Consenso Primero: repensar los conceptos básicos de la era ZK

Autor: Krane, Lamby (Asula), Sylve, Lancelot (Hyle) Fuente: Bedlam Research Traducción: Shan Oppa, Bittain Vision

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Durante la semana pasada, hemos visto varias propuestas sobre la hoja de ruta de la capa de consenso de Ethereum.En particular, Justin Drake explicó su visión para la era Ethereum ZK en su discurso Devcon 2024.Se llama una cadena de haz o una horquilla de haz, que ha implementado muchas actualizaciones importantes para los lotes de Ethereum, incluido el tiempo de acortamiento de la ranura, la certeza final y la «sarcástico» del consenso de Ethereum.Las personas respondieron a las ambiciones de la propuesta y la línea de tiempo de estos cambios.Sin embargo, dado el tamaño de la economía de Ethereum, también debemos admitir lo importante que es ser cauteloso con Ethereum.A pesar de admitir esto, es útil considerar cómo es el mayor futuro ambicioso de la capa fundamental de un ecosistema centrado en el rollup.En línea con elNo se cargue por el pasado, solo para el futuro«, Este artículo presenta un futuro que utiliza el progreso de la investigación de ZK y el consenso.

Primero estudiaremos la capa básica desde la perspectiva de los principios básicos y luego exploraremos los conceptos centrales en la investigación de consenso.Finalmente, exploraremos en profundidad cómo este estudio se puede aplicar a la próxima generación de diseño básico de capa, especialmente bajo el mecanismo ZK.

Capa básica

Hoy, la mayoría de los rollups usan un clasificador centralizado para clasificar y ejecutar transacciones.Después de que el clasificador genera el bloque, también es responsable de generar la prueba de ejecución para la verificación de otros.Para hacer que la ejecución sea verificable, los terceros necesitan los datos de estado del encierro, así como la prueba de ejecución.Los datos y las pruebas de estado generalmente se publican paraCapa de disponibilidad de datos (DA), transiciones de estado deCapa de verificación(generalmente conocida por error como la capa de liquidación) verificación.

En los primeros días, Ethereum desarrolló una hoja de ruta centrada en el rollup y se convirtió en la capa de base inicial, mientras realizaba DA y verificación.El estado único de Ethereum (es decir, la gran cantidad de activos valiosos emitidos en Ethereum) lo convierte en una capa de verificación natural o una capa de asentamiento para los rollups.Al usar Ethereum como base, el rollup puede heredar no solo su seguridad, sino también su liquidez.En cualquier caso, no había opciones especiales de acuerdo o DA en el mercado en ese momento.

Incluso en el mundo de hoy con muchas capas dedicadas, Ethereum, que tiene el mayor conjunto de validados POS y soporte de blob, es una opción muy segura como la capa DA.Además, el número y el valor de mercado de las familias de activos en Ethereum han estado creciendo continuamente.Dado que el «asentamiento» es específico de los activos, se deben verificar los rollups que permiten salidas forzadas en la cadena donde se emiten los activos.Si el rollup quiere permitir la salida forzada de un activo emitido por Ethereum, debe verificarse usando Ethereum.

El Ethereum de hoy se ve así:

Sin embargo, la capa DA dedicada y la capa de asentamiento también compiten directamente con Ethereum para realizar estas operaciones.Por ejemplo, Celestia y Eigenda ya han proporcionado un rendimiento DA significativamente mayor (aunque el modelo de seguridad es diferente).Del mismo modo, Initia está ampliando el concepto de verificación o centros de liquidación para proporcionar a los usuarios dentro del ecosistema una experiencia más perfecta al proporcionar oráculos, experiencia de billetera unificada y interoperabilidad incorporada (que también se ha convertido en la ruta de Ethereum en los últimos meses. punto importante en el diagrama).

Todos estos sistemas toman la misma forma que Ethereum, con la capa subyacente desglosada en la disponibilidad y verificación de datos, cada capa sirve como un centro dedicado para sus operaciones respectivas:

Las ideas clave para el nuevo diseño son la separación de optimización que debe realizar la capa DA y la capa de verificación.El papel inicial de Blockchain es lograr la descentralización de terceros de confianza entre dos contrapartes desconfiadas mutuamente.En un sistema centrado en el rollo, el papel de la capa base es actuar como un tercero confiable para descentralizar entre los rollups para lograr la interoperabilidad entre ellos.Una vez que la capa base verifica el estado del encierro, todos los demás rollups pueden confiar implícitamente en la capa base.Otra propiedad central del diseño centrado en el rollo es que permite a las aplicaciones proporcionar a los usuarios acceso rápido y barato de confirmación de transacciones en promedio (a través de un clasificador centralizado de alguna manera) sin las situaciones más malas (por salida forzada desde la capa base) dañan la resistencia a la censura final.

Dado que entendemos la separación entre la disponibilidad de datos y la verificación, y las funciones centrales de la capa base para proporcionar resistencia final de censura, interoperabilidad entre los rollups y la emisión de activos, podemos inferir cómo construir una mejor capa base.Actualmente, Rollup publica datos estatales en la capa base cada pocas horas, lo que significa que la preconfirmación proporcionada por el clasificador solo se realiza sobre una base dentro de este período de tiempo.La capa básica con mayor rendimiento de datos que Ethereum L1 permite que el rollup publique datos con más frecuencia, reduciendo el tiempo de la preconfirmación de la encierro en la confirmación de la capa base, mejorando así la seguridad del rollup.Del mismo modo, la verificación a velocidades más altas permite una interoperabilidad más rápida entre los rollups, eliminando la necesidad de puentes de liquidez y fabricantes de mercado.Podemos aprovechar ideas específicas sobre la forma de las cargas de trabajo que la capa base debe manejar para construir una capa base con mayor rendimiento y una comunicación entre rollup más rápida.

Las cadenas de bloques integradas tienen áreas de «estado caliente», como las piscinas Dex que se atacan con frecuencia.Esto hace que sea muy importante tener el tipo relativo de transacciones para todos los participantes.Por otro lado, los rollups generalmente funcionan en espacios de estado en gran medida independientes, y la mayoría de las transacciones solo afectan al estado dentro de sus propios rollups.Mientras que se producen interacciones a través de rollup (por ejemplo, cuando los usuarios transfieren activos entre los rollups o los rollups se combinan entre sí), estas interacciones son claras, bien definidas y conocidas de antemano.Dado que la gran mayoría de las transacciones en cada rollup se ejecutan en un estado desconectado, y las transacciones de rollo cruzada se procesan a través de mecanismos de interoperabilidad específicos, es necesario ordenar estrictamente todos los datos de rollup en la capa base más pequeñas.En su lugar, la clasificación se puede realizar selectivamente solo si Rollup interactúa explícitamente:

Dos rollups publican una lista de diferencias estatales y una prueba de ZK de sus transiciones estatales a la capa base

Aviso: Supongamos que Rollup publica una lista de diferencias estatales aquí y su prueba ZK de su transición de estado.

Las ideas básicas aquí giran en torno a la relación causal entre las transacciones y apuntalan la gran cantidad de trabajo realizado en torno al modelo de consenso de gráfico acíclico dirigido (DAG).En términos generales, el algoritmo DAG intenta señalar explícitamente las dependencias para que el cálculo/procesamiento se pueda realizar en paralelo.Basándose en estas ideas, esperamos que emerja la capa base enrollada, donde el consenso se relaja en gran medida para respaldar un mayor rendimiento y menor latencia.

La División Natural de los Estados Rollup sugiere que obligar a todas las transacciones enrolladas a seguir el orden total puede ser una sobrecarga innecesaria.Los sistemas como Delta y Hylé usan esta información, permitiendo que el rollup se realice de forma independiente, lo que requiere solo la coordinación de las transferencias de activos de dominio cruzado.Sin embargo, esta no es una eliminación completa del consenso;La innovación es el reconocimiento de que esta clasificación puede limitarse a donde realmente se necesita, en lugar de aplicarse a nivel mundial en todas las transacciones.

El mayor impacto de esta partición es crear una elegante solución de rollo para aumentar el rendimiento de un entorno de ejecución dedicado sin sacrificar la composibilidad con otros rollups.

Clasificación causal y clasificación completa

Antes de discutir más a fondo, revisemos la clasificación.En términos generales, el consenso es el consenso de todos los nodos en la red en el orden de transacciones válidas:

La cadena de bloques lineal debe estar de acuerdo con el orden completo de las transacciones, es decir, el orden lineal completo de los eventos que ocurren a los ojos de todos los nodos participantes.Las transacciones que no están relacionadas entre sí todavía se colocan cuidadosamente en el orden global.
Por otro lado, la clasificación causal es solo clasificación de transacciones, es decir, las transacciones que ocurren primero se clasifican antes de las transacciones que dependen de su producción.Las transacciones sin causalidad no necesitan ser ordenadas.Esto también se llama orden parcial.DAG es solo una estructura de datos parcialmente ordenada en un conjunto de transacciones.El orden parcial también abre la puerta a la ejecución paralela de la transacción entre las partes disjuntas en DAG.Aquí, no hay una sola clasificación de transacciones globales en la que todos los nodos estén de acuerdo.

La secuencia completa se puede construir en el DAG.Requiere mecanismos de consenso adicionales para acordar el orden de eventos concurrentes.Un ejemplo es la evolución más nueva en el protocolo Narwhal y Tusk o el Mysticeti de Sui.

Las transacciones dentro de DAG pueden confirmarse independientemente de otras transacciones no relacionadas.Una vez que la mayoría de los validadores reconocen una transacción, se considera válida.Permitir la confirmación de la transacción solo en lugar de dentro de un bloque puede mejorar en gran medida el rendimiento de la transacción, ya que se pueden presentar y confirmar muchas transacciones en paralelo.Esto puede considerarse una generalización del consenso de un solo líder, donde cualquier validador puede proponer un nuevo acuerdo (Aviso: Esto también puede considerarse como proponer un bloque que contenga una transacción separada).

Para resumir el principio de funcionamiento de la verificación de transacciones en DAG:

El usuario transmite la transacción a un subconjunto del nodo de validador.
Cuando un nodo recibe una transacción, primero verifica si la transacción entra en conflicto con cualquier transacción que conoce actualmente en función de la vista local del gráfico.
Si hay un conflicto, como tratar de gastar la misma cantidad de dinero, la transacción será rechazada.
Si no hay conflicto, el nodo receptor interactuará con otros nodos en la red para llegar a algún tipo de acuerdo sobre la validez de la transacción.Uno de estos métodos es el submuestreo, donde los nodos comienzan varias rondas de consultas muestreando un subconjunto de otros nodos y preguntándoles si creen que la transacción es válida en función de su punto de vista local.Si el umbral del nodo de muestreo es una respuesta positiva, la ronda de consulta se considera exitosa e indica que se ha alcanzado el quórum.Repita este proceso de muestreo hasta que el nodo tenga confianza en la validez de la transacción.Este proceso permite a los nodos alcanzar rápidamente un consenso de probabilidad sobre la validez de la transacción sin consistencia global.El muestreo repetido ayuda a garantizar un consenso en toda la red, lo que hace que las transacciones conflictivas sean extremadamente improbables que sean aceptadas simultáneamente.

Verificación de la transacción submuestreada

Debe reiterarse que cualquier nodo puede ejecutar este proceso interactivo en un momento dado para lograr un quórum, lo que permite múltiples rutas para alcanzar el consenso.En cierto sentido, cada validador o réplica ejecuta su propia cadena de bloques y se sincroniza regularmente con otros nodos.Esta idea de avanzar en múltiples blockchains diferentes antes de la coordinación también se explora en diseños no DAG, como Autobahn (aún depende de la separación de la propagación de datos y la clasificación).En Autobahn, cada validador mantiene su propio canal de transacción y luego coordina durante el proceso de sincronización.Aunque no se les conoce explícitamente como blockchains en este artículo, creemos que los canales están muy cerca de las cadenas de bloques, y el proceso de sincronización es similar a la fusión de múltiples blockchains.

Relación causal en la capa básica

Ahora, ahora que entendemos el concepto de causalidad, podemos tratar de reconstruir la relación entre este concepto y la capa subyacente.Como se mencionó anteriormente, los rollups generalmente publican datos de estado o listas de diferencias de estado que corresponden a las actualizaciones estatales sobre sus propios estados de partición persistentes.Los datos publicados por dos rollups no compiten por algunos «estados calientes» porque los datos no se cruzan entre sí en absoluto.Esto relaja la necesidad de clasificación global en la capa base.Además, para verificar el nuevo estado acumulativo, solo verifique el estado de acumulación publicado anteriormente.Por lo tanto, la capa base es libre de clasificar estas transacciones enrolladas para que puedan realizarse independientemente el uno del otro sin tener que esperar la clasificación global:

En términos más generales, el acurrucado debería poder publicar libremente datos y pruebas a la capa subyacente sin preocuparse por los gastos.Cuando los datos se propagan a través de la red, el verificador en la capa base verificará la prueba publicada por el clasificador.Si un cierto número de validadores verificó la prueba, se supone que la transacción se confirma.Tal sistema permitirá que el encierro alcance la confirmación a la velocidad a la que los datos se propagan a través de la capa base.En teoría, esto también debería acortar el tiempo entre la preconfirmación del clasificador y el reconocimiento de la capa base.

Los sistemas anteriores dependen del fragmento de ejecución basado en ZK, en lugar de copiar la ejecución como futuro para aplicaciones verificables.

Las transacciones de choque cruzado que mueven datos entre dos rollups deben clasificarse, pero esto también es parcial.Por ejemplo, la transferencia del activo X del encierro A al rollup B requiere el rollup A al quórum para las transacciones de retiro, y el rollup B solo puede incluir transacciones de depósito.La confirmación rápida de la capa base proporcionará una garantía confiable de la interoperabilidad entre los rollups en el mismo ecosistema, creando efectos de red para la capa base.La interoperabilidad rápida combinada con una gran cantidad de activos valiosos puede ser suficiente para que la capa subyacente sea atractiva para posibles rollups.En general, este diseño especializado permitirá:

El tiempo de confirmación de la transacción enrollable es rápido.
Interoperabilidad rápida entre rollups (no se requieren puentes de liquidez o fabricantes de mercado).
Rendimiento de DA dedicado para el encierro.
Una herramienta de verificación dedicada para el encierro (sistema más prueba).

Breve descripción: La acumulación de valor de los activos subyacentes

La discusión anterior proporciona una capa de base barata, rápida y segura para el arranque.Sin embargo, la mayor parte de la discusión que actualmente rodea la hoja de ruta centrada en el rollup se centra en la acumulación de valor en ETH y Ethereum en presencia de acurrucado.L2 con las relaciones de los usuarios, como la base, puede cobrar una prima en su espacio de bloque y devolver una pequeña porción de sus ingresos a Ethereum en forma de tarifas de DA.

Al permitir que el acurrucado publique datos estatales con mayor frecuencia para lograr una interoperabilidad rápida, la capa base puede obtener algunos ingresos que habrían perdido para los fabricantes de mercado y los puentes de liquidez.Aunque el valor aportado por mejores sistemas de interoperabilidad a la capa base depende completamente de la cantidad de rollups que necesitan comunicarse entre sí.En la configuración donde el acurrucado no satisface múltiples necesidades de aplicación, la acumulación de valor de la capa subyacente se vuelve más clara.Las aplicaciones pueden lograr composibilidad simplemente interactuando con la capa base.Las aplicaciones pueden obtener un alto rendimiento y control sobre su propio espacio sin sacrificar la composibilidad.

También hay algunos argumentos de que la acumulación de valor de los tokens nativos se mejora al mejorar la ejecución de la capa base.Esto en realidad permite que la capa base compita con el encierro, violando el principio de diseño centrado en el rollup.Otra forma de incluir la ejecución (y probablemente nuestro método preferido) es construir un acurrucado consagrado donde los activos de capa subyacentes protejan el clasificador de rollupa al ser el repuesto.El conjunto de validador de la capa base puede incluso servir como un conjunto de clasificadores para los rollups si es necesario (aunque el conjunto de validador no tiene que ser el mismo).De hecho, el tema del rollo consagrado o nativo comenzó a calentarse después del discurso de Martin Köppelmann en Devcon 2024.Para un ecosistema como Ethereum, permitirá a ETH recuperar algo de valor perdido, al tiempo que permitirá a los desarrolladores experimentar más libremente en los encierros, ya que los rollups pueden ser mucho más bajos que Ethereum Layer-1.

en conclusión

En general, creemos que la era de ZK representa un futuro verdaderamente emocionante y con visión de futuro para Ethereum y Blockchain en su conjunto.En este artículo, describimos cómo la combinación de ZK con un consenso de vanguardia representa una nueva dirección potencial para la capa subyacente en un sistema centrado en el rollo.Al combinar la prueba de conocimiento cero con la idea de tomar prestado de un mecanismo de consenso basado en DAG, podemos reinventar la capa subyacente que está realmente optimizada para el encierro.El consenso se aplica solo a lugares donde está el estado compartido real, y no como un requisito unificado para todas las operaciones.A medida que el ecosistema continúa avanzando hacia un diseño modular, esperamos este enfoque de consenso de capa fundamental más matizado para convertirse en el estándar para blockchains modulares.

En general, creemos que, dado que varias nuevas tecnologías de soporte acaban de ingresar a la producción, la capa base debe adoptar esta tecnología para seguir siendo competitiva.

No podemos tener miedo de tener sueños más grandes.