Consensus d’abord: repenser les bases de l’ère ZK

Auteur: Krane, Lamby (Asula), Sylve, Lancelot (Hyle) Source: Bedlam Research Traduction: Shan Oppa, Bitchain Vision

introduire

Au cours de la semaine dernière, nous avons vu plusieurs propositions sur la feuille de route de la couche consensus Ethereum.Plus particulièrement, Justin Drake a développé sa vision de l’ère Ethereum ZK dans son discours Devcon 2024.Il s’appelle une chaîne de faisceau ou une fourche à faisceau, qui a mis en œuvre de nombreuses mises à niveau majeures aux lots d’Ethereum, y compris le raccourcissement du temps de l’emplacement, l’accélération de la certitude finale et la «snarkification» du consensus d’Ethereum.Les gens ont répondu aux ambitions de la proposition et au calendrier de ces changements.Cependant, compte tenu de la taille de l’économie d’Ethereum, nous devons également admettre l’importance d’être prudente à propos d’Ethereum.Malgré l’admission de cela, il est utile de considérer le plus grand avenir ambitieux de la couche fondamentale d’un écosystème centré sur les rouleaux.En ligne avec leNe soyez pas accablé par le passé, juste pour l’avenir», Cet article présente un avenir qui utilise les progrès de la recherche ZK et consensus.

Nous étudierons d’abord la couche de base du point de vue des principes de base, puis explorerons les concepts de base de la recherche consensuelle.Enfin, nous explorerons en profondeur comment cette étude peut être appliquée à la prochaine génération de conception de couche de base, en particulier sous le mécanisme ZK.

Couche de base

Aujourd’hui, la plupart des rouleaux utilisent un trieur centralisé pour trier et exécuter les transactions.Une fois que le trieur a généré le bloc, il est également responsable de la génération de la preuve d’exécution pour la vérification par d’autres.Pour rendre l’exécution vérifiable, les tiers ont besoin des données d’état du Rollup ainsi que de la preuve d’exécution.Les données d’état et les épreuves sont généralement publiées surCouche de disponibilité des données (DA), transitions d’état deCouche de vérification(généralement par erreur appelée la couche de règlement) Vérification.

Au début, Ethereum a développé une feuille de route centrée sur le rollup et est devenu la couche de fondation initiale, tout en effectuant un DA et une vérification.L’état unique d’Ethereum (c’est-à-dire le grand nombre d’actifs précieux émis sur Ethereum) en fait une vérification naturelle ou une couche de règlement pour les rouleaux.En utilisant Ethereum comme base, Rollup peut hériter non seulement de sa sécurité, mais aussi de sa liquidité.Dans tous les cas, il n’y avait pas de règlement spécial ou d’options de DA sur le marché à l’époque.

Même dans le monde d’aujourd’hui avec de nombreuses couches dédiées, Ethereum, qui a le plus grand ensemble de validateurs POS et le support blob, est un choix très sûr en tant que couche DA.De plus, le nombre et la valeur marchande des familles d’actifs sur Ethereum ont augmenté en continu.Étant donné que le «règlement» est spécifique à des actifs, les rouleaux qui permettent les sorties forcées doivent être vérifiés sur la chaîne où les actifs sont émis.Si Rollup veut autoriser la sortie forcée d’un actif émis par Ethereum, il doit être vérifié en utilisant Ethereum.

Ethereum d’aujourd’hui ressemble à ceci:

Cependant, la couche DA dédiée et la couche de règlement sont également en effet en concurrence directement avec Ethereum pour effectuer ces opérations.Par exemple, Celestia et Eigenda ont déjà fourni un débit de DA significativement plus élevé (bien que le modèle de sécurité soit différent).De même, Initia élargit le concept de centres de vérification ou de règlement pour fournir aux utilisateurs de l’écosystème une expérience plus transparente en fournissant des oracles, une expérience de portefeuille unifiée et une interopérabilité intégrée (qui est également devenue la voie Ethereum au cours des derniers mois. point important sur le diagramme).

Tous ces systèmes prennent la même forme qu’Ethereum, la couche sous-jacente décomposée en disponibilité et vérification des données, chaque couche servant de centre dédié pour ses opérations respectives:

Les informations clés de la nouvelle conception sont la séparation d’optimisation qui doit être effectuée par la couche DA et la couche de vérification.Le rôle initial de la blockchain est d’atteindre la décentralisation de tiers de confiance entre deux contreparties mutuellement méfiantes.Dans un système centré sur Rollup, le rôle de la couche de base est d’agir comme un tiers de confiance pour décentraliser entre les Rollups pour atteindre l’interopérabilité entre eux.Une fois que la couche de base vérifie l’état du rouleau, tous les autres rouleaux peuvent implicitement faire confiance à la couche de base.Une autre propriété centrale de la conception centrée sur Rollup est qu’elle permet aux applications de fournir aux utilisateurs un accès de confirmation de transaction rapide et bon marché en moyenne (via une trieuse centralisée) sans les situations les plus mauvaises (par sortie forcée de la couche de base) dommage la résistance à la censure ultime.

Étant donné que nous comprenons la séparation entre la disponibilité et la vérification des données, et les fonctions principales de la couche de base pour fournir une résistance finale de censure, l’interopérabilité entre les rouleaux et l’émission d’actifs, nous pouvons inférer comment construire une meilleure couche de base.Actuellement, Rollup publie des données d’état sur la couche de base toutes les quelques heures, ce qui signifie que la pré-confirmation fournie par le trieur de rollup n’est effectuée qu’au cours de ce délai.La couche de base avec un débit de données plus élevé que Ethereum L1 permet à Rollup de publier des données plus fréquemment, réduisant le temps de la préconforation RALLUP à la confirmation de la couche de base, améliorant ainsi la sécurité de Rollup.De même, la vérification à des vitesses plus élevées permet une interopérabilité plus rapide entre les rouleaux, éliminant le besoin de ponts de liquidité et de fabricants de marchés.Nous pouvons tirer parti des informations spécifiques sur la forme des charges de travail que la couche de base doit gérer pour construire une couche de base avec un débit plus élevé et une communication inter-rolllup plus rapide.

Les blockchains intégrés ont des zones «à états chauds», tels que des piscines Dex qui sont fréquemment attaquées.Il est très important d’avoir le type relatif de transactions pour tous les participants.D’un autre côté, les Rollups fonctionnent généralement sur des espaces d’État largement indépendants, et la plupart des transactions affectent uniquement l’état dans leurs propres rollups.Bien que les interactions croisées se produisent (par exemple, lorsque les utilisateurs transfèrent des actifs entre les rouleaux ou les rouleaux se combinent les uns avec les autres), ces interactions sont claires, bien définies et connues à l’avance.Étant donné que la grande majorité des transactions dans chaque Rollup exécutent dans un état déconnecté et que les transactions de randonnée croisée sont traitées par des mécanismes d’interopérabilité spécifiques, il est nécessaire de trier strictement toutes les données ROLUP à la couche de base plus petite.Au lieu de cela, le tri ne peut être effectué sélectivement que si Rollup interagit explicitement:

Deux Rollups publient une liste des différences d’état et une preuve ZK de leurs transitions d’état vers la couche de base

Avis: Supposons que Rollup publie une liste des différences d’état ici et sa preuve ZK de sa transition d’état Rollup.

Les informations de base tournent ici autour de la relation causale entre les transactions et sous-tendent la grande quantité de travail effectuée autour du modèle de consensus de graphique acyclique (DAG).D’une manière générale, l’algorithme DAG tente de signaler explicitement les dépendances afin que le calcul / traitement puisse être effectué en parallèle.S’appuyant sur ces idées, nous nous attendons à ce que la couche de base Rollup émerge, où le consensus est largement détendu pour soutenir le débit plus élevé et la latence plus faible.

La division naturelle des états de rollup suggère que forcer toutes les transactions RALLUP à suivre la commande totale peut être une surcharge inutile.Des systèmes tels que Delta et Hylé utilisent ces informations, permettant à Rollup d’être effectué indépendamment, ne nécessitant que la coordination des transferts d’actifs inter-domaines.Cependant, ce n’est pas une élimination complète du consensus;L’innovation est la reconnaissance que ce tri peut être limité à l’endroit où il est réellement nécessaire, plutôt que d’appliquer à l’échelle mondiale dans toutes les transactions.

Le plus grand impact de cette partition est de créer une solution de rollup élégante pour augmenter le débit d’un environnement d’exécution dédié sans sacrifier la composibilité avec d’autres rouleaux.

Tri causal et tri complet

Avant de discuter plus approfondie, passons en revue le tri.D’une manière générale, le consensus est le consensus de tous les nœuds du réseau sur la commande de transactions valides:

La blockchain linéaire doit être d’accord sur l’ordre complet des transactions, c’est-à-dire l’ordre linéaire complet des événements se produisant aux yeux de tous les nœuds participants.Les transactions qui ne sont pas liées les unes aux autres sont toujours soigneusement placées dans l’ordre mondial.
D’un autre côté, le tri causal n’est que des transactions de tri, c’est-à-dire que les transactions qui se produisent en premier sont classées avant les transactions qui dépendent de leur production.Les transactions sans causalité n’ont pas besoin d’être triées ensemble.Ceci est également appelé ordre partiel.DAG n’est qu’une structure de données partiellement commandée dans un ensemble de transactions.L’ordre partiel ouvre également la porte à l’exécution des transactions parallèles entre les pièces disjointes dans DAG.Ici, il n’y a pas de tri de transaction global unique sur lequel tous les nœuds sont d’accord.

La séquence complète peut être construite sur le DAG.Il nécessite des mécanismes de consensus supplémentaires pour s’entendre sur l’ordre des événements simultanés.Un exemple est la nouvelle évolution dans le protocole Narwhal et Tusk ou Mysticeti de Sui.

Les transactions au sein de DAG peuvent être confirmées indépendamment d’autres transactions non liées.Une fois qu’une transaction est reconnue par la plupart des validateurs, il est considéré comme valide.Permettre la confirmation de transaction seule plutôt que dans un bloc peut améliorer considérablement le débit des transactions, car de nombreuses transactions peuvent être présentées et confirmées en parallèle.Cela peut être considéré comme une généralisation d’un seul consensus de leader, où tout validateur peut proposer un nouvel accord (Avis: Cela peut également être considéré comme proposant un bloc contenant une transaction distincte).

Pour résumer le principe de travail de la vérification des transactions dans DAG:

L’utilisateur diffuse la transaction à un sous-ensemble du nœud de validateur.
Lorsqu’un nœud reçoit une transaction, il vérifie d’abord si la transaction entre en conflit avec toute transaction qu’elle connaît actuellement en fonction de la vue locale du graphique.
S’il y a un conflit, comme essayer de dépenser le même montant d’argent, la transaction sera rejetée.
S’il n’y a pas de conflit, le nœud de réception interagira avec d’autres nœuds du réseau pour parvenir à une forme d’accord sur la validité de la transaction.L’une de ces méthodes est le sous-échantillonnage, où les nœuds commencent plusieurs cycles de requêtes en échantillonnant un sous-ensemble d’autres nœuds et en leur demandant s’ils pensent que la transaction est valide en fonction de leur point de vue local.Si le seuil du nœud d’échantillonnage est une réponse positive, le tour de requête est considéré comme un succès et indique que le quorum a été atteint.Répétez ce processus d’échantillonnage jusqu’à ce que le nœud soit confiant dans la validité de la transaction.Ce processus permet aux nœuds d’atteindre rapidement un consensus de probabilité sur la validité des transactions sans cohérence globale.L’échantillonnage répété permet d’assurer un consensus sur le réseau, ce qui rend les transactions contradictoires extrêmement improbables à être acceptées simultanément.

Vérification des transactions de sous-échantillonnage

Il convient de réitérer que tout nœud peut exécuter ce processus interactif à tout moment pour réaliser un quorum, permettant à plusieurs chemins d’atteindre le consensus.Dans un sens, chaque validateur ou réplique exécute sa propre blockchain et est régulièrement synchronisé avec d’autres nœuds.Cette idée de faire progresser plusieurs blockchains différentes avant la coordination est également explorée dans les conceptions non-dague, telles que l’autoro (s’appuie toujours sur la séparation de la propagation et du tri des données).Dans Autobahn, chaque validateur maintient son propre canal de transaction, puis se coordonne pendant le processus de synchronisation.Bien qu’ils ne soient pas explicitement appelés blockchains dans cet article, nous pensons que les canaux sont très proches des blockchains, et le processus de synchronisation est similaire à la fusion de plusieurs blockchains.

Relation causale dans la couche de base

Maintenant, maintenant que nous comprenons le concept de causalité, nous pouvons essayer de reconstituer la relation entre ce concept et la couche sous-jacente.Comme mentionné précédemment, les RALUP publient généralement des listes de données d’état ou de différences de statut qui correspondent aux mises à jour de l’État sur leurs propres états de partition persistants.Les données publiées par deux Rollups ne sont pas en concurrence pour certains « états chauds » car les données ne se croisent pas du tout.Cela détend le besoin de tri global dans la couche de base.De plus, pour vérifier le nouvel état de Rollup, vérifiez simplement l’état de Rollup publié précédemment.Par conséquent, la couche de base est libre de trier ces transactions ROLUP afin qu’ils puissent être effectués indépendamment les uns des autres sans avoir à attendre le tri global:

Plus largement, Rollup devrait être en mesure de publier librement des données et des preuves sur la couche sous-jacente sans se soucier des dépenses.Lorsque les données se propagent à travers le réseau, le vérificateur de la couche de base vérifiera la preuve publiée par le trieur Rollup.Si un certain nombre de validateurs ont vérifié la preuve, la transaction est supposée confirmer.Un tel système permettra à Rollup d’atteindre la confirmation à la vitesse à laquelle les données se propage à travers la couche de base.En théorie, cela devrait également raccourcir le temps entre la préconcision préalable au trieur et la reconnaissance de la couche de base.

Les systèmes ci-dessus dépendent de la rupture d’exécution basée sur ZK, plutôt que de copier l’exécution comme un avenir pour les applications vérifiables.

Les transactions transversales qui déplacent les données entre deux rouleaux doivent être triées, mais cela est également partiel.Par exemple, le transfert de l’actif X de Rollup A à Rollup B nécessite que Rollup A au quorum pour les transactions de retrait, et Rollup B ne peut inclure que les transactions de dépôt.La confirmation rapide de la couche de base fournira une assurance fiable d’interopérabilité entre les rouleaux dans le même écosystème, créant des effets de réseau pour la couche de base.L’interopérabilité rapide combinée à un grand nombre d’actifs précieux peut être suffisant pour rendre la couche sous-jacente attrayante pour les rouleaux potentiels.Dans l’ensemble, cette conception spécialisée permettra:

Le temps de confirmation de la transaction ROLUP est rapide.
Interopérabilité rapide entre les rouleaux (pas de ponts de liquidité ou de fabricants de marchés requis).
Dédié DA Débit pour Rollup.
Un outil de vérification dédié pour Rollup (plus de système de preuve).

Brève description: l’accumulation de valeur des actifs sous-jacents

La discussion ci-dessus fournit une couche de fondation bon marché, rapide et sécurisée pour Rollup.Cependant, la majeure partie de la discussion actuellement entourant la feuille de route centrée sur le rollup est centrée sur l’accumulation de valeur dans ETH et Ethereum en présence de Rollup.L2 avec des relations utilisateur, comme la base, peut facturer une prime sur son espace de bloc et renvoyer une petite partie de ses revenus à Ethereum sous forme de frais de DA.

En permettant à Rollup de publier plus fréquemment des données d’état pour obtenir une interopérabilité rapide, la couche de base peut obtenir des revenus qui auraient perdu contre les créateurs de marché et les ponts de liquidité.Bien que la valeur apportée par de meilleurs systèmes d’interopérabilité à la couche de base dépend entièrement du nombre de rouleaux qui doivent communiquer entre eux.Dans les paramètres où Rollup ne répond pas à plusieurs besoins d’application, l’accumulation de valeur de la couche sous-jacente devient plus claire.Les applications peuvent atteindre la composibilité en interagissant simplement avec la couche de base.Les applications peuvent gagner un débit élevé et un contrôle sur leur propre espace sans sacrifier la composabilité.

Il existe également des arguments selon lesquels l’accumulation de valeur des jetons natives est améliorée en améliorant l’exécution de la couche de base.Cela permet en fait à la couche de base de rivaliser avec Rollup, violant le principe de conception centré sur le rouleau.Une autre façon d’inclure l’exécution (et probablement notre méthode préférée) consiste à construire un rouleau consacré où les actifs de la couche sous-jacents protègent le trieur de rollup en se réinstallant.L’ensemble de validateur de couche de base peut même servir de trieur pour les rouleaux si nécessaire (bien que l’ensemble de validateur ne soit pas le même).En fait, le sujet des rouleaux inscrits ou indigènes a commencé à se réchauffer après le discours de Martin Köppelmann à Devcon 2024.Pour un écosystème comme Ethereum, il permettra à ETH de gagner de la valeur perdue, tout en permettant aux développeurs d’expérimenter plus librement sur les rouleaux, car les rouleaux peuvent être beaucoup plus bas que Ethereum Layer-1.

en conclusion

Dans l’ensemble, nous pensons que l’ère ZK représente un avenir vraiment excitant et tourné vers l’avenir pour Ethereum et Blockchain dans son ensemble.Dans cet article, nous décrivons comment la combinaison de ZK avec un consensus de pointe représente une nouvelle direction potentielle pour la couche sous-jacente dans un système centré sur Rollup.En combinant une preuve de connaissances zéro avec l’idée d’emprunter à un mécanisme de consensus basé sur DAG, nous pouvons réinventer la couche sous-jacente qui est vraiment optimisée pour le rouleau.Le consensus s’applique uniquement aux endroits où se trouve l’état partagé réel, et non comme une exigence unifiée pour toutes les opérations.Alors que l’écosystème continue de se déplacer vers la conception modulaire, nous nous attendons à ce que cette approche de consensus fondamentale fondamentale plus nuancée devienne la norme pour les blockchains modulaires.

Dans l’ensemble, nous pensons que, étant donné que plusieurs nouvelles technologies de support viennent de pénétrer la production, la couche de base doit adopter cette technologie pour rester compétitive.

Nous ne pouvons pas avoir peur d’avoir de plus grands rêves.