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Escrito por: Ebunker
Desde octubre de este año, el cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, ha publicado una serie de artículos sobre las posibilidades futuras del Protocolo Ethereum, que cubre seis partes de la hoja de ruta de desarrollo de Ethereum: la fusión, la oleada, el flagelo, el verge, la purga y El derroche.Este artículo interpretará la primera parte de la hoja de ruta (la fusión) para explorar qué otros diseños técnicos pueden mejorarse en la prueba de estaca y formas de lograr estas mejoras.
Vitalik cree que la «fusión» se refiere al evento más importante de la historia desde el lanzamiento del Protocolo Ethereum: la transición de la prueba de trabajo de POW a la prueba de participación.Hoy, Ethereum ha sido un sistema POS estable durante casi dos años, y esta prueba de participación ha tenido un desempeño excepcionalmente bien en términos de estabilidad, rendimiento y evitación de riesgos centralizados.Sin embargo, todavía hay algunas áreas importantes para que se mejoren la prueba de participación.
La hoja de ruta 2023 de Ethereum lo divide en varias partes: mejorar las características técnicas como la estabilidad, el rendimiento y la accesibilidad a los validadores más pequeños, y los cambios económicos para abordar los riesgos centralizados.Según Vitalik, este artículo no es una lista exhaustiva de mejoras a la prueba de estaca, sino más de ideas que se consideran activamente.
Los objetivos principales de la fusión son los siguientes:
1. Determinismo de la ranura de tiempo único (SSF): Por lo general, el bloque Ethereum tarda aproximadamente 15 minutos en finalizarse.Sin embargo, es posible verificar la eficiencia de los bloques mejorando el mecanismo de consenso de Ethereum, lo que reduce en gran medida el tiempo requerido para finalizar.Los bloques se pueden proponer y finalizar dentro de la misma ranura de tiempo sin esperar 15 minutos.
2. Confirme y complete las transacciones a la velocidad más rápida mientras mantiene la descentralización
3. Mejore la viabilidad de las promesas para las promesas individuales
4. Mejorar la robustez
5. Mejore la capacidad de Ethereum para resistir y recuperarse de los ataques del 51% (incluida la reversión final, el bloqueo final y la censura)
Determinismo de la ranura única y democratización de promesa
Actualmente, se necesitan 2–3 épocas (aproximadamente 15 minutos) para completar un bloque y se requiere 32 ETH para convertirse en un estakador.Este fue originalmente un compromiso para equilibrar tres objetivos:
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Maximice el número de validadores que participan en la participación (minimice la ETH requerida para la apuestas);
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Minimizar el tiempo final;
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Minimiza la sobrecarga de los nodos en ejecución.
Estos tres objetivos son conflictivos: para lograr la finalidad económica (es decir, el atacante necesita destruir una gran cantidad de ETH para restaurar el bloque finalizado), cada vez que se finaliza la finalización, cada validador debe firmar dos mensajes.Entonces, si hay muchos validadores, lleva mucho tiempo procesar todas las firmas o nodos muy poderosos para procesar todas las firmas al mismo tiempo.
Todo depende de uno de los objetivos clave de Ethereum: garantizar que incluso los ataques exitosos puedan generar altos costos a los atacantes.Este es el significado del término «finalidad económica».
También hay contraejemplos, las cadenas de bloques que no tienen «finalidad económica» (como Algorand) son resolver este problema seleccionando aleatoriamente un comité para finalizar cada ranura de tiempo.Pero el problema con este enfoque es que si el atacante controla el 51% de los validadores, el costo del ataque es extremadamente bajo: solo se detectarán algunos nodos en el comité como participantes en el ataque y castigados.Esto significa que el atacante puede atacar la cadena repetidamente.
Entonces, si Ethereum quiere lograr la finalidad económica, un enfoque simple basado en el comité no funcionará, pero requiere la participación de un conjunto completo de validadores.
Idealmente, Ethereum espera mejorar el status quo al tiempo que conserva su finalidad económica:
1. Termine el bloque dentro de una ranura (idealmente, mantenga o incluso reduzca la corriente de 12 segundos de longitud) en lugar de 15 minutos
2. Permitir que los verificadores estancen con 1 eth (por debajo de 32 eth a 1 eth)
El primer punto asegura que todos los usuarios de Ethereum puedan beneficiarse de los niveles más altos de garantía de seguridad logrado a través del mecanismo final.Hoy, la mayoría de los usuarios no pueden disfrutar de este tipo de garantía porque no están dispuestos a esperar 15 minutos;En segundo lugar, si los usuarios y las aplicaciones no tienen que preocuparse por la posibilidad de retroceso de la cadena, simplifica el protocolo y la infraestructura circundante.
El segundo punto es apoyar a las promesas individuales.Según múltiples encuestas, el factor principal que prevenía las promesas separadas es el límite mínimo de 32 ETH.Reducir el límite mínimo a 1 ETH resolverá este problema.
Hay un desafío: la certeza más rápida y los objetivos más democratizados están en conflicto con el objetivo de minimizar la sobrecarga.De hecho, este hecho es por qué Ethereum no adoptó el determinismo de un solo rango al principio.Sin embargo, investigaciones recientes han propuesto algunas posibles soluciones a este problema.
Cómo funciona:
El determinismo de la ranura única implica el uso de un algoritmo de consenso que finaliza los bloques dentro de una ranura.Este no es un objetivo difícil en sí mismo, y muchos algoritmos (como el consenso de Tendermint) lo han logrado.
Una propiedad ideal exclusiva de Ethereum es (es decir, fugas de inactividad): esta propiedad permite que la cadena de bloques continúe funcionando y eventualmente se recupere, incluso si más de 1/3 de los validadores están fuera de línea.
Propuesta determinista de la ranura de tiempo único
Existen varias soluciones líderes sobre cómo hacer que el determinismo de un solo rango funcione con validadores muy altos sin causar una sobrecarga de operadores de nodo extremadamente alto:
La opción uno es la fuerza bruta para implementar mejores protocolos de agregación de firma, que pueden usar ZK-Snarks, lo que permitirá manejar firmas de millones de validadores en una sola ranura.Horn, por ejemplo, es una de las propuestas propuestas para diseñar un mejor protocolo de agregación.
La opción dos es el Comité de Orbit, un nuevo mecanismo que permite que los comités de tamaño mediano seleccionados al azar sean responsables de la finalidad de la cadena, pero requiere la preservación de la característica del costo de ataque.La órbita aprovecha la heterogeneidad preexistente en el tamaño del depósito del verificador para lograr la mayor finalidad económica posible, al tiempo que le da a los verificadores pequeños el papel con el que coinciden.
Como se muestra en la figura a continuación, entre el rango x = 0 (Comité Algorand, sin finalidad económica) y x = 1 (el estado actual de Ethereum) —orbit SSF ha abierto el término medio:
1. El costo de hacer el mal sigue siendo muy alto para garantizar una seguridad extrema;
2. Pero al mismo tiempo, solo se requiere una muestra de validador aleatorio de tamaño mediano para participar en cada ranura de tiempo para reducir la carga en el nodo.
La opción 3 es el compromiso de doble capa, uno tiene dos tipos de mecanismos de compromiso.Solo los niveles con requisitos de depósito más altos participarán directamente en el proceso de proporcionar finalidad económica.En cuanto a los derechos y responsabilidades de los depósitos de bajo nivel, se han propuesto varias propuestas, que incluyen:
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El derecho a comprometer los derechos a los tenedores de mayor capital;
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Dibuje al azar Stakers de bajo nivel para probar y finalizar cada bloque;
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El derecho a generar listas de inclusión, etc.
Para la experiencia de seguridad de Ethere y las propiedades centralizadas, cada solución tiene sus ventajas y desventajas y necesita ser pesado: aunque la fuerza bruta puede resolver el problema, requiere la agregación de grandes cantidades de firmas en muy poco tiempo. El comité de órbita debe verificar su seguridad y características, e formalizarlo e implementarla;
Además de la certeza de un solo rango, la elección de líder de un solo secreto también es un tema importante en el sistema de prueba de estaca de Ethereum.Hoy en día, es posible saber qué verificador propondrá el siguiente bloque, que crea una vulnerabilidad de seguridad donde el atacante puede monitorear la red, determinar qué verificadores corresponden a qué direcciones IP y abordar el verificador cuando está a punto de proponer el verificador. Lanza un ataque de DOS.
La mejor manera de resolver este problema es ocultar la información de qué validador generará el siguiente bloque, al menos antes de generar el bloque.
Elección de liderazgo de un solo secreto
Actualmente, es posible saber qué verificador propondrá el siguiente bloque por adelantado, lo que crea una vulnerabilidad de seguridad: un atacante puede monitorear la red, determinar qué verificadores corresponden a qué direcciones IP y abordar el verificador cuando está a punto de proponer el Verificador.
El acuerdo electoral de un solo líder secreto resuelve este problema mediante el uso de algunas técnicas de cifrado para crear una ID de verificador «ciega» para cada verificador, y luego brinda a muchos propuestas la oportunidad de reestructurar y reblinificar el grupo de identificación ciego.
Sin embargo, lograr un acuerdo electoral de un solo líder secreto que es bastante simple no es fácil.
La simplicidad del protocolo Ethereum es crucial y no quiere aumentar aún más su complejidad.SSLE simplificado utilizando firmas de anillo (SSLE simplificada usando firmas de anillo) usa solo cientos de líneas de código de especificación e introduce nuevos supuestos en el cifrado complejo.
Cómo lograr una resistencia de SSLE cuántica suficientemente eficiente también es un problema.Eventualmente, esto puede suceder: la «complejidad adicional marginal» de SSLE caerá a lo suficientemente bajo solo si intentamos valientemente introducir un mecanismo para realizar una prueba de conocimiento universal por otras razones.
Además, la confirmación de transacciones más rápida es también uno de los problemas que el sistema de prueba de estancamiento de Ethereum necesita resolver.
Es valioso acortar aún más el tiempo de confirmación de la transacción de Ethereum (de 12 segundos a 4 segundos).Hacerlo mejorará significativamente la experiencia del usuario basada en L1 y rollups al tiempo que hace que los protocolos Defi sean más eficientes.También hará que L2 sea más descentralizado, ya que permitirá que una gran cantidad de aplicaciones L2 operen en acumulaciones, lo que reduce la necesidad de que L2 construya su propio tipo descentralizado basado en comité.
Hay aproximadamente dos técnicas: reducir el tiempo de ranura a 8 segundos o 4 segundos;Sin embargo, no está claro cómo es la viabilidad de acortar el tiempo de ranura de tiempo.
Incluso hoy, es difícil para los pendientes en muchas partes del mundo obtener pruebas a una velocidad lo suficientemente rápida.Los intentos de tiempo de ranura de 4 segundos están en riesgo de centralización de validador, y debido a la latencia, no es práctico ser un validador fuera de unas pocas regiones geográficamente superiores.
La debilidad del enfoque previo a la confirmación del proponente es que puede mejorar en gran medida el tiempo de inclusión en el caso promedio, pero no en el peor de los casos.Además, hay otro problema que resolver, a saber, cómo incentivar la preconfirmación.
Ante las posibles amenazas futuras de computación cuántica, Ethereum necesita desarrollar activamente alternativas a los ataques cuánticos.Cada parte del Protocolo Ethereum se basa actualmente en una curva elíptica debe tener algunas alternativas resistentes a la cantidad basada en hash u otras.Esto justifica el conservadurismo en los supuestos de rendimiento que rodean la prueba del diseño de la estaca y también es la razón del desarrollo más agresivo de alternativas resistentes a los ataques cuánticos.
resumen
El sistema de prueba de estaca Ethereum es un desafío en el camino hacia la evolución tecnológica.Dado que el umbral para Ethereum es alto, los proveedores de servicios de replanteo liderados por LIDO se han convertido en la primera opción para la apuesta por el nodo Ethereum, y la solución de apuesta de doble capa también tiene un cierto grado de riesgo de centralización.Para abordar estos desafíos, la finalidad de un solo rango y la democratización de las promesas, las elecciones de líder de un solo líder secreto, la confirmación de transacciones más rápida y el desarrollo de alternativas de ataque cuántico son problemas importantes que Ethereum necesita lidiar.
Vitalik ha pensado exhaustivamente en la actualización de «The Merge» y ha propuesto tantas soluciones técnicas como sea posible, discutiendo el potencial de diseño de Ethereum POS Prueba de tecnología de participación y las rutas de actualización tecnológicas potencialmente factibles en la actualidad.
En el proceso de actualización de tecnología, Ethereum todavía está trabajando duro para explorar e innovar, sopesando y eligiendo entre diferentes soluciones técnicas para encontrar la ruta de desarrollo más adecuada y lograr una mayor seguridad, rendimiento y niveles de descentralización.
