Proto-danksharding : concept et fonctionnement

Avec l'achèvement de la fusion et de la mise à niveau de Shanghai, Ethereum a réussi à passer d'un consensus de preuve de travail à un consensus de preuve de participation. Le prochain projet important dans la feuille de route du développement d'Ethereum est la proposition d'amélioration d'Ethereum (EIP) 4844, également connue sous le nom de "prototypage de la fragmentation des données". Ce changement de code vise à améliorer l'évolutivité des rollups construits sur Ethereum. L'EIP 4844 est nommé d'après les développeurs principaux d'Ethereum "Protolambda" et Dankrad Feist, et introduit un nouveau type de transaction appelé blobs, augmentant les exigences en matière de données et de stockage des blocs Ethereum, et créant un nouveau marché de frais qui sépare le prix des blobs de celui des transactions ordinaires.

Les Rollups sont des protocoles qui dépendent des blockchains de couche 2 comme Ethereum ( pour la disponibilité des données ) DA (, permettant la large diffusion et le stockage temporaire de lots de données de transactions ). En général, les rollups basés sur des contrats intelligents dépendent non seulement de la DA d'Ethereum, mais aussi d'Ethereum pour le règlement des transactions ( et la vérification ). Ces rollups lisent les données de la couche DA comme Ethereum et exécutent des transactions valides et du code de contrats intelligents. Les rollups construits sur Ethereum s'appuient sur les données de transactions en lots contenues dans les blocs d'Ethereum pour assurer l'authenticité des transactions. Le tri est effectué de manière rentable pour regrouper et compresser les transactions des utilisateurs, afin de les soumettre aux acteurs de la couche DA.

En général, le coût de la publication d'une grande quantité de données sur Ethereum est élevé, en partie parce que le réseau stocke les données de manière permanente dans un champ appelé "CALLDATA" en tant que partie de l'historique des transactions. Avec l'EIP 4844, chaque bloc créera un espace de données supplémentaire de 512 kB ou 768 kB pour les rollups. Les développeurs principaux d'Ethereum pèsent combien d'espace supplémentaire devrait être créé pour les transactions blob. Il est important de noter que les données publiées dans cet espace seront stockées pendant environ trois semaines. En raison de la brièveté des données validées par les transactions blob, ainsi que d'un marché de tarification indépendant pour les blob isolé des autres types de transactions, le coût de la publication de données via les rollups sur Ethereum sera théoriquement considérablement réduit. Au fil du temps, les développeurs prévoient d'introduire des techniques d'échantillonnage de données, de sorte que les données blob n'aient pas besoin d'être entièrement téléchargées par les nœuds complets d'Ethereum pour vérification, réduisant ainsi encore le coût des rollups. Le proto-danksharding est un précurseur et un "prototype" du danksharding complet, qui permettra aux nœuds Ethereum de télécharger des fragments de données blob pour déterminer la disponibilité du blob complet.

Ce rapport explore en profondeur les détails de fonctionnement de l'EIP-4844, les limitations du sharding prototype, le plan d'évolution de l'EIP-4844 vers un sharding complet, et inclut certaines considérations sur les avantages directs pour les utilisateurs finaux et les développeurs d'applications décentralisées (dapp) lors de la mise en œuvre prévue des modifications de code à l'automne 2023. Étant donné que l'accent du danksharding original est de soutenir l'écosystème des rollups de Layer 2 et d'étendre Ethereum de manière modulaire, les modifications de code mises en œuvre lors de la prochaine mise à niveau d'Ethereum seront un terrain d'essai important pour l'application de la théorie des blockchains modulaires à grande échelle sur l'une des plus grandes blockchains publiques au monde.

Contexte

EIP-4844 est considéré comme une mise à niveau de l'évolutivité d'Ethereum. Cependant, il convient de noter que ce changement de code n'a pas substantiellement augmenté ou introduit d'améliorations dans la capacité de transaction d'Ethereum lui-même. Le proto-danksharding réduit le coût de publication d'une grande quantité de données sur Ethereum, ce qui réduit les coûts d'exploitation des rollups. EIP-4844 est considéré comme une amélioration de l'évolutivité d'Ethereum, car il rend les réseaux Layer 2 construits sur Ethereum plus rentables, mais ce changement de code n'a pas amélioré l'évolutivité d'Ethereum en tant que blockchain générale pour l'exécution de transactions et de codes de contrats intelligents.

Au cours des quatre dernières années, l'activité de transaction des rollups Ethereum a constamment augmenté. Une plateforme de données estime que le volume de transactions par seconde (TPS) réalisé sur tous les réseaux Layer 2 est 3,8 fois supérieur à la moyenne des TPS quotidiens d'Ethereum.

Selon les données fournies par un certain institut de recherche via une certaine plateforme d'analyse, les rollups ont permis aux utilisateurs finaux et aux développeurs de dapps d'économiser plus de 99 % des frais de gaz par rapport aux coûts de déploiement direct de code et de transactions sur Ethereum.

Au 13 juin 2023, le coût d'envoi de transactions sur les deux rollups Ethereum les plus populaires se situe entre 0,03 et 0,05 dollars. Cependant, en cas d'activité en chaîne fréquente et de congestion du réseau, ces coûts peuvent parfois grimper au-dessus de 1 dollar.

L'objectif de l'EIP-4844 est de réduire les coûts de rollup en introduisant un nouveau type de transaction, à savoir les objets binaires volumineux, ou blobs. Voici une description étape par étape du cycle de vie des transactions blob défini par l'EIP-4844 :

EIP-4844 n'affecte pas la manière dont les transactions ordinaires soumises au mempool d'Ethereum sont incluses dans les blocs, ni le marché de frais qui détermine le prix de l'espace de bloc d'Ethereum, mais EIP-4844 augmente effectivement les exigences de stockage des blocs Ethereum. L'espace de données supplémentaire est destiné à attacher des transactions blob aux blocs. Les blobs sont comme des remorques, pouvant être attachés aux blocs Ethereum sans affecter ou empiéter sur l'espace de bloc existant pour traiter les transactions ordinaires. L'espace de bloc blob sera mis aux enchères selon son propre marché de frais, imitant la conception du marché de frais d'EIP 1559. Au départ, les transactions blob n'auront presque aucun coût. Par la suite, pour chaque bloc confirmé, si plus de la moitié de l'espace de bloc blob ( d'au moins 256kB ) est utilisé, le coût des transactions blob augmentera de 12,5%. Pour chaque bloc où l'espace de bloc blob n'est pas pleinement utilisé, c'est-à-dire que 50% de l'espace de bloc blob est insuffisamment rempli, le coût des blobs diminuera de 12,5%.

Les transactions Blob ne seront pas stockées indéfiniment sur Ethereum, mais plutôt sur la couche de consensus d'Ethereum (CL), c'est-à-dire sur la Beacon Chain, et seront supprimées des nœuds CL après trois semaines. Le proto-danksharding permettra à chaque bloc d'avoir jusqu'à quatre blobs, chaque blob pouvant contenir jusqu'à 128 Ko de données supplémentaires. La limite maximale de 512 Ko d'espace blob par bloc pourrait changer en fonction des tests en cours de l'EIP-4844. Les développeurs discutent activement de la possibilité d'augmenter cette limite de 4 blobs à 6. Chaque blob représente une opportunité pour un unique ordonneur de rollup de confirmer un lot de transactions sur Ethereum. Environ 7094 blocs sont générés chaque jour sur Ethereum, et après l'EIP 4484, en supposant une limite de 4 blobs par bloc, jusqu'à 28376 blobs pourraient être traités par jour. ( c'est une valeur maximale théorique, qui pourrait ne jamais être atteinte en pratique en raison des fluctuations dynamiques des frais de blob. Le coût de traitement du nombre maximal de blobs pour chaque bloc est très élevé pour un ordonneur ).

Au cours des six derniers mois, le classificateur fonctionnant sur un certain rollup est devenu le deuxième rollup Ethereum le plus populaire en termes d'activité de transactions, soumettant environ 3126 lots de transactions à Ethereum chaque jour.

Le volume des transactions confirmées par un certain rollup est d'environ le double de celui de ce rollup, et comme ce rollup, il s'appuie sur un ordonneur pour publier des données sur Ethereum via CALLDATA afin de compléter les transactions. D'autres exemples de rollups populaires sur Ethereum incluent, mais ne se limitent pas à certains rollups. Sur un certain rollup, plus de 90 % des frais proviennent des frais CALLDATA de Layer 1.

L'introduction d'un espace de stockage de données dédié, peu importe à quel point il est petit au départ, vise à réduire le coût d'utilisation d'Ethereum comme couche DA pour tous les rollups basés sur Ethereum. De manière conservatrice, les développeurs de rollups estiment qu'avec l'activation de l'EIP 4844, les frais de rollup pourraient diminuer de 100 % à 900 %. Cependant, ces estimations pourraient changer en fonction de l'adoption progressive et de l'augmentation de l'activité dans les mois précédant et suivant l'activation de la base de données d'origine.

Le coût des transactions blob, bien qu'il puisse être moins cher que les transactions ordinaires au début de l'activation de l'EIP 4844, pourrait rapidement augmenter si le nombre de rollups construits sur Ethereum augmente. De plus, bien que chaque blob soit conçu pour offrir à un seul ordonneur la possibilité de publier jusqu'à 128 Ko de données, les ordonneurs de rollup pourraient coordonner pour faire en sorte qu'un blob unique contienne des données provenant de plusieurs rollups. Les développeurs d'Ethereum se rendent compte qu'en raison du nombre limité de blocs et qu'un lot de transactions unique peut ne pas utiliser pleinement l'espace de données de 128 Ko de chaque transaction blob, un marché secondaire pour le prix des blobs pourrait émerger. Bien que la prévention de l'émergence d'un marché secondaire hors chaîne soit une priorité, plutôt que d'introduire un niveau de complexité protocolaire plus élevé pour empêcher cette possibilité, les développeurs adoptent actuellement une "approche d'attente et d'observation" en introduisant des blobs via l'EIP 4844, et prévoient d'optimiser davantage l'EIP 4844 à l'avenir.

Le sharding prototype a posé les bases pour l'introduction de technologies plus avancées, permettant de réduire davantage le coût des blobs sans augmenter la charge de calcul des nœuds. Appelé sharding complet, la vision complète des blobs est d'augmenter le nombre maximal de blobs par bloc de 4 à 64.

Danksharding complet

Quatre blobs augmentent la taille des blocs Ethereum de 512kB. Six blobs augmenteraient la taille des blocs Ethereum de 768kB supplémentaires. Comme mentionné précédemment, l'espace de bloc supplémentaire est strictement réservé aux transactions de blob et ne stocke pas les données de manière permanente comme l'espace de bloc ordinaire. La vision complète de l'EIP 4844 est d'introduire jusqu'à 64 blobs dans Ethereum, et ce, sans augmenter de manière significative la charge de calcul des nœuds pour la validation des blocs. Pour réaliser un danksharding complet, Ethereum doit mettre en œuvre deux technologies : l'échantillonnage de disponibilité des données(DAS) et le codage d'effacement.

( échantillonnage de disponibilité des données ) DAS ###

Dans le contexte de la validation des transactions de Layer 2 rollup, l'objectif de DAS est de s'assurer que tous les fragments de données groupés par le séquenceur ont été publiés sur la chaîne. Les nœuds complets sont sélectionnés de manière aléatoire, téléchargent un morceau de données à partir du blob et génèrent une preuve de disponibilité des données. Plus le nombre d'échantillonnages de données par un nœud complet est élevé, plus la probabilité de certitude que toutes les données ont été fournies par le séquenceur sans retenir de données importantes augmente. Pour les nœuds, le processus d'échantillonnage des données nécessite moins de calculs que le téléchargement de l'ensemble des données du blob, mais théoriquement, il offre les mêmes garanties de disponibilité des données. Comme pour le sharding prototype, l'échantillonnage des données du blob sous sharding complet garantira que les transactions du séquenceur ont été vérifiées et publiées sur la chaîne, permettant à tout utilisateur ou partie prenante du réseau de les évaluer. Ensuite, les utilisateurs et les parties prenantes ont un certain temps pour consulter ces transactions, confirmer qu'elles ont été finalisées sur une couche DA comme Ethereum, et établir de nouveaux lots de transactions basés sur le lot de transactions précédent.

Grâce à DAS, les développeurs Ethereum ont confiance en la possibilité d'augmenter sans