Proto-danksharding : Qu'est-ce que le traitement des données brutes et comment cela fonctionne ?

Ethereum, après avoir achevé la fusion et l'upgrade de Shanghai, a réussi à passer d'un mécanisme de consensus par preuve de travail à un mécanisme de consensus par preuve d'enjeu. Le prochain projet majeur de la feuille de route d'Ethereum est l'EIP-4844, également connu sous le nom de "traitement de données brutes". Ce changement de code vise à améliorer l'évolutivité des solutions d'extension de niveau 2 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 blob, augmentant les exigences de données et de stockage des blocs Ethereum, et créant un nouveau marché des frais qui sépare le prix des blobs de celui des transactions ordinaires.

Les solutions d'extension de Layer 2 reposent sur la blockchain Layer 1 ( comme Ethereum ) pour la disponibilité des données ( DA ), c'est-à-dire la capacité à diffuser largement et à stocker temporairement des lots de données de transaction. En général, les solutions Layer 2 basées sur des contrats intelligents dépendent de la DA d'Ethereum et s'appuient également sur Ethereum pour le règlement des transactions ( et la validation ). Ces solutions Layer 2 lisent spécifiquement les données de la couche DA comme Ethereum et exécutent des transactions valides et du code de contrat intelligent. Les solutions Layer 2 construites sur Ethereum s'appuient sur les données de transaction en lots contenues dans les blocs d'Ethereum pour garantir l'authenticité des transactions. Les ordonneurs traitent et compressent les transactions des utilisateurs de manière rentable, afin de les soumettre aux acteurs de la couche DA.

En général, le coût de publication de grandes quantités de données sur Ethereum est élevé, en partie parce que le réseau stocke les données de manière permanente dans un champ appelé "CALLDATA" comme partie de l'historique des transactions. Avec l'EIP-4844, chaque bloc créera un espace supplémentaire de 512kB ou 768kB de données pour les solutions de niveau 2. Les développeurs principaux d'Ethereum évaluent combien d'espace supplémentaire devrait être créé pour les transactions de 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 vérifiées par les transactions de blob et d'un marché de frais indépendant pour le prix des blobs isolé des autres types de transactions, théoriquement, le coût de publication de données sur Ethereum pour les solutions de niveau 2 sera considérablement réduit. Au fil du temps, les développeurs prévoient d'introduire des techniques d'échantillonnage de données, de sorte que les données de blob n'aient pas besoin d'être entièrement téléchargées par les nœuds complets d'Ethereum pour vérification, réduisant encore le coût de niveau 2. Le proto-danksharding est le prélude et le "prototype" du danksharding complet, qui permettra aux nœuds Ethereum de télécharger des fragments de données de blob pour déterminer la disponibilité du blob complet.

Ce rapport explore en profondeur les détails du fonctionnement de l'EIP-4844, les limitations du traitement des données brutes, l'évolution de l'EIP-4844 vers un plan de danksharding complet, et inclut certaines considérations sur les avantages directs des changements de code pour les utilisateurs finaux et les développeurs d'applications décentralisées (dapp) lors de leur mise en œuvre prévue à l'automne 2023. Étant donné que l'accent est mis sur le soutien à l'écosystème Layer 2 et l'extension modulaire d'Ethereum, les changements de code qui seront mis en œuvre lors de la prochaine mise à niveau d'Ethereum seront un terrain d'essai important pour la théorie de la blockchain modulaire appliquée à l'échelle sur l'une des plus grandes blockchains publiques au monde.

Contexte

EIP-4844 est considéré comme une mise à niveau de la scalabilité d'Ethereum. Cependant, il est important de noter que ce changement de code n'a pas substantiellement augmenté ou introduit d'améliorations aux capacités de transaction d'Ethereum lui-même. Le Proto-danksharding réduit le coût de la publication d'une grande quantité de données sur Ethereum, ce qui diminue les coûts d'exploitation des solutions de couche 2. EIP-4844 est considéré comme une amélioration de la scalabilité d'Ethereum, car il rend les réseaux de couche 2 construits sur Ethereum plus rentables, mais ce changement de code n'a pas amélioré la scalabilité 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 solutions Layer 2 d'Ethereum a constamment augmenté. L2Beat.com estime que le volume de transactions par seconde réalisé sur tous les réseaux Layer 2, soit (TPS), est 3.8 fois supérieur à la moyenne quotidienne de TPS d'Ethereum.

Selon les données fournies par la plateforme de données via Dune Analytics, les solutions Layer 2 ont permis aux utilisateurs finaux et aux développeurs de dapps d'économiser plus de 99 % des frais de gaz par rapport au coût de déploiement de code et de transactions directement sur Ethereum.

Au 13 juin 2023, la tendance des coûts pour envoyer des transactions sur les deux solutions Layer 2 Ethereum les plus populaires est d'environ 0,03 à 0,05 dollar. Cependant, en cas d'activité en chaîne fréquente et de congestion du réseau, ces coûts peuvent parfois dépasser 1 dollar.

L'objectif de l'EIP-4844 est de réduire les coûts de la couche 2 en introduisant un nouveau type de transaction, à savoir les objets binaires volumineux, ou blobs. Voici une explication étape par étape du cycle de vie des transactions blob définies par l'EIP-4844 :

EIP-4844 n'affecte pas la manière dont les transactions régulières soumises au mempool Ethereum sont intégrées dans les blocs, ni le marché des frais qui détermine le prix de l'espace des blocs Ethereum, mais EIP-4844 augmente en effet 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 des blocs existants pour traiter les transactions régulières. L'espace des blobs sera mis aux enchères selon son propre marché des frais, imitant la conception du marché des frais d'EIP-1559. Au début, les transactions blob n'auront presque aucun coût. Par la suite, à chaque confirmation d'un bloc, si plus de la moitié de l'espace des blobs ( est utilisé, au moins 256kB ), le coût des transactions blob augmentera de 12,5%. Pour chaque bloc où l'espace des blobs n'est pas pleinement utilisé, c'est-à-dire où l'espace des blobs est rempli à moins de 50%, le coût des blobs diminuera de 12,5%.

Les transactions Blob ne sont pas stockées indéfiniment sur Ethereum, mais plutôt sur la couche de consensus d'Ethereum (CL), c'est-à-dire sur la Beacon Chain, et sont 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 kB de données supplémentaires. La limite maximale de l'espace blob de 512 kB 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 à 6 blobs. Chaque blob représente une opportunité pour un unique ordonnanceur de Layer 2 de confirmer un lot de transactions sur Ethereum. Environ 7094 blocs sont générés quotidiennement sur Ethereum, et après l'EIP-4484, en supposant une limite de 4 blobs par bloc, jusqu'à 28376 blobs peuvent être traités chaque jour. ( C'est une valeur maximale théorique qui, en pratique, pourrait ne jamais être atteinte en raison des fluctuations dynamiques des frais de blob. Le coût de traitement du nombre maximal de blobs par bloc de manière continue est très élevé pour un ordonnanceur ).

Au cours des six derniers mois, le classificateur fonctionnant sur une certaine solution Layer 2, en termes d'activité de trading, est la deuxième solution Layer 2 Ethereum la plus populaire, soumettant environ 3126 lots de transactions à Ethereum chaque jour.

Un autre solution Layer 2 a un volume de transactions confirmé d'environ le double de celui-ci, et elle s'appuie également sur des ordonneurs pour publier des données sur Ethereum via CALLDATA pour effectuer des transactions. Il existe de nombreux autres exemples de solutions Layer 2 populaires sur Ethereum. Sur une certaine solution Layer 2, plus de 90 % des frais proviennent des frais CALLDATA de Layer 1.

L'introduction d'un espace de stockage de données dédié, peu importe sa taille initiale, vise à réduire le coût de l'utilisation d'Ethereum comme couche DA pour toutes les solutions de couche 2 basées sur Ethereum. De manière conservatrice, les développeurs de la couche 2 estiment qu'avec l'activation de l'EIP-4844, les frais de la couche 2 pourraient être réduits de 100% à 900%. Cependant, ces estimations pourraient changer en fonction de l'augmentation de l'adoption et de l'activité de la couche 2 dans les mois précédant et suivant l'activation du traitement des 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 solutions Layer 2 sur Ethereum augmente. De plus, bien que chaque blob soit conçu pour offrir à un seul ordonneur la possibilité de publier jusqu'à 128 kB de données, les ordonneurs Layer 2 pourraient coordonner leurs efforts pour faire en sorte qu'un seul blob contienne des données provenant de plusieurs solutions Layer 2. Les développeurs Ethereum réalisent qu'en raison du nombre limité de blocs, et qu'un seul lot de transactions pourrait ne pas utiliser pleinement l'espace de données de 128 kB de chaque transaction blob, un marché secondaire pour la tarification 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 plus élevé de complexité de protocole pour prévenir cette possibilité, les développeurs adoptent actuellement une "approche d'attente et d'observation", en introduisant des blobs par le biais de l'EIP-4844, avec l'intention d'optimiser davantage l'EIP-4844 à l'avenir.

Le traitement des données brutes a jeté les bases de l'introduction de technologies plus avancées, afin de réduire davantage le coût des blobs sans augmenter la charge de calcul des nœuds. Appelé danksharding 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 512 kB. Six blobs augmenteraient la taille des blocs Ethereum de 768 kB supplémentaires. Comme mentionné précédemment, l'espace de bloc supplémentaire est strictement réservé aux transactions 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 pour Ethereum, tout en n'augmentant pas considérablement la charge de calcul des nœuds de validation des blocs. Pour réaliser un danksharding complet, Ethereum doit mettre en œuvre deux techniques : l'échantillonnage de la disponibilité des données (DAS) et le codage par effacement.

échantillonnage de la disponibilité des données ( DAS )

Dans le cadre de la vérification des transactions Layer 2, 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 choisis au hasard, 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 les nœuds complets est élevé, plus la probabilité que toutes les données aient été fournies par le séquenceur sans retenir de données importantes est élevée. Pour les nœuds, le processus d'échantillonnage des données nécessite moins de calculs que le téléchargement de l'ensemble des données blob, mais théoriquement, il fournit les mêmes garanties de disponibilité des données. Comme pour le traitement des données d'origine, l'échantillonnage des données blob dans un danksharding complet garantira que les transactions du séquenceur ont été vérifiées et publiées sur la chaîne, prêtes à être évaluées par tout utilisateur ou partie prenante du réseau. Ensuite, les utilisateurs et les parties prenantes ont une période pour examiner ces transactions, confirmant qu'elles ont été finalisées sur une couche DA comme Ethereum, et établissant de nouveaux lots de transactions basés sur le lot précédent.

Grâce à DAS, les développeurs d'Ethereum ont confiance dans leur capacité à augmenter le nombre et le volume de données des Blobs publiés sur Ethereum sans alourdir la charge de calcul des nœuds. De plus, les développeurs prévoient d'alléger encore la charge de calcul des nœuds dans de futures mises à niveau en mettant en œuvre des suggestions telles que la date d'expiration historique. Pour citer le chercheur d'Ethereum Dankrad Feist, avec le temps, Ethereum deviendra comme "un panneau d'affichage public plutôt qu'un système d'archivage", déléguant la responsabilité de la conservation d'une copie complète de l'historique des transactions aux parties prenantes du réseau qui utilisent fréquemment ces données, telles que les solutions de Layer 2 et les entreprises d'infrastructure blockchain. Bien que l'EIP-4844 ait introduit les Blobs, c'est un exemple précoce qui montre que toutes les transactions pourraient un jour devenir un stockage sur Ethereum.

Effacer le code

La technologie d'effacement des codes a renforcé l'échantillonnage des données.