إثيريوم الممكنة المستقبل: The Surge

تضمنت خارطة طريق إثيريوم في البداية استراتيجيتين للتوسع: التقسيم وبروتوكولات Layer2. في النهاية، ت merged هذين المسارين معًا، مما أدى إلى تشكيل خارطة طريق تركز على Rollup، والتي لا تزال استراتيجية التوسع الحالية لإثيريوم.

تقترح خارطة الطريق التي تركز على Rollup تقسيمًا بسيطًا: يركز إثيريوم L1 على أن يكون طبقة أساسية قوية ومركزية، بينما تتولى L2 مهمة مساعدة النظام الإيكولوجي على التوسع. هذه النموذج شائع في المجتمع: وجود نظام المحاكم (L1) لحماية العقود وحقوق الملكية، بينما يقوم رواد الأعمال (L2) بالبناء على هذا الأساس، مما يدفع التنمية.

هذا العام، حقق مسار العمل الذي يركز على Rollup تقدمًا مهمًا: مع إطلاق EIP-4844 blobs، زادت سعة البيانات على إثيريوم L1 بشكل كبير، ودخلت العديد من Rollups الخاصة بـ إثيريوم المرحلة الأولى. كل L2 موجود كشريحة "تتميز بقواعدها ومنطقها الخاص"، وقد أصبح تنوع وثراء طرق تنفيذ الشريحة واقعًا اليوم. لكن هذا الطريق يواجه أيضًا بعض التحديات الفريدة. مهمتنا الآن هي إكمال خارطة الطريق التي تركز على Rollup، وحل هذه المشاكل، مع الحفاظ على متانة ولامركزية إثيريوم L1.

الزيادة: الأهداف الرئيسية

1. مستقبل إثيريوم عبر L2 يمكن أن يصل إلى أكثر من 100,000 TPS;

2. الحفاظ على اللامركزية والمرونة لـ L1;

3. على الأقل بعض L2 ورثت بالكامل الخصائص الأساسية لإثيريوم ( من الثقة، والانفتاح، ومقاومة الرقابة );

4. إثيريوم يجب أن يشعر وكأنه نظام بيئي موحد، وليس 34 سلسلة كتلة مختلفة.

محتوى هذا الفصل

1. مثلث تناقض قابلية التوسع
2. مزيد من التقدم في عينة توفر البيانات
3. ضغط البيانات
4. بلازما مُعَمَّمَة
5. نظام إثبات L2 الناضج
6. تحسين التشغيل المتداخل بين L2
7. توسيع التنفيذ على L1

تناقض مثلث القابلية للتوسع

تعتقد نظرية تناقض مثلث القابلية للتوسع أن هناك تناقضًا بين ثلاثة خصائص للبلوكشين: اللامركزية (، تكلفة تشغيل العقد ) منخفضة، القابلية للتوسع ( عدد المعاملات التي يمكن معالجتها كبير ) والأمان ( يحتاج المهاجمون إلى تدمير جزء كبير من العقد في الشبكة لجعل معاملة واحدة تفشل ).

من الجدير بالذكر أن تناقض المثلث ليس نظرية، ولم يتم إرفاق أي دليل رياضي مع المشاركات التي تقدم تناقض المثلث. إنه يقدم حجة رياضية استدلالية: إذا كان لدى عقدة صديقة لامركزية القدرة على التحقق من N معاملة في الثانية، ولديك سلسلة قادرة على معالجة k*N معاملة في الثانية، فإن (i) يمكن أن تُرى كل معاملة فقط من قبل 1/k من العقد، مما يعني أن المهاجم يحتاج فقط إلى تدمير عدد قليل من العقد ليتمكن من إجراء معاملة خبيثة، أو (ii) ستصبح عقدتك قوية، بينما ستظل سلسلتك غير لامركزية. لم يكن الهدف من هذه المقالة أبداً إثبات أن كسر تناقض المثلث أمر مستحيل؛ بل على العكس، تهدف إلى إظهار أن كسر تناقض الثلاثية صعب، ويتطلب نوعًا ما الخروج من إطار التفكير الضمني الذي تتضمنه تلك الحجة.

على مدى السنوات، ادعت بعض سلاسل الكتل عالية الأداء أنها تحل المعضلة الثلاثية دون تغيير هيكلها الأساسي، عادةً من خلال استخدام تقنيات هندسة البرمجيات لتحسين العقد. وهذا دائمًا ما يكون مضللًا، حيث إن تشغيل العقد على هذه السلاسل أصعب بكثير من تشغيل العقد على إثيريوم.

ومع ذلك، فإن الجمع بين عينة توفر البيانات وSNARKs يحل فعلاً معضلة المثلث: حيث يسمح للعملاء بالتحقق من أن كمية معينة من البيانات متاحة وأن عددًا معينًا من خطوات الحساب تم تنفيذها بشكل صحيح، مع تحميل كمية قليلة فقط من البيانات وتنفيذ عدد قليل جداً من الحسابات. SNARKs لا تتطلب الثقة. عينة توفر البيانات لديها نموذج ثقة دقيق من نوع few-of-N، لكنها تحتفظ بالخصائص الأساسية التي تتمتع بها الشبكات غير القابلة للتوسع، وهي أنه حتى هجمات بنسبة 51% لا يمكن أن تجبر الكتل السيئة على القبول في الشبكة.

طريقة أخرى لحل معضلة الثلاثة هي بنية Plasma، التي تستخدم تقنية بارعة لتحفيز المستخدمين على تحمل مسؤوليات تتعلق بتوافر البيانات. في الفترة بين 2017-2019، عندما كان لدينا فقط إثبات الاحتيال كوسيلة لتوسيع القدرة الحسابية، كانت بنية Plasma محدودة جداً من حيث التنفيذ الآمن، ولكن مع انتشار SNARKs، أصبحت بنية Plasma أكثر قابلية للاستخدام في سيناريوهات أوسع من أي وقت مضى.

تقدم إضافي في عينة توافر البيانات

ماذا نحل من مشكلة؟

في 13 مارس 2024، عند إطلاق ترقية Dencun، سيكون لدى سلسلة بلوكتشين إثيريوم 3 blobs بحجم حوالي 125 كيلوبايت في كل slot كل 12 ثانية، أو عرض النطاق الترددي المتاح للبيانات لكل slot حوالي 375 كيلوبايت. إذا تم نشر بيانات المعاملات مباشرة على السلسلة، فإن تحويلات ERC20 تبلغ حوالي 180 بايت، لذلك فإن الحد الأقصى لعدد المعاملات في الثانية Rollup على إثيريوم هو: 375000 / 12 / 180 = 173.6 TPS

إذا أضفنا القيمة القصوى النظرية للكال داتا لإيثيريوم (: كل شريحة 30 مليون غاز / لكل بايت 16 غاز = كل شريحة 1,875,000 بايت )، فإن ذلك يتحول إلى 607 TPS. باستخدام PeerDAS، قد يزيد عدد الـ blobs إلى 8-16، مما سيقدم 463-926 TPS للكال داتا.

هذا تحسين كبير لـ إثيريوم L1، لكنه ليس كافيًا. نحن نريد المزيد من القابلية للتوسع. هدفنا المتوسط هو 16 ميغابايت لكل slot، وإذا تم دمجه مع تحسينات ضغط بيانات Rollup، سيؤدي ذلك 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 الأعداد الأولية المكون من 253 بت. نقوم ببث أسهم المتعدد، حيث يحتوي كل سهم على 16 قيمة تقييم على 16 إحداثيات متجاورة من إجمالي 8192 إحداثيات. من بين هذه الـ 8192 قيمة تقييم، يمكن استعادة أي blob من 4096 حسب المعلمات المقترحة حاليًا: أي 64 من أصل 128 عينة ممكنة.

يعمل PeerDAS من خلال جعل كل عميل يستمع إلى عدد قليل من الشبكات الفرعية، حيث تقوم الشبكة الفرعية رقم i ببث العينة رقم i من أي blob، ومن خلال الاستفسار عن نظير في الشبكة العالمية p2p يحمل الرقم ( حول من سيستمع إلى الشبكات الفرعية المختلفة ) لطلب blob المطلوب من الشبكات الفرعية الأخرى. 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 نطاق "عينات 1D" بشكل كبير: إذا قمنا بزيادة الحد الأقصى لعدد blobs إلى 256( مع هدف 128)، فسوف نتمكن من تحقيق هدف 16MB، حيث أن كل عقدة في عينة توفر البيانات تأخذ 16 عينة * 128 blob * 512 بايت لكل blob لكل عينة = 1 MB من عرض النطاق الترددي لكل فتحة. هذا بالكاد يقع ضمن نطاق تحملنا: إنه ممكن، لكن هذا يعني أن العملاء الذين لديهم عرض نطاق ترددي محدود لا يمكنهم القيام بالعينة. يمكننا تحسين ذلك إلى حد ما عن طريق تقليل عدد blobs وزيادة حجم blobs، لكن ذلك سيزيد من تكلفة إعادة البناء.

لذلك، نريد في النهاية أن نأخذ خطوة أخرى إلى الأمام، من خلال أخذ عينات ثنائية الأبعاد، حيث لا تقتصر هذه الطريقة على أخذ عينات عشوائية داخل الblob، بل تأخذ أيضًا عينات عشوائية بين الblobs. باستخدام الخصائص الخطية للالتزام KZG، نقوم بتوسيع مجموعة الblobs داخل كتلة واحدة من خلال مجموعة جديدة من الblobs الافتراضية، والتي تشفر بشكل زائد نفس المعلومات.

لذلك ، نريد في النهاية أن نذهب خطوة أبعد ، من خلال أخذ عينات ثنائية الأبعاد ، ليس فقط داخل البلوبي ، ولكن أيضًا أخذ عينات عشوائية بين البلوبي. تُستخدم خاصية الالتزام الخطية لـ KZG لتوسيع مجموعة البلوبي في كتلة واحدة ، والتي تحتوي على قائمة جديدة من البلوبي الافتراضية المشفرة بشكل زائد لنفس المعلومات.

من المهم للغاية أن توسيع الالتزام لا يتطلب وجود blob، وبالتالي فإن هذه الخطة بشكل أساسي صديقة 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 البيانات. عينة توفر البيانات أحادية البعد (1D DAS) هي أيضًا صديقة لبناء الكتل الموزعة.

( ماذا يجب أن نفعل أيضًا؟ وما هي الموازين الأخرى؟

بعد ذلك، سيتم تنفيذ وإطلاق PeerDAS. بعد ذلك، سيتم زيادة عدد الـ blob على PeerDAS باستمرار، مع مراقبة الشبكة بعناية وتحسين البرمجيات لضمان الأمان، وهذه عملية تدريجية. في نفس الوقت، نأمل أن يكون هناك المزيد من الأعمال الأكاديمية لتنظيم PeerDAS والإصدارات الأخرى من DAS وتفاعلها مع مسائل الأمان مثل قواعد اختيار الانقسام.

في مراحل أبعد في المستقبل، نحتاج إلى القيام بمزيد من العمل لتحديد النسخة المثالية من 2D DAS، وإثبات خصائصها الأمنية. نأمل أيضًا في النهاية أن نتمكن من الانتقال من KZG إلى بديل آمن كمي ولا يتطلب إعداد موثوق. في الوقت الحالي، لا نعرف بعد ما هي الاقتراحات التي تكون ودية لبناء كتل موزعة. حتى مع استخدام تقنية "القوة الغاشمة" المكلفة، أي استخدام STARK التكرارية لإنشاء إثباتات الصلاحية لإعادة بناء الصفوف والأعمدة، فإن ذلك لا يكفي لتلبية الطلب، لأنه على الرغم من أنه تقنيًا، فإن حجم STARK هو O)log###n( * log(log)n(( قيمة هاش) باستخدام STIR)، ولكن في الواقع، فإن STARK يكاد يكون بحجم blob بأكمله.

أعتقد أن المسار الواقعي الطويل الأمد هو:

1. تنفيذ DAS ثنائي الأبعاد المثالي؛
2. الاستمرار في استخدام 1D DAS، التضحية بكفاءة عرض النطاق الترددي للعينات، من أجل البساطة والموثوقية لقبول حد أدنى من البيانات.
3. التخلي عن DA، وقبول بلازما كهيكل Layer2 الرئيسي الذي نركز عليه.

يرجى ملاحظة أنه حتى إذا قررنا توسيع 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، وستريد العملاء وسيلة فعالة للتحقق من صحتها، لذلك سيتعين علينا استخدام نفس التقنية في طبقة L1 مثل Rollup( مثل ZK-EVM و DAS).

( كيف تتفاعل مع الأجزاء الأخرى من خارطة الطريق؟

إذا تم تحقيق ضغط البيانات، فإن الطلب على DAS ثنائي الأبعاد سيقل، أو على الأقل سيتأخر، وإذا تم استخدام Plasma على نطاق واسع، فإن الطلب سينخفض أكثر. تواجه DAS أيضًا تحديات في بروتوكولات وآليات بناء الكتل الموزعة: على الرغم من أن DAS نظريًا صديق لإعادة البناء الموزعة، إلا أن ذلك يتطلب عمليًا دمجه مع مقترحات قائمة تضمين الحزم وآليات اختيار الفرع المحيطة بها.

![فيتاليك الجديدة: مستقبل إثيريوم المحتمل، The Surge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-5d1a322bd6b6dfef0dbb78017226633d.webp###

ضغط البيانات

( ماذا نحل من مشكلة؟

تستهلك كل معاملة في Rollup كمية كبيرة من مساحة بيانات السلسلة: نقل ERC20 يحتاج حوالي 180 بايت. حتى مع توفر عينات بيانات مثالية، 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 فقط، ولكن أيضًا حل مشكلة المقام، مما يجعل كل معاملة في كل Rollup تأخذ مساحة أقل على السلسلة؟

) ما هو؟ كيف يعمل؟

في رأيي، أفضل تفسير هو هذه الصورة من قبل عامين:

![فيتاليك: المستقبل المحتمل لإثيريوم، The Surge]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-71424e26868ad99f2adda7a27447820a.webp###

تم الضغط على بايتات صفرية، باستخدام بايتين لاستبدال كل سلسلة طويلة من بايتات صفرية، مما يدل على عدد بايتات الصفر. ومن خلال ذلك، استفدنا من الخصائص المحددة للمعاملات:

تجميع التوقيع: نحن ننتقل من توقيع ECDSA إلى توقيع BLS، وميزة توقيع BLS هي أن عدة توقيعات يمكن دمجها في توقيع واحد، ويمكن لهذا التوقيع إثبات صحة جميع التوقيعات الأصلية. في طبقة L1، بسبب ارتفاع تكلفة حساب التحقق حتى مع التجميع، لذلك لا يتم النظر في استخدام توقيع BLS. لكن في L2، حيث تكون البيانات نادرة، فإن استخدام توقيع BLS له معنى. توفر خاصية التجميع في ERC-4337 وسيلة لتحقيق هذه الوظيفة.

استخدم po