Перспективы технологического обновления протокола Ethereum: глава The Merge

С октября 2022 года соучредитель Эфира представил ряд идей о будущем развитии Ethereum, охватывающих шесть основных аспектов: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge и The Splurge. В этой статье будет сосредоточено внимание на первой части The Merge, исследуя потенциальные технические улучшения механизма подтверждения доли и пути их реализации.

Слияние считается одним из самых важных этапов в истории Ethereum, знаменующим переход от доказательства работы к доказательству доли. После почти двух лет работы система доказательства доли показала отличные результаты в стабильности, производительности и децентрализации. Тем не менее, есть некоторые ключевые области, которые требуют дальнейшей оптимизации.

Техническая дорожная карта Ethereum на 2023 год в основном сосредоточена на двух аспектах: во-первых, улучшение технических характеристик, таких как повышение стабильности, производительности и доступности для небольших валидаторов; во-вторых, реагирование на риски централизации через корректировки экономических механизмов.

Основная цель The Merge

1. Реализация односетевой детерминированности (SSF): сокращение времени окончательной подтверждения блока с примерно 15 минут до одного временного слота.

2. Подтверждение и завершение транзакций с максимальной скоростью при соблюдении принципа децентрализации.

3. Снизить порог стейкинга, увеличить возможность участия независимых стейкеров.

4. Повышение общей устойчивости системы.

5. Укрепление устойчивости и способности восстановления Ethereum к атакам 51%, включая предотвращение реверсии финальности, блокировку и цензуру.

Определенность одиночного слота и демократизация стекинга

В настоящее время для окончательной подтверждения блока в Ethereum требуется 2-3 эпохи (около 15 минут), а минимальный порог ставки составляет 32 Эфир. Это делается для достижения баланса между максимизацией количества валидаторов, минимизацией времени окончательной подтверждения и снижением затрат на работу узлов.

В идеале Ethereum надеется достичь двух улучшений, сохраняя экономическую конечность.

1. Сократите время окончательной фиксации блока до одного слота (12 секунд или меньше).
2. Уменьшить минимальный порог залога с 32 Эфир на 1 Эфир.

Эти улучшения позволят большему числу пользователей воспользоваться более высоким уровнем безопасности и значительно увеличат жизнеспособность независимого стейкинга. Однако достижение этих двух целей приведет к увеличению операционных затрат для узлов, что также является причиной, по которой Эфир изначально не принял детерминизм с единым временным слотом.

Однослотовая детерминированная схема

Чтобы решить проблему одновременной определенности при большом количестве валидаторов и избежать чрезмерных затрат на обслуживание узлов, в настоящее время существует несколько основных решений:

1. Оптимизация агрегирования подписей Протокола: возможно, с помощью технологии ZK-SNARKs, реализовать обработку миллионов подписей валидаторов в одном временном слоте.

2. Механизм комитета Orbit: окончательное подтверждение цепочки осуществляется с помощью случайного выбора комитета средней величины, что позволяет снизить нагрузку на узлы при сохранении высокой стоимости атаки.

3. Двухуровневая механика стейкинга: устанавливаются два типа стейкеров - высокоуровневые и низкоуровневые, только высокоуровневые стейкеры могут непосредственно участвовать в процессе экономической финализации.

Каждое решение имеет свои плюсы и минусы, и необходимо взвесить их между безопасностью, децентрализацией и технической осуществимостью.

Выборы единого секретного лидера

В настоящее время следующий предложитель блока предсказуем, что может привести к целенаправленным атакам DoS. Протокол выборов единого секретного лидера создает "слепые" идентификаторы проверяющих для каждого валидатора с помощью криптографических технологий и позволяет нескольким предложителям реорганизовать и переоснастить пул идентификаторов, чтобы решить эту проблему.

Тем не менее, создание простого и эффективного протокола выборов одного секрета лидера по-прежнему сталкивается с проблемами, особенно в поддержании простоты протокола и его устойчивости к квантовым атакам.

Более быстрое подтверждение транзакций

Существенное сокращение времени подтверждения транзакций (например, с 12 секунд до 4 секунд) значительно улучшит пользовательский опыт и повысит эффективность DeFi-протоколов. Существует два основных технологических пути:

1. Сократите время интервала до 8 секунд или 4 секунд.
2. Позволить инициатору публиковать предварительное подтверждение в одном временном интервале.

Однако сокращение времени временного интервала может увеличить риск централизации валидаторов, а метод предварительного подтверждения, хотя и может улучшить среднее время подтверждения, не может оптимизировать показатели в худшем случае.

Антиквантовая атака

С учетом потенциальной угрозы квантовых вычислений, Ethereum необходимо разработать альтернативные решения для текущих частей протокола, зависящих от эллиптических кривых, на основе хэширования или других анти-квантовых схем. Это подчеркивает целесообразность принятия консервативных предположений о производительности в дизайне доказательства доли.

Заключение

Техническая эволюция системы доказательства доли Ethereum сталкивается с множеством вызовов. Важными проблемами, требующими решения, являются окончательная определенность в одном слоте, демократизация стейкинга, выбор единственного тайного лидера, более быстрая подтверждение транзакций и разработка альтернативных решений для защиты от квантовых атак.

Команда Ethereum активно исследует и innovирует, взвешивая различные технологические решения, чтобы найти лучший путь развития, обеспечивая более высокую безопасность, производительность и степень децентрализации. Этот процесс будет продолжать способствовать развитию и совершенствованию экосистемы Ethereum.