إثيريوم المستقبل: The Surge

تتضمن خريطة طريق إثيريوم في البداية استراتيجيتين للتوسع: التقسيم وبروتوكولات Layer2. في النهاية، اندمجت هاتان الطريقتان معًا، لتشكيل خريطة طريق تركز على Rollup، والتي لا تزال هي استراتيجية التوسع الحالية لإثيريوم.

تقدم خريطة الطريق التي تركز على Rollup تقسيم عمل بسيط: تركز إيثيريوم L1 على أن تكون طبقة أساسية قوية ومركزية، بينما تتولى L2 مهمة مساعدة النظام البيئي على التوسع. هذا النموذج موجود في المجتمع في كل مكان: وجود نظام المحاكم ( L1 ) ليس من أجل السعي وراء السرعة الفائقة والكفاءة، بل لحماية العقود وحقوق الملكية، بينما يجب على رواد الأعمال ( L2 ) البناء على هذه الطبقة الأساسية المستقرة، لقيادة البشرية نحو المريخ.

هذا العام، حقق مخطط الطريق الذي يركز على Rollup إنجازات هامة: مع إطلاق كتل EIP-4844، زادت سعة البيانات في إيثريوم L1 بشكل كبير، ودخلت العديد من EVM( Rollup المرحلة الأولى. كل L2 موجود ك"شظية" مع قواعده الداخلية ومنطقه المنطقي الخاص. لقد أصبحت تنوع وتعدد طرق تنفيذ الشظايا الآن حقيقة. ولكن كما رأينا، فإن السير في هذا الطريق يواجه أيضًا بعض التحديات الفريدة. لذلك، فإن مهمتنا الحالية هي إكمال مخطط الطريق الذي يركز على Rollup ومعالجة هذه القضايا، مع الحفاظ في الوقت نفسه على الصلابة واللامركزية التي تتميز بها إيثريوم L1.

الزيادة: الأهداف الرئيسية

1. يمكن أن تصل إثيريوم إلى أكثر من 100000 TPS من خلال L2 في المستقبل؛

2. الحفاظ على اللامركزية والصلابة لـ L1;

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

4. يجب أن يشعر إثيريوم كنظام بيئي موحد، وليس كـ 34 سلسلة كتلة مختلفة.

محتوى هذا الفصل

1. تناقض مثلث قابلية التوسع
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

مفارقة مثلث القابلية للتوسع

مثلث التناقض القابلية للتوسع هو فكرة تم طرحها في عام 2017، حيث تشير إلى وجود تناقض بين ثلاثة خصائص من خصائص البلوكشين: اللامركزية )، وبشكل أكثر تحديدًا: انخفاض تكلفة تشغيل العقد (، والقابلية للتوسع )، وعدد المعاملات التي يمكن معالجتها (، والأمان )، حيث يحتاج المهاجم إلى تدمير جزء كبير من العقد في الشبكة لجعل صفقة واحدة تفشل (.

![فيتاليك الجديد: مستقبل إثيريوم المحتمل، The Surge])lab.com/yijian/2024/10/17/images/89c89d8561e79ae51787fbfee36ce211.jpg(

من الجدير بالذكر أن مفارقة المثلث ليست نظرية، والمواضيع التي تقدم مفارقة المثلث لم تتضمن برهانًا رياضيًا. ومع ذلك، فإنه يقدم حجة رياضية استنتاجية: إذا كان لديك عقدة صديقة لامركزية ) على سبيل المثال جهاز كمبيوتر محمول مخصص ( يمكنه التحقق من N معاملات في الثانية، ولديك سلسلة تعالج k*N معاملات في الثانية، فإن )i( يمكن رؤية كل معاملة فقط بواسطة 1/k من العقد، مما يعني أن المهاجم يحتاج فقط إلى تدمير عدد قليل من العقد ليتمكن من تنفيذ معاملة خبيثة، أو )ii( ستصبح عقدتك قوية، بينما لن تصبح سلسلتك لامركزية. الهدف من هذه المقالة ليس إثبات أن كسر مفارقة المثلث غير ممكن؛ بل على العكس، تهدف إلى إظهار أن كسر المفارقة الثلاثية أمر صعب، ويتطلب الخروج إلى حد ما من إطار التفكير الضمني الذي ينطوي عليه هذا الجدل.

على مدى السنوات، ادعت بعض سلاسل الأداء العالي أنها حلت التناقض الثلاثي دون تغيير بنيوي جوهري، وغالبًا ما كان ذلك من خلال تطبيق تقنيات هندسة البرمجيات لتحسين العقد. هذا دائمًا ما يكون مضللًا، حيث أن تشغيل العقد على هذه السلاسل أصعب بكثير من تشغيل العقد على إثيريوم. ستستكشف هذه المقالة لماذا يحدث ذلك، ولماذا لا يمكن توسيع إثيريوم فقط من خلال هندسة برمجيات عميل L1.

ومع ذلك، فإن الجمع بين عينة توفر البيانات و SNARKs يحل فعلاً مفارقة المثلث: حيث يسمح للعملاء بالتحقق من توفر كمية معينة من البيانات وأن عددًا معينًا من خطوات الحساب تم تنفيذها بشكل صحيح، في حين يتم تنزيل كمية صغيرة فقط من البيانات وتنفيذ القليل من الحسابات. SNARKs لا تتطلب الثقة. تتمتع عينة توفر البيانات بنموذج ثقة دقيق من نوع few-of-N، لكنها تحتفظ بالخصائص الأساسية لسلسلة غير قابلة للتوسع، أي أنه حتى هجوم بنسبة 51% لا يمكنه فرض قبول الكتل السيئة في الشبكة.

طريقة أخرى لحل معضلة الثلاثة هي بنية Plasma، التي تستخدم تقنيات بارعة لتحفيز المسؤولية عن مراقبة توفر البيانات على المستخدمين. في الفترة من 2017 إلى 2019، عندما كان لدينا فقط وسائل إثبات الاحتيال لتوسيع القدرة الحاسوبية، كانت Plasma محدودة جداً في التنفيذ الآمن، ولكن مع انتشار SNARKs) برهان المعرفة الصفرية الموجز غير التفاعلي(، أصبحت بنية Plasma أكثر قابلية للاستخدام في سيناريوهات أوسع من أي وقت مضى.

تقدم إضافي في عينة توفر البيانات

) ماذا نحل من مشكلة؟

في 13 مارس 2024، عندما يتم إطلاق ترقية Dencun، سيكون لدى سلسلة كتل إيثيريوم 3 كتل بحجم حوالي 125 كيلوبايت لكل فترة زمنية مدتها 12 ثانية، أو عرض بيانات متاح لكل فترة زمنية حوالي 375 كيلوبايت. بافتراض أن بيانات المعاملات يتم نشرها مباشرة على السلسلة، فإن تحويلات ERC20 تبلغ حوالي 180 بايت، وبالتالي فإن الحد الأقصى لعدد المعاملات في الثانية (TPS) لمجموعة إيثيريوم هو: 375000 / 12 / 180 = 173.6 TPS

إذا أضفنا القيمة القصوى النظرية لبيانات استدعاء إثيريوم ###: كل فتحة 30 مليون غاز / لكل بايت 16 غاز = كل فتحة 1,875,000 بايت (، فإنها ستتحول إلى 607 TPS. باستخدام PeerDAS، قد تزيد عدد الكتل إلى 8-16، مما سيوفر 463-926 TPS لبيانات الاستدعاء.

هذا تحسين كبير لـ إثيريوم L1، لكن ليس كافياً. نريد المزيد من القابلية للتوسع. هدفنا المتوسط هو 16 ميجابايت لكل فتحة، 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 مجال الأعداد الأولية ###prime field(. نحن نرسل shares متعددة الحدود، حيث يحتوي كل share على 16 قيمة تقييم من 16 نقطة متجاورة من إجمالي 8192 نقطة. من بين هذه القيم التقييمية الـ 8192، يمكن استعادة blob من أي 4096 من ) بناءً على المعلمات المقترحة حاليًا: أي 64 من 128 عينة ممكنة (.

![فيتاليك الجديدة: مستقبل إثيريوم المحتمل، The Surge])lab.com/yijian/2024/10/17/images/5be9d7b18dd5154d181bd4c34ad8a3c4.jpg(

يعمل PeerDAS على جعل كل عميل يستمع إلى عدد قليل من الشبكات الفرعية، حيث تقوم الشبكة الفرعية رقم i ببث العينة رقم i لأي blob، ومن خلال الاستفسار عن أقران في الشبكة العالمية p2p ) الذين سيستمعون إلى الشبكات الفرعية المختلفة ( لطلب blob الذي يحتاجه من الشبكات الفرعية الأخرى. النسخة الأكثر تحفظًا SubnetDAS تستخدم فقط آلية الشبكات الفرعية، دون استفسارات إضافية عن طبقة الأقران. الاقتراح الحالي هو أن تستخدم العقد المشاركة في إثبات الحصة SubnetDAS، بينما تستخدم العقد الأخرى ) أي العملاء ( PeerDAS.

من الناحية النظرية، يمكننا توسيع نطاق "1D sampling" إلى حد كبير: إذا قمنا بزيادة العدد الأقصى من blob إلى 256) بهدف 128(، فإننا سنتمكن من تحقيق هدف 16MB، حيث أن كل عقدة في عينة توفر البيانات تحتوي على 16 عينة * 128 blob * 512 بايت لكل blob لكل عينة = 1 MB من عرض النطاق الترددي لكل slot. هذا بالكاد في نطاق تحملنا: إنه ممكن، لكن هذا يعني أن العملاء ذوي النطاق الترددي المحدود لا يمكنهم العينة. يمكننا تحسين ذلك إلى حد ما من خلال تقليل عدد blob وزيادة حجم blob، لكن هذا سيزيد من تكلفة إعادة البناء.

لذلك، نريد في النهاية أن نتقدم خطوة أخرى، ونقوم بأخذ عينات ثنائية الأبعاد ) 2D sampling (، هذه الطريقة لا تقوم فقط بأخذ عينات عشوائية داخل الفقاعة، بل أيضاً تأخذ عينات عشوائية بين الفقاعات. باستخدام الخصائص الخطية لوعد KZG، نقوم بتمديد مجموعة الفقاعات داخل كتلة من خلال مجموعة جديدة من الفقاعات الافتراضية، حيث تقوم هذه الفقاعات الافتراضية بتشفير نفس المعلومات بشكل زائد.

لذلك، نريد أن نذهب خطوة أبعد، لإجراء عينات ثنائية الأبعاد، ليس فقط داخل الكتلة، ولكن أيضًا أخذ عينات عشوائية بين الكتل. تُستخدم خاصية الالتزام الخطية لـ KZG لتوسيع مجموعة الكتل داخل كتلة واحدة، التي تحتوي على قائمة كتل افتراضية جديدة ترمز بشكل زائد لنفس المعلومات.

من المهم أن توضح أن توسيع الالتزام لا يتطلب وجود blob، لذا فإن هذا الحل هو أساساً صديق لبناء الكتل الموزعة. كل ما تحتاجه العقد التي تقوم فعلياً ببناء الكتل هو امتلاك التزام KZG للblob، ويمكنها الاعتماد على عينة توفر البيانات )DAS( للتحقق من توفر بيانات الكتل. عينة توفر البيانات أحادية البعد )1D DAS( هي أيضاً صديقة بشكل أساسي لبناء الكتل الموزعة.

) ماذا يجب أن نفعل بعد؟ وما هي الموازنات المتاحة؟

بعد ذلك، يأتي تنفيذ وإطلاق PeerDAS. بعد ذلك، سنقوم بزيادة 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 وتفاعلاتها مع مشكلات الأمان مثل قواعد اختيار الانقسام.

في المراحل البعيدة في المستقبل، نحتاج إلى القيام بمزيد من العمل لتحديد النسخة المثالية من 2D DAS وإثبات خصائص الأمان الخاصة بها. نأمل أيضًا أن نتمكن في النهاية من الانتقال من KZG إلى بديل آمن كمي ولا يحتاج إلى إعداد موثوق. حاليًا، ليس لدينا وضوح حول أي من الخيارات المرشحة صديقة لبناء الكتل الموزعة. حتى باستخدام تقنية "القوة الغاشمة" المكلفة، أي استخدام STARK التكراري لتوليد إثباتات صحة لإعادة بناء الصفوف والأعمدة، لا يكفي لتلبية الطلب، لأنه على الرغم من أنه تقنيًا، حجم STARK هو O(log)n### * log(log(n)( قيمة تجزئة( باستخدام STIR)، إلا أن STARK فعليًا يكون تقريبًا بحجم الكتلة بأكملها.

الطريق الحقيقي الطويل الأمد الذي أعتقده هو:

1. تنفيذ DAS ثنائي الأبعاد المثالي;
2. الاستمرار في استخدام 1D DAS، التضحية بكفاءة عرض النطاق الترددي لأغراض البساطة والموثوقية وقبول حد أدنى أدنى من البيانات.
3. التخلي عن DA، وقبول Plasma بالكامل كهيكل Layer2 الرئيسي الذي نركز عليه.

يرجى ملاحظة أنه حتى إذا قررنا توسيع التنفيذ مباشرة على الطبقة L1، فإن هذا الخيار موجود. وذلك لأن إذا كانت الطبقة L1 ستتعامل مع عدد كبير من TPS، ستصبح كتل L1 كبيرة جداً، وسيود العملاء وجود طريقة فعالة للتحقق من صحتها، لذلك سيتعين علينا استخدام تقنيات مشابهة لتقنية Rollup) مثل ZK-EVM و DAS( على الطبقة L1.

) كيف تتفاعل مع أجزاء أخرى من خريطة الطريق؟

إذا تم تحقيق ضغط البيانات، فسوف يتقلص الطلب على DAS ثنائي الأبعاد، أو على الأقل سيتأخر، وإذا تم استخدام Plasma على نطاق واسع، فسوف يتقلص الطلب أكثر. كما أن DAS يشكل تحديات لبروتوكولات وآليات بناء الكتل الموزعة: على الرغم من أن DAS نظريًا صديق لإعادة البناء الموزع، إلا أن ذلك يتطلب في الممارسة العملية الجمع بينه وبين اقتراح قائمة إدراج الحزم وآلية اختيار الفروع المحيطة بها.

ضغط البيانات

( ماذا نحاول حل المشكلة؟

تستخدم كل عملية في Rollup مساحة كبيرة من بيانات السلسلة: تتطلب نقل ERC20 حوالي 180 بايت. حتى مع توفر عينة بيانات مثالية، فإن هذا يحد من قابلية توسيع بروتوكولات Layer. كل فتحة 16 ميغابايت، نحصل على:

16000000 / 12 / 180 = 7407 TPS

ماذا لو استطعنا حل مشكلة البسط فقط، بل أيضًا مشكلة المقام، مما يجعل كل معاملة في Rollup تشغل عددًا أقل من البايتات على السلسلة؟

ما هو؟ كيف يعمل؟

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

![فيتاليك جديد: مستقبل إثيريوم المحتمل، The Surge])