Vitalik: Was kann in Ethereum POS noch verbessert werden?

Originaltitel:>Mögliche Zukunft des Ethereum -Protokolls, Teil 1: Die Zusammenführung

Autor: Vitalik, Gründer von Ethereum, zusammengestellt: Deng Tong, Bitchain Vision

Zunächst bezieht sich „The Merge“ auf den wichtigsten Vorfall des Ethereum -Abkommens seit seiner Einführung: Langweiliger und hartem Won -Übergang von POW zu POS.Heutzutage ist Ethereum seit fast zwei Jahren stabil in Betrieb, und dieser POS hat sich in Bezug auf Stabilität, Leistung und Vermeidung von zentralen Risiken sehr gut entwickelt.POS hat jedoch noch einige wichtige Bereiche, die verbessert werden müssen.

Die Roadmap, die ich 2023 gemalt habe, teilt sie in mehrere Teile auf:Verbesserung der technischen Merkmale wie Stabilität, Leistung und Zugänglichkeit für kleine VerifizierungenUnd wirtschaftlicher Wandel, um mit zentralen Risiken umzugehen.Ersteres wurde Teil von „The Merge“, und der letztere wurde Teil von „The Scourit“.

Dieser Artikel konzentriert sich auf den Abschnitt „The Merge“:Was ist das technische Design des Equity Certificate (POS), das verbessert werden kann, und wie können diese Verbesserungen erzielt werden?

Dies ist keine detaillierte Liste von Dingen, die von POS erledigt werden können.

Single Slot Finality (SSF) und Versprechen Demokratisierung (SSF)

Welche Probleme lösen wir?

Gegenwärtig benötigt Ethereum 2-3 Epoche (ca. 15 Minuten), um schließlich einen Block zu bestimmen, und 32 ETH ist erforderlich, um ein Verpfandung zu werden.

Dies war ursprünglich ein Kompromiss, der zwischen den drei folgenden Toren ein Gleichgewicht machte:

• Maximieren Sie die Anzahl der an Versprechen beteiligten Überprüfungen (was direkt die für das Mindestversprechen erforderliche Mindestmenge bedeutet)

• Minimieren Sie das letzte Mal

• Um die Kosten für laufende Knoten zu minimieren

Diese drei Ziele sind widersprüchlich miteinander: Um „wirtschaftliche endgültige Gewissheit“ zu erreichen (wirtschaftliche Endgültigkeit, dh Angreifer müssen eine große Anzahl von ETH zerstören, um den endgültigen festen Block wiederherzustellen). Nachrichten müssen signiert werden.Wenn Sie viele Überprüfungen haben, benötigen Sie lange Zeit, um alle Unterschriften zu behandeln, oder Sie benötigen sehr leistungsstarke Knoten, um alle Unterschriften gleichzeitig zu verarbeiten.

Bitte beachten Sie, dass all dies von einem wichtigen Ziel in Ethereum abhängt: Sicherstellen, dass selbst erfolgreiche Angriffe den Angreifern hohe Kosten verursachen.Dies ist die Bedeutung des Wortes „wirtschaftliche endgültige endgültige Definition“.Wenn wir dieses Ziel nicht haben, können wir endlich jeden Slot bestimmen, um dieses Problem durch zufällige Auswahl eines Komitees (wie Algrand) zu lösen.Das Problem dieser Methode ist jedoch, dass der Angreifer, wenn der Angreifer 51% der Überprüfungen kontrolliert, mit sehr geringen Kosten angreifen kann Das Komitee ist das im Komitee.Dies bedeutet, dass ein Angreifer die Kette wiederholt angreifen kann.Wenn wir die wirtschaftliche endgültige Gewissheit wollen, ist die einfache Ausschussmethode auf den ersten Blick nicht in der Lage.

Im Idealfall hoffen wir, die wirtschaftliche endgültige Gewissheit beizubehalten und gleichzeitig den Status quo in den beiden Bereichen zu verbessern:

1. Vervollständigen Sie den Block innerhalb eines Schlitz

2. Ermöglichte Überprüfungen zu Versprechen 1 ETH (ursprünglich 32 ETH)

Die Rationalität des ersten Ziels ergibt sich aus den beiden Zielen.

Erstens stellt es sicher, dass alle Ethereum -Benutzer von Sicherheitsgarantien mit höheren Ebenen profitieren können, die durch den endgültigen Bestimmungsmechanismus erreicht werden.Heutzutage können die meisten Benutzer diese Garantie nicht genießen, da sie nicht bereit sind, 15 Minuten lang zu warten.Zweitens, wenn Benutzer und Anwendungen sich keine Sorgen über die Möglichkeit eines Kettenrollbacks machen müssen (es sei denn, es gibt ein relativ seltenes nicht aktiviertes Leckage -Leck), vereinfacht dies die Vereinbarung und die Infrastruktur um sie herum.

Das zweite Ziel ist der Wunsch, Solo -Zusagen zu unterstützen.Immer wiederholte öffentliche Meinungsumfragen zeigen, dass der Hauptfaktor, um mehr Menschen zu verhindern, die Mindestgrenze von 32 ETH ist.Die Reduzierung der Mindestgrenze auf 1 ETH löst dieses Problem, sodass andere Probleme zum Hauptfaktor geworden sind, das die Solo -Verpfändung einschränkt.

Es gibt eine Herausforderung: schnellere Sicherheit und demokratischere Ziele sind mit dem Ziel der minimierten Ausgaben in Konflikt gerückt.Tatsächlich ist diese Tatsache alle Gründe, warum wir zunächst keinen einzigen Slot übernommen haben.Jüngste Studien haben jedoch einige mögliche Methoden vorgeschlagen, um dieses Problem zu lösen.

Was ist SSF und wie funktioniert es?

Die endgültige Bestimmung von Single Slot beinhaltet die Verwendung von Konsensalgorithmen, die den Block in einem Slot abschließen.Dies ist an sich kein schwieriges Ziel: Viele Algorithmen (z. B. Tenderminzkonsens) haben dies mit dem besten Attribut erreicht.Eines der idealen Attribute, die für Ethereum einzigartig sind, ist „kein Aktivitätsleck -Leck“.Glücklicherweise wurde dieser Wunsch gelöst: Es gibt bereits Vorschläge zur Änderung des Tendermint -Konsens, um sich an das Inaktivitätsleck anzupassen.

Der führende Vorschlag für ein Slot -Final Definition

Der schwierigste Teil des Problems ist, wie die endgültige Gewissheit eines einzelnen Slot eine Rolle spielt, wenn die Anzahl der Überprüfungen sehr hoch ist, und es wird nicht zu einem Hoch -Operator mit hohem Endknoten führen.Aus diesem Grund gibt es mehrere führende Lösungen:

• Optionen 1: Kampfstreifen, um ein besseres Signaturaggregationsprotokoll zu erzielen, das möglicherweise ZK-Snarks verwendet, wodurch wir die Signaturen aus Millionen von Überprüfungen in jedem Slot verarbeiten können.

Horn, eines der für eine bessere Aggregationsvereinbarung vorgeschlagenen Entwürfe.

• Option 2: Orbit-Komitee-Ein neuer Mechanismus, mit dem zufällig ausgewählte Medium-Ausschüsse für die Vervollständigung der Kette verantwortlich sind, aber die Art und Weise beibehalten, wie wir die Kostenmerkmale der Angriffskosten einholen.
  Eine Möglichkeit, über den Orbit SSF nachzudenken, besteht darin, dass es einen Kompromissoptionsraum aus dem X = 0 (Algorand Style Committee, der die endgültige Gewissheit der Wirtschaft ist) zu diesem Zeitpunkt eröffnet hat, hat Ethereum immer noch eine ausreichende wirtschaftliche endgültige Gewissheit Stellen Sie eine extrem sichere Gewährleistung sicher, aber gleichzeitig haben wir den Effizienzvorteil jedes Steckplatzes mit nur mittelgroßen Überprüfungen erhalten, um an jedem Steckplatz teilzunehmen.

Orbit verwendet die Vor -Existenz der Heterogenität in der Einzahlungsskala, um so viel wirtschaftliche endgültige Definition wie möglich zu erhalten, und liefert weiterhin die entsprechende Rolle von Solo -Überprüfungen.Darüber hinaus verwendet Orbit eine langsame Kommission, um sicherzustellen, dass der hohe Grad an Überschneidungen zwischen benachbarter rechtlicher Anzahl verwendet wird, um sicherzustellen, dass die wirtschaftliche endgültige Sicherheit immer noch für die Rotationsgrenze des Ausschusses anwendbar ist.

• Optionen 3: Zweischichtiger Versprechen-ein-Mechanismus, von dem das Versprechen in zwei Kategorien unterteilt ist, ist eine Art von Einlagenanforderungen höher und die andere Art der Einlagenanforderungen niedrig.Nur Niveaus mit höheren Einlagenanforderungen werden direkt an der wirtschaftlichen endgültigen Sicherheit beteiligt.Es gibt verschiedene Vorschläge (zum Beispiel siehe, sieheRegenbogenversprechenArtikel) um ausdrücklich zu erklären, welche Rechte und Verantwortlichkeiten der Niveaus mit niedrigeren Einlagenanforderungen.Gemeinsame Ideen umfassen:

• Das Recht, Versprechen an höhere Versprechen anzuvertrauen

• Extrahieren Sie zufällig Versprechen mit niedrigerer Ebene, um jeden Block zu beweisen und schließlich zu bestimmen

• Das Recht, das Recht auf Inklusionslisten zu generieren

Was sind die Verbindungen zur vorhandenen Forschung?

• Die Art und Weise, die endgültige Bestimmung eines einzelnen Steckplatzes (2022) zu verwirklichen:>https://notes.ethereum.org/@vbuterin/single_slot_finality

• Der spezifische Vorschlag des endgültigen Bestimmungsprotokolls des Ethereum Single Slot (2023):https://eprint.iacr.org/2023/280

• Orbit SSF:>https://ethresear.ch/t/orbit-sf-solo-staking-freundlich-validator-set-management- ssf/19928>

• Weitere Analyse des Umlaufstilmechanismus:

• Horn, Unterschriftenaggregationsvereinbarung (2022):>>https://ethresear.ch/t/horn-collecting-schsignatures-faster-finalität/142199

• Signaturverarbeitung des großen Konsens (2023):>https://ethresear.ch/t/signature-erging-for- lary-cale- Consonsus/17386? U = Asn>

• >KhovratovichWarten auf die vorgeschlagene Signaturaggregationsvereinbarung:>>https://hackmd.io/@7dpnyqjkqgeyc7wmlpxhtq/bykm3ggu0 #/

• Stark -basierte Signaturaggregation (2022):https://hackmd.io/@vbuterin/stark_aggregation

• Regenbogenversprechen:https://ethresear.ch/t/unbundling-staking-towards-rainbow-staking/18683

Was soll ich tun?Was müssen Sie wiegen?

Es gibt vier mögliche Wege, auf denen Sie auswählen können (wir können auch einen gemischten Weg einschlagen):

1. Behalten Sie den Status quo bei

2. Orbit SSF

3, Brute Force SSF

4. SSF mit zwei Schichten von Versprechenmechanismus

1 bedeutet, dass Sie nichts tun und es behalten, aber dies wird die Sicherheitserfahrung von Ethereum und die Zentralisierung von Zentralisierung schlechter machen als ursprünglich.

2 Vermeiden Sie „hohe Tech“ und um das Problem zu lösen, indem Sie die Vereinbarung subtil neu organisieren die der Gegenwart jetzt.Es wird allgemein angenommen, dass Ethereums aktuelle wirtschaftliche endgültige Definition das Niveau, das es benötigt, bei weitem überschreitet.

Die Hauptarbeit besteht darin, zu überprüfen, ob der Umlaufmechanismus sicher ist und über die gewünschten Attribute verfügt, und sie dann vollständig formell formell formen und implementieren.Darüber hinaus ermöglicht EIP-7251 (erhöhen maximal effektives Gleichgewicht) eine freiwillige Überprüfung, wodurch die Kettenüberschreitungsaufwand sofort reduziert und als effektives Anfangsstadium dient, das von der Umlaufbahn gestartet wird.

3 Vermeiden Sie geniale Reden, aber lösen Sie das Problem mit hohem Tech gewaltsam.Dazu dauert es kurze Zeit (5-10 Sekunden), um eine große Anzahl von Unterschriften (mehr als 1 Million) zu sammeln.

4 Vermeiden Sie geniale Re -Thinking und High -Tech, aber es erzeugt ein Zwei -Layer -Verpfändungssystem, das immer noch zentralisierte Risiken hat.Das Risiko hängt in hohem Maße von den spezifischen Rechten ab, die durch die niedriger verpfändete Schicht erhalten wurden.Zum Beispiel:

• Wenn Low -Level -Zusagen das Recht anvertrauen müssen, Senior -Zusagen zu beweisen, kann die Beantwortung zentralisiert sein, und am Ende erhalten wir zwei hoch konzentrierte Versprechen.

• Wenn zufällige Stichproben erforderlich sind, um jeden Block zu genehmigen, muss der Angreifer nur eine kleine Menge ETH ausgeben, um die endgültige Sicherheit zu verhindern.

• Wenn die Verpflegung von niedrigerer Ebene nur eine Liste erstellen kann, kann die Beweisschicht zu diesem Zeitpunkt die Zentralisierung beibehalten.

Sie können mehrere Strategien kombinieren, z. B.:

1 + 2: Umlaufbahn hinzufügen, aber nicht die endgültige Natur des einzelnen Steckplatzes ausführen

1 + 3: Verwenden Sie starke Technologie, um den Mindestablagerungsbetrag zu reduzieren, ohne dass einzelne Slots abgeschlossen sind.Die erforderliche Aggregationsmenge ist 64 -mal weniger als die Situation (3), so dass das Problem einfacher wird.

2 + 3: Verwenden Sie konservative Parameter, um die Orbit -SSF auszuführen (z. B. das 128K -Verifizierungsausschuss, nicht 8K oder 32K), und verwenden Sie die Brute Force -Technologie, um sie über effizient zu machen.

1 + 4: Fügen Sie Regenbogenversprechen hinzu, machen Sie jedoch keine endgültige Bestätigung

Wie interagiert SSF mit anderen Teilen der Roadmap?

Zusätzlich zu anderen Vorteilen verringert die endgültige Bestimmung des Slot auch das Risiko mehrerer MEV -Angriffe bestimmter Arten von MeV.Darüber hinaus müssen in der endgültigen Entschlossenheit der einzelnen Slots das Design-Trennungsdesign und andere innere Blockproduktionskanäle auf unterschiedliche Weise entwickelt werden.

Die Schwäche der brutalen Kraftstrategie ist, dass sie es schwieriger machen, die Schlitzzeit zu verkürzen.

Einzelheim -Führungswahlen (SSLE)

Welche Probleme lösen wir?

Welche Überprüfungen vorschlagen, dass der nächste Block im Voraus bekannt sein kann.Dies führt zu einer Sicherheitsanfälligkeit: Der Angreifer kann das Netzwerk überwachen, bestimmen, welche IP -Adresse entspricht, welche Überprüfungen ein DOS -Angriff auf den Markt bringen, wenn der Verifizierer den Block vorschlagen soll.

Was ist SSLE und wie funktioniert es?

Der beste Weg, um das DOS -Problem zu lösen, besteht darin, zu verbergen, welche Überprüfungen die nächsten Blockinformationen erzeugen, zumindest bevor der tatsächliche Block erzeugt wird.Bitte beachten Sie, dass dies einfach ist, wenn wir die Anforderungen „einzelne“ Löschen löschen: Eine Lösung besteht darin, jedem den nächsten Block zu erstellen, aber Randao muss weniger als 2 256/ n enthüllen.Im Durchschnitt kann nur ein Überprüfer diese Anforderung erfüllen -aber manchmal gibt es zwei oder mehr, manchmal gibt es nein.Es war schon immer ein Problem, die „geheimen“ Anforderungen mit den „einzelnen“ Anforderungen zu kombinieren.

Eine einzelne Wahlvereinbarung für geheime Führungskräfte verwendet verschlüsselte Technologie, um eine „blinde“ Überprüfungs -Person -ID für jede Verifizierungsperson zu erstellen und dann vielen Vorschlägen die Möglichkeit zu geben, den Blind -ID von Arbeitsweisen), so dieses Problem.In jedem Zeitpunkt wird eine zufällige Blind -ID ausgewählt.Nur der Besitzer der Blind ID kann effektive Beweise für den Block erzeugen, aber niemand weiß, welche Überprüfung der Blind ID.

SSLE -Protokoll verquirlen

Was sind die Verbindungen zur vorhandenen Forschung?

• Dan Bonehs Papier (2020):https://eprint.iacr.org/2020/025.pdf

• Whisk (spezifischer Vorschlag für Ethereum, 2022):https://ethresear.ch/t/whisk-a-Practical-shuffle-base-sprotocol-hereum/11763

• Label für einzelne geheime Leader -Leiter auf Ethresear.ch:https://ethresear.ch/tag/single-secret- Leader-wahl

• Vereinfachte SSLE mit der Ringsignatur:https://ethresear.ch/t/simplify-ssle/12315

Was soll ich tun?Was müssen Sie wiegen?

Tatsächlich besteht der Rest darin, ein einfaches und einfaches Protokoll zu finden und zu implementieren, damit wir es einfach im Hauptnetzwerk implementieren können.Wir stellen Ethereum als ziemlich einfache Vereinbarung von großer Bedeutung und möchten nicht, dass die Komplexität weiter zunimmt.Die SSLE, die wir gesehen haben, hat Hunderte von Linienspezifikationen hinzugefügt und neue Annahmen in der komplexen Verschlüsselung eingeführt.Eine ausreichend wirksame Implementierung von Anti -Quantum -SSLE -SSLE zu finden ist ebenfalls ein suspendiertes Problem.

Am Ende kann dies geschehen: Nur wenn wir den Mechanismus mutig versuchten und einführten auf ein ausreichend niedriges Niveau fallen.

Eine andere Wahl besteht darin, SSLE überhaupt zu ignorieren, aber das DOS -Problem mit einer Linderungsmaßnahme (wie bei der P2P -Schicht) außerhalb des Protokolls zu lösen.

Wie kann es mit anderen Teilen der Roadmap interagieren?

Wenn wir einen Mechanismus (Attester-Proposer Trennung) hinzufügen, wie z. B. Ausführung t 4 Blockbauer.Für Konsensblöcke (dh Blöcke einschließlich Protokollmeldungen wie Beweise, Teile, die Listen usw. enthalten) werden wir weiterhin von SSLE profitieren.

Schnelle Handelsbestätigung

Welche Probleme lösen wir?

Es ist wertvoll, dass die Transaktionsbestätigungszeit von Ethereum von 12 Sekunden auf 4 Sekunden weiter verkürzt wird.Dies wird die Benutzererfahrung von L1 und Rollups erheblich verbessern und gleichzeitig das Defi -Protokoll effizienter machen.Außerdem erleichtert die Dezentralisierung von L2, da eine große Anzahl von L2 -Anwendungen an Rollups basiert und damit L2 reduziert wird, um ein eigenes aus dem Ausschuss basierender dezentraler Sortieranforderungen aufzubauen.

Schnelle HandelsbestätigungWas und wie funktioniert es?

Hier gibt es im Allgemeinen zwei Technologien:

1. Reduzieren Sie die Schlitzzeit, z. B. die Reduzierung von 8 Sekunden oder 4 Sekunden.Dies bedeutet nicht unbedingt die endgültige Gewissheit von 4 Sekunden: Die endgültige Bestimmung selbst erfordert eine dreiräumige Kommunikation, sodass wir jede Kommunikationsrunde in einen separaten Block setzen können, was nach 4 Sekunden zumindest vorläufige Bestätigung sein wird.

2. Zulner zur Veröffentlichung der Vorbestätigung während der Zeit des Steckplatzes.In extremen Fällen kann der Vorschlag die Transaktionen, die sie in Echtzeit sehen 5678 … „).Der Vorschlag hat zwei Konfliktkonflikte auf zwei Arten erlassen: (i) Bestrafung des Vorschlags oder (ii) Zeugen zur Abstimmung, für die man früher ist.

Was sind die Verbindungen zur vorhandenen Forschung?

• Basierend auf der Vorbestätigung:https: //ethresear.ch/t/based-preconfirmations/17353

• Vereinbarung erzwungene Vorschlägeversprechen (PEPC):>https://ethresear.ch/t/unbundling-pbs-towards-protocol-proposer-commitments- pepc/13879

• Der gestaffelte Zyklus in der parallelen Kette (die Idee der geringen Latenz im Jahr 2018):https://ethresear.ch/t/staggered- perios/1793

Was soll ich tun?Was müssen Sie wiegen?

Es ist unklar, die Machbarkeit der Schlitzzeit zu verkürzen.Noch heute sind Verpfänder in vielen Gebieten der Welt schwer ausreichend zu beweisen.Es besteht das Risiko einer Konzentration von Überprüfungen zum Schlitzzeitzeit von 4 Sekunden, und aufgrund von Verzögerung ist es unpraktisch, außerhalb einiger Privilegien ein Authentikatur zu werden.

Die Schwäche des Vorschlags, der die Methode vorbestätigt, besteht darin, dass er die Einschlusszeit der durchschnittlichen Situation erheblich verbessern kann, aber die schlimmste Situation nicht verbessern kann: Wenn der aktuelle Vorschlag gut läuft, wird Ihre Transaktion in 0,5 Sekunden vorbestätigt Anstelle von (durchschnittlich) 6 6 6 ist es in Sekunden enthalten. Wenn der aktuelle Vorschlag jedoch offline ist oder schlecht läuft, müssen Sie noch 12 Sekunden warten, um das nächste Mal zu beginnen und neue Vorschläge zu liefern.

Darüber hinaus gibt es ein unangemessenes Problem, das heißt, wie man die Vorbestätigung motiviert.Der Vorschlag hat die Motivation, ihre Optionen so lange wie möglich zu maximieren.Wenn der Zeuge die vorbestätigte Aktualität unterzeichnete, kann der Transaktionssender sofort die vorhergesagten Bedingungen vorhersagen, dies wird dem Zeugen jedoch eine zusätzliche Belastung bringen, und es kann es dem Zeugen schwer machen, weiterhin als neutral zu fungieren „Dumb Dumb Dumb Pipe.

Auf der anderen Seite, wenn wir nicht versuchen, dies zu tun und die endgültige Bestimmungszeit in 12 Sekunden (oder länger) zu halten, wird das Ökosystem den Mechanismus vor dem Bestätigungsmechanismus des 2. Stocks und die Wechselwirkung über den 2. Vergleich mehr Aufmerksamkeit schenken Der Boden dauert länger.

Wie kann es mit anderen Teilen der Roadmap interagieren?

Basierend auf der Vorbestätigung des Vorschlags stützt er sich tatsächlich auf den APS-Mechanismus (Proof-Proposal Separation), wie z.

Quantum Computing -Experten wie Scott Aaronson haben kürzlich begonnen, die Möglichkeit von Quantencomputern in der Mitte des mittleren Zeitraums zu berücksichtigen.Dies wirkt sich auf die gesamte Ethereum -Routenkarte aus: Dies bedeutet, dass jedes Ethereum -Protokoll, das auf der elliptischen Kurve angewiesen ist, etwas Hash oder andere Anti -Quantum -Alternativen benötigt.Dies bedeutet insbesondere, dass wir nicht davon ausgehen können, dass wir uns immer auf die hervorragende Leistung der BLS -Aggregation verlassen können, um die Signaturen aus dem großen Authentifizierungssatz auszuarbeiten.Dies beweist, dass die Konservativität der Annahme der Designleistung von Eigenkapital angemessen ist, und es ist auch der Grund, warum sich das alternative Anti -Quantum -alternative Schema aktiver entwickelt.

Vielen Dank für das Feedback und die Überprüfung von Justin Drake, Hsiao-Wei Wang,@Antonttc und Francesco.