Перспективи технологічного оновлення протоколу Ethereum: частина The Merge

З жовтня 2022 року співзасновники Ethereum висунули низку концепцій щодо майбутнього розвитку Ethereum, що охоплюють шість основних аспектів: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge та The Splurge. У цій статті буде зосереджено увагу на першій частині The Merge, де буде розглянуто потенційні технічні поліпшення механізму доказу частки та шляхи їх реалізації.

Злиття вважається одним із найважливіших етапів в історії Ethereum, що позначає перехід від доказу роботи до доказу частки. Після майже двох років роботи, система доказу частки показала відмінні результати в плані стабільності, продуктивності та децентралізації. Однак все ще є кілька ключових областей, які потребують подальшої оптимізації.

Технічна дорожня карта Ethereum на 2023 рік зосереджується на двох аспектах: по-перше, покращення технічних характеристик, таких як підвищення стабільності, продуктивності та доступності для малих валідаторів; по-друге, реагування на ризики централізації через коригування економічних механізмів.

Основна мета The Merge

1. Досягнення односекундної детермінації (SSF): скорочення часу остаточного підтвердження блоку з приблизно 15 хвилин до одного сектора.

2. При збереженні децентралізації, підтвердження та завершення транзакції з максимальною швидкістю.

3. Знизити бар'єри для стейкінгу, збільшити можливість участі незалежних стейкерів.

4. Підвищення загальної стійкості системи.

5. Посилення стійкості Ethereum до атак 51% та відновлювальних можливостей, включаючи запобігання реверсії остаточності, блокування та цензуру.

Одночасна детермінація та демократизація стейкінгу

Наразі остаточне підтвердження блоків у Ethereum потребує 2-3 епохи (близько 15 хвилин), а мінімальний поріг для стейкінгу становить 32 ETH. Це робиться для пошуку балансу між максимізацією кількості валідаторів, мінімізацією часу остаточного підтвердження та зниженням витрат на роботу вузлів.

В ідеальних умовах Ethereum сподівається досягти двох покращень, зберігаючи економічну остаточність.

1. Стисніть час остаточного підтвердження блоків до одного слота (12 секунд або менше).
2. Знизити мінімальний поріг застави з 32 ETH до 1 ETH.

Ці покращення принесуть користь більшій кількості користувачів за рахунок більш високого рівня безпеки та значно підвищать життєздатність незалежного стейкінгу. Однак досягнення цих двох цілей збільшить витрати на експлуатацію вузлів, що також є причиною, чому Ethereum спочатку не впровадив однократну детермінацію.

Одночасний детермінований план

Щоб вирішити проблему одноразової детермінації в умовах великої кількості валідаторів та уникнути надмірних витрат на експлуатацію вузлів, наразі існує кілька основних рішень:

1. Оптимізація протоколу агрегації підписів: можливо, за допомогою технології ZK-SNARKs, реалізувати обробку мільйонів підписів валідаторів в одному часовому слоті.

2. Механізм комітету Orbit: шляхом випадкового вибору середнього за розміром комітету, який відповідає за фінальне підтвердження ланцюга, при цьому зберігаючи високу вартість атаки та зменшуючи навантаження на вузли.

3. Подвійний механізм стейкінгу: встановлення двох категорій стейкерів - високих і низьких, лише стейкери високого рівня безпосередньо беруть участь у процесі економічної остаточності.

Кожен варіант має свої переваги та недоліки, їх потрібно зважити між безпекою, децентралізацією та технологічною здійсненністю.

Вибори єдиного таємного лідера

На даний момент наступним пропонентом блоку є передбачуваним, що може призвести до цілеспрямованих атак DoS. Протокол вибору єдиного секретного лідера за допомогою криптографії створює "сліпі" ідентифікатори для кожного валідатора та дозволяє кільком пропонентам реорганізувати та повторно сліпити пул ідентифікаторів, щоб вирішити цю проблему.

Однак реалізація простого та ефективного протоколу виборів єдиного таємного лідера все ще стикається з викликами, особливо в питаннях збереження простоти протоколу та його стійкості до квантових атак.

Швидше підтвердження транзакцій

Додаткове скорочення часу підтвердження транзакцій (наприклад, з 12 секунд до 4 секунд) суттєво покращить досвід користувачів та підвищить ефективність DeFi-протоколів. Основними є два технічних шляхи:

1. Скоротити проміжок часу до 8 секунд або 4 секунди.
2. Дозволити пропонентам публікувати попереднє підтвердження в одному часовому слоті.

Однак скорочення часу вікна може збільшити ризик централізації валідаторів, а метод попереднього підтвердження, хоч і може покращити середній час підтвердження, не може оптимізувати показники в найгірших випадках.

Протистояння квантовим атакам

Стикаючись із потенційною загрозою квантових обчислень, Ethereum повинен розробити альтернативи для частини протоколу, що наразі залежить від еліптичних кривих, на основі хешування чи інших стійких до квантових рішень. Це підкреслює доцільність прийняття обережних припущень щодо продуктивності в дизайні доказу частки.

Висновок

Технічна еволюція системи доказу частки Ethereum стикається з численними викликами. Остаточна визначеність у один час, демократизація стейкінгу, вибори єдиного таємного лідера, швидше підтвердження транзакцій, а також розробка альтернатив, стійких до квантових атак, є важливими питаннями, які потребують термінового вирішення.

Команда Ethereum активно досліджує та інновує, зважуючи різні технологічні рішення, щоб знайти найкращий шлях розвитку, досягти вищої безпеки, продуктивності та рівня децентралізації. Цей процес буде продовжувати сприяти розвитку та вдосконаленню екосистеми Ethereum.