مع التجميع، فلا يتم النظر في استخدام توقيع BLS. ولكن في L2، حيث تكون البيانات نادرة، فإن استخدام توقيع BLS له معنى. توفر خاصية التجميع في ERC-4337 طريقًا لتحقيق هذه الوظيفة.

استخدم المؤشرات لاستبدال العناوين: إذا كنت قد استخدمت عنوانًا معينًا من قبل، يمكننا استبدال عنوان 20 بايت بمؤشر 4 بايت يشير إلى موقع ما في السجل التاريخي.

تسلسل التخصيص لقيمة التداول------تكون معظم قيم التداول منخفضة الأرقام، على سبيل المثال، يتم تمثيل 0.25 ايثر كـ 250,000,000,000,000,000 wei. الرسوم الأساسية القصوى والرسوم الأولوية مشابهة أيضاً. لذلك، يمكننا استخدام تنسيق عشرى مخصص لتمثيل معظم قيم العملات.

) ماذا يجب أن نفعل بعد، وما هي الاعتبارات?

الشيء الرئيسي الذي يجب القيام به بعد ذلك هو تنفيذ الاقتراح المذكور أعلاه. تشمل التوازنات الرئيسية:

1. يتطلب التبديل إلى توقيع BLS جهدًا كبيرًا، وسيقلل من القدرة على تعزيز الأمان