Новий етап розширення Ethereum: технологія zk-SNARKs сприяє досягненню 10 000 транзакцій на секунду

Ethereum незабаром святкуватиме десятиріччя свого генезис-блоку, і після багатьох років досліджень його маршрут розширення відкриває нову главу. Хоча нещодавнє зростання ціни ETH підняло впевненість на ринку, справжнім приводом для збудження є те, що Ethereum L1 нарешті знайшов життєздатний шлях для масштабного розширення, зберігаючи при цьому високу децентралізацію.

У наступні кілька років ліміт газу Ethereum та TPS очікується, що зростуть в кілька разів щороку. Валідаторам більше не потрібно буде повторно виконувати кожну транзакцію, а лише перевіряти одну zk-SNARKs, щоб підтвердити правильне виконання цієї партії транзакцій. Це підвищить TPS базової мережі до десятків тисяч транзакцій на секунду. Одночасно L2 також буде синхронізовано для розширення, досягнувши сотень тисяч або навіть мільйонів TPS. Новий тип L2 під назвою "рідний Rollup" працюватиме подібно до програмованих шард, забезпечуючи таку ж безпеку, як і L1.

Хоча ці пропозиції ще не отримали офіційного затвердження в процесі управління Ethereum, вони базуються на ідеях, які засновник Ethereum почав досліджувати з 2017 року, і отримали значну підтримку від основних дослідників.

На конференції EthCC у липні цього року, ключовий дослідник Фонду Ethereum заявив: "Ми перебуваємо на критичній точці розширення Ethereum, я впевнений, що ми незабаром увійдемо в еру GigaGas L1 — близько 10000 TPS, а ключем до відкриття цієї ери є zkEVM та реальні докази."

Його остаточна мета - досягти 10 мільйонів TPS для екосистеми Ethereum протягом 10 років. Це означає, що майбутнє неодмінно буде архітектурою "мережі в мережі": різні L2 виконують різні сценарії, важливі аспекти та переваги, спільно розширюючи всю екосистему для задоволення глобальних потреб.

!

Виклики, з якими стикається розширення Ethereum L1

Попри те, що інші блокчейни вже почали намагатися використовувати більш потужне обладнання та обчислювальні потужності для збільшення пропускної здатності, Ethereum завжди дотримувався майже рішучої позиції щодо децентралізації. З точки зору найбільш відданих прихильників ETH, деякі ланцюги з високою пропускною здатністю мають ризики централізації на мільйони доларів, оскільки уряд може безпосередньо перевіряти транзакції в цих вузлах. Навіть ланцюги з відносно низькими вимогами до обладнання можуть мати витрати та вимоги до пропускної спроможності, які можуть впливати на рівень децентралізації.

У порівнянні, Ethereum навіть може працювати на Raspberry Pi, цей низький бар'єр входу дозволяє понад 15 000 публічних вузлів та мільйонам валідаторів брати участь у мережі, тому майже неможливо цензурувати транзакції в Ethereum, і це робить всю мережу надзвичайно стійкою до атак. Звичайно, ціною цього є дуже повільна швидкість — поточний TPS складає лише приблизно 18-20 транзакцій на секунду.

В певному сенсі архітектура блокчейну сама по собі має проблеми з ефективністю. Щоразу, коли відбувається зміна стану, всі вузли в мережі повинні повторно перевіряти весь стан, що серйозно обмежує масштабованість.

Саме тому, що при збереженні децентралізації простір для розширення основної мережі обмежений, Ethereum у 2020 році був змушений обрати шлях розширення L2.

Прорив технології zk-SNARKs

Технологія zk-SNARKs вважається ключем до вирішення неможливого трикутника блокчейну. Вона здатна математично довести, що велика кількість складних транзакцій була виконана правильно, не розкриваючи деталі транзакцій.

Процес генерування zk-SNARKs є дуже складним, але перевірка правильності доказу є швидкою та легкою. Тому майбутнє Ethereum полягає в тому, щоб дозволити перевіряючим перевіряти лише дуже малий zk-SNARK, не виконуючи повторно всі транзакції.

Це означає, що в майбутньому обсяги обчислень для верифікації zk-SNARKs будуть настільки малими, що навіть бюджетна версія Raspberry Pi за 7 доларів зможе з цим впоратися, зовсім не потрібно великі дата-центри.

!

zkEVM: шлях до 10 000 TPS

Нещодавно з'явилися новини, що впродовж року L1 основна мережа може інтегрувати zk-SNARKs на основі Ethereum віртуальну машину (zkEVM). Варто зазначити, що багато практичних досліджень технології zk-SNARKs насправді почалися з L2 мереж. Наприклад, деякі L2 мережі є 100% сумісними з EVM ZK Rollup публічними ланцюгами — будь-який додаток, яке може працювати на Ethereum, може безперешкодно працювати на цих L2.

Технологія нульових знань дає відповідь на неможливий трикутник блокчейну: ми можемо значно підвищити ліміт газу L1, тоді як обсяг обчислень не ускладнює перевірку. Зі зниженням затримки та вартості генерації нульових знань, ми можемо обробляти вищу пропускну здатність, одночасно підтримуючи надзвичайно низькі апаратні вимоги для перевірки.

Проте, спільнота не повинна бути надмірно оптимістичною, навіть якщо протягом наступного року zkEVM успішно інтегрується в L1, він не досягне 10 000 TPS у перший же день.

!

Поступове оновлення маршруту

Ethereum наразі має п'ять основних програмних клієнтів, які можна використовувати для роботи в мережі. У майбутніх оновленнях Ethereum планує спочатку випустити два-три модифіковані клієнти, які підтримують ZK верифікацію, що дозволить верифікаторам обирати перевірку за допомогою перевірки zk-SNARKs, а не повторно виконувати кожну транзакцію.

Спочатку лише кілька валідаторів перейдуть на новий режим валідації, щоб на початку виявити та виправити потенційні проблеми. Перехід на EVM з використанням zk-SNARKs буде поступовим процесом.

Користувачі в основному поступово відчують підвищення ліміту газу L1, що означає посилення економічної активності мережі. Хоча перехід L1 на ZK верифікацію потребує часу, але розширення ліміту газу майже на порозі.

Нещодавно L1 Gas ліміт щойно підвищили на 22%, досягнувши 45 мільйонів. Дослідники запропонували пропозицію, яка рекомендує клієнтам автоматично тричі на рік підвищувати Gas ліміт; відповідно до цього плану, через чотири роки основна мережа Ethereum зможе досягти приблизно 2000 TPS.

Дослідники навіть запропонували подовжити цей темп на два роки, до 2031 року досягти 1 gigagas пропускної здатності, реалізуючи приблизно 10 тисяч TPS.

!