Майбутнє Ethereum: аналіз The Surge

З жовтня 2022 року співзасновник Ethereum Віталік Бутерін поступово публікував низку статей, що досліджують можливості майбутнього протоколу Ethereum. Ці статті охоплюють шість ключових етапів дорожньої карти розвитку Ethereum: злиття, сплеск, очищення, верифікація, очищення та стрибок. Ця стаття зосередиться на другій частині дорожньої карти - The Surge, глибше досліджуючи, як Ethereum підвищує свою масштабованість і досягає довгострокового розвитку.

Вихідна мета Ethereum

Основна мета Ethereum - стати інфраструктурою для децентралізованого Інтернету. Завдяки автоматичному виконанню смарт-контрактів, Ethereum підтримує складні децентралізовані програми, а ця гнучкість робить його переважною платформою для розробників, які створюють децентралізовані програми, такі як DeFi, NFT тощо.

Однак, Ethereum має обмеження в аспекті масштабованості. Наразі Ethereum може обробляти лише 15-30 транзакцій на секунду, що є величезною різницею в порівнянні з традиційними платіжними мережами. Це призводить до високих витрат на Gas під час перевантаження мережі, що обмежує потенціал Ethereum стати глобальною інфраструктурою. The Surge був розроблений саме для вирішення цієї проблеми.

Основні цілі The Surge включають:

• Збільшити обробну здатність транзакцій Ethereum L1+L2 до понад 100 000 транзакцій на секунду
• Зберігайте децентралізацію та стабільність L1
• Забезпечити, щоб принаймні частина L2 повністю успадковувала основні характеристики Ethereum (без довіри, відкритість, опір цензурі)
• Максимізація взаємодії між L2 для більшої єдності екосистеми Ethereum

Майбутнє, зосереджене на rollup

План Surge значно підвищує масштабованість Ethereum за допомогою рішень L2, у яких rollup є основним складовим елементом. Ця стратегія чітко визначає розподіл обов'язків: Ethereum L1 зосереджується на тому, щоб стати потужним і децентралізованим основним шаром, тоді як L2 бере на себе завдання допомагати екосистемі розширюватися.

Rollup пакує транзакції поза ланцюгом, а потім подає результати назад до Ethereum, значно підвищуючи пропускну спроможність при збереженні безпеки та децентралізації. Бутерин вважає, що rollup може підвищити обробну здатність Ethereum до понад 100 000 транзакцій на секунду, що стане революційним масштабуванням, яке дозволить Ethereum обробляти застосування глобального масштабу без жертвування духом децентралізації.

Бутерін підкреслив, що rollup — це не лише тимчасове рішення, але й довгострокова стратегія розширення. З переходом Ethereum від PoW до PoS через The Merge, що зменшує енергоспоживання, rollup розглядається як наступний важливий етап у довгостроковій стратегії розширення.

Цього року дорожня карта, зосереджена на rollup, досягла важливих успіхів: впровадження блобів EIP-4844 значно збільшило пропускну здатність даних Ethereum L1, кілька rollup, заснованих на віртуальній машині Ethereum, вже перейшли до початкової стадії. Кожен L2 існує як фрагмент з незалежними правилами та логікою, різноманітність способів реалізації фрагментів стала реальністю.

Доступність даних (DAS) подальший розвиток

Іншим ключовим аспектом Surge є вибірка доступності даних (DAS), що є технологією, призначеною для вирішення проблеми доступності даних. У таких децентралізованих мережах, як Ethereum, важливо, щоб всі вузли могли перевіряти дані, не зберігаючи або не завантажуючи весь обсяг інформації.

DAS дозволяє вузлам перевіряти дані без доступу до повного набору даних, що підвищує масштабованість та ефективність.

Бутерін акцентував увагу на двох формах DAS: PeerDAS та 2D DAS.

PeerDAS очікується, що посилить довірчі припущення rollup, підвищуючи його безпеку. 2D DAS не лише проводить випадкову вибірку всередині blob, а й випадкову вибірку між blob. Використовуючи лінійні властивості KZG зобов'язань, розширює набір blob у блоці за допомогою набору нових віртуальних blob, які кодують однакову надмірну інформацію.

Завдяки DAS, Ethereum може обробляти більші обсяги даних, забезпечуючи швидший і економічніший rollup, не впливаючи на рівень децентралізації.

В майбутньому потрібно подальше дослідження для визначення ідеальної версії 2D DAS та доведення її безпечних властивостей.

Бутерін вважає, що довгостроковий життєздатний шлях включає:

1. Реалізація ідеального 2D DAS;
2. Дотримуйтесь використання 1D DAS, жертвуючи ефективністю смуги пропускання для простоти та надійності, приймаючи нижчий ліміт даних;
3. Відмовитися від DA та повністю прийняти Plasma як основну архітектуру Layer2.

Варто зазначити, що навіть якщо вирішити безпосередньо розширити виконання на рівні L1, ці варіанти все ще існують. Оскільки, якщо L1 має обробляти велику кількість транзакцій, блоки L1 стануть дуже великими, клієнтам знадобиться ефективний метод для перевірки їхньої правильності, тому доведеться використовувати на рівні L1 ті ж технології, що й у rollup (такі як ZK-EVM і DAS).

Plasma та інші рішення

Окрім Rollup, раніше запропоноване рішення для масштабування поза ланцюгом Plasma також є іншим рішенням L2.

Plasma створює дочірні ланцюги, незалежні від основного ланцюга Ethereum для обробки транзакцій, періодично надсилаючи підсумки до основної мережі. Для кожного блоку оператор надсилає користувачам Merkle гілку, що підтверджує зміни стану активів. Користувачі можуть витягувати активи, надаючи Merkle гілку, і ця гілка не обов'язково повинна мати останній стан як корінь.

Отже, навіть якщо виникають проблеми з доступністю даних, користувачі все ще можуть відновити активи, витягнувши доступний останній стан. Якщо буде подано недійсну гілку (наприклад, витягнення вже переміщених активів або створення активів з нічого), право на активи може бути визначене через механізм оскарження в ланцюзі.

Хоча розробка Plasma в деякій мірі відстає від rollup, Бутерін все ще вважає його важливим компонентом набору інструментів масштабування Ethereum.

Крім того, Бутерін також обговорив покращення технологій стиснення даних та криптодоказів для подальшого підвищення ефективності rollup та інших рішень L2. Ідея полягає в максимальному стисненні даних при забезпеченні можливості верифікації всієї необхідної інформації вузлами Ethereum. Ці технологічні покращення можуть відігравати ключову роль у досягненні вищої пропускної здатності Ethereum.

Ранні версії Plasma могли обробляти лише платіжні випадки, і їх важко було поширити. Проте, якщо вимагати перевірку кожного кореня за допомогою SNARK, Plasma стане більш потужною. Це не лише спростить процес, виключивши більшість можливостей для шахрайства з боку операторів, але й надасть користувачам новий спосіб миттєвого виведення коштів за умови, що оператори не шахраюють, без необхідності чекати тижневий період оскарження.

Продуктивність Plasma є надзвичайно вражаючою, і це основна причина, чому люди прагнуть розробити хитромудрі структури, щоб подолати його недоліки в безпеці.

Поліпшення міжопераційності між L2

Поточним викликом для екосистеми L2 є слабка міжоперабельність між L2. Як зробити так, щоб досвід використання екосистеми L2 був таким же, як і в єдиній екосистемі Ethereum, є питанням, яке потребує покращення.

Покращення міжоперабельності між L2 охоплює кілька аспектів. Теоретично, Ethereum, зосереджений на Rollup, подібний до виконуючої шардованої L1. Наразі екосистема L2 Ethereum на практиці стикається з наступними проблемами, які віддаляють її від ідеального стану:

Адреса конкретного ланцюга: Адреса повинна містити інформацію про ланцюг (L1, Optimism, Arbitrum тощо). Після реалізації можна легко виконати міжланцюгову передачу L2, помістивши адресу у поле відправлення, гаманець може автоматично обробити процес відправлення у фоновому режимі (включаючи використання міжланцюгового протоколу).

Запит на оплату для конкретного ланцюга: Повинен легко стандартизувати створення повідомлення "на ланцюзі Z надішліть мені X токенів типу Y". Головним чином використовується для міжособистісних платежів, платежів торговцям та запитів на фінансування dApp.

Кросчейн обмін та оплата Gas: Потрібні стандартизовані відкриті протоколи для вираження кросчейнових операцій. ERC-7683 та RIP-7755 здійснили спроби в цьому напрямку, хоча їхній спектр застосування є ширшим.

Легкий клієнт: Користувачі повинні мати можливість фактично перевіряти ланцюг, з яким вони взаємодіють, а не лише довіряти постачальникам RPC. Наприклад, Helios від a16z crypto може реалізувати це (для самого Ethereum), але ця денаціоналізація повинна бути розширена до L2. ERC-3668 (CCIP-read) є однією з стратегій для досягнення цієї мети.

Ідея спільного токенного мосту: У випадку, коли всі L2 є rollup з доказом дійсності, і кожен слот подається до Ethereum, перехід активу з одного L2 на інший у рідному стані все ще вимагатиме виведення та депозиту, що призведе до значних витрат на Gas в L1.

Одне з рішень: створення спільного мінімалістичного Rollup, єдиною функцією якого є підтримка інформації про те, який L2 володіє кожним токеном та їхніми залишками, а також дозволити пакетне оновлення цих залишків через серію між-L2 операцій, ініційованих будь-яким L2. Це дозволить здійснювати між-L2 перекази без необхідності щоденного сплати L1 комісії за газ, а також без використання технологій, таких як ERC-7683, заснованих на постачальниках ліквідності.

Синхронна комбінованість: Дозволяє здійснювати синхронні виклики між певним L2 та L1 або між кількома L2, що сприяє підвищенню фінансової ефективності DeFi-протоколів. Перше можна реалізувати без координації між L2; друге вимагає спільного сортування. Технології на основі rollup автоматично підходять для всіх цих технологій.

Ці приклади стикаються з труднощами у визначенні часу і рівнів стандартизації. Занадто рання стандартизація може закріпити погані рішення, а занадто пізня може призвести до непотрібної фрагментації.

Наразі консенсус полягає в тому, що в деяких випадках існують короткострокові рішення з відносно слабкими властивостями, але простими у реалізації, а також "остаточно правильні" рішення, для яких потрібно кілька років для реалізації. Ці завдання є не лише технічними проблемами, але й (навіть в основному) соціальними проблемами, які потребують співпраці L2, гаманців та L1.

Продовжити розширення Ethereum L1

Бутерин вважає, що розширення Ethereum L1 самостійно та забезпечення його здатності вміщувати все більше випадків використання є надзвичайно цінним.

Існує три стратегії розширення L1, які можуть реалізовуватися окремо або паралельно:

1. Покращення технологій (таких як код клієнта, безстатевий клієнт, історичні терміни) для полегшення верифікації L1, а потім підвищення обмеження Gas;
2. Зменшити витрати на конкретні операції для збільшення середньої ємності без збільшення ризику в найгіршому випадку;
3. Первинні Rollups (тобто створення N паралельних копій EVM).

Ці технології мають свої компроміси. Наприклад, нативні rollups мають ті ж слабкості в аспекті узгодженості, що й звичайні rollups: неможливо надіслати єдину транзакцію для синхронного виконання через кілька rollup. Підвищення ліміту Gas може зменшити інші переваги, які можна досягти спрощенням валідації L1, такі як збільшення частки користувачів, які запускають валідаційні вузли, та кількість соло-стейкерів. Залежно від способу реалізації, зменшення вартості певних операцій у EVM може збільшити загальну складність EVM.

Децентралізація та безпека

Баланс між масштабованістю та децентралізацією є темою, яку неодноразово підкреслював Бутерін. Багато блокчейн-проектів вибирають жертвувати децентралізацією заради вищої пропускної здатності. Наприклад, певний блокчейн може обробляти тисячі транзакцій за секунду, але для цього потрібне потужне обладнання для роботи вузлів, що призводить до централізації мережі. Бутерін наполягає на тому, що навіть якщо Ethereum постійно розширюється, зобов'язання щодо децентралізації має бути збережене.

Rollup і DAS вважаються способами збільшення ємності Ethereum, одночасно зберігаючи його децентралізовану природу. На відміну від деяких високопродуктивних блокчейнів, стратегія масштабування Ethereum забезпечує можливість для кожного запускати вузол, щоб захистити мережу в дійсно децентралізований спосіб. Це є надзвичайно важливим для візії Ethereum, що підтримує глобальну, бездозвільну фінансову систему.

Чим вища масштабованість, тим більше відповідальність за безпеку. Оскільки Ethereum рухається до майбутнього зосередженого на rollup, забезпечення бездоганності цих систем стає надзвичайно важливим. Rollup покладається на криптографічні докази для забезпечення легітимності офлайн-транзакцій під час їх подання назад до Ethereum. Хоча ці системи вже довели свою ефективність, вони не позбавлені ризиків. Бутерін визнає, що зрілість цих технологій потребує ретельного тестування та ітерацій, особливо коли їх широко впроваджують.

Перспективи The Surge

Після The Surge Бутерін уявляв, що Ethereum може бути не лише масштабованим, але й повністю децентралізованим, безпечним та сталим. Це бачення охоплює не лише масштабування 1-го рівня через rollup та DAS, але й створення більш ефективних алгоритмів consensus, покращення інструментів для розробки та сприяння процвітаючій екосистемі dApp.

Дорожня карта Ethereum сповнена оптимізму, але також стикається з багатьма викликами. Масштабна реалізація rollup, забезпечення безпеки рішень L2 та підготовка до квантового майбутнього є