Sự đồng thuận đầu tiên: Suy nghĩ lại về Lớp cơ sở trong Kỷ nguyên ZK

Tác giả: krane, lamby (Asula), sylve, lancelot (Hyle) Nguồn: bedlam Research Dịch: Shan Ouba, Golden Finance

Giới thiệu

Trong tuần qua, chúng tôi đã thấy nhiều đề xuất cho lộ trình lớp đồng thuận Ethereum. Đáng chú ý nhất, Justin Drake đã đặt ra tầm nhìn của mình về kỷ nguyên ZK của Ethereum trong bài phát biểu tại Devcon 2024. Được biết đến với tên gọi chuỗi chùm hoặc phân nhánh chùm, nó đã triển khai nhiều nâng cấp lớn cho Ethereum theo đợt, bao gồm rút ngắn thời gian đánh bạc, tăng tốc độ cuối cùng và "tăng cường" sự đồng thuận của Ethereum. Các phản ứng trái ngược nhau về tham vọng của đề xuất và thời gian biểu cho những thay đổi. Tuy nhiên, với quy mô kinh tế của Ethereum, chúng ta cũng nên thừa nhận tầm quan trọng của việc xử lý Ethereum một cách thận trọng. Trong khi thừa nhận điều này, sẽ rất hữu ích khi xem xét tương lai đầy tham vọng nhất đối với lớp cơ sở của hệ sinh thái tập trung vào tổng hợp sẽ như thế nào. Với tinh thần "Không bị quá khứ đè nặng, chỉ cam kết với tương lai", bài viết này giới thiệu một tương lai thúc đẩy những tiến bộ trong ZK và nghiên cứu đồng thuận.

Trước tiên, chúng tôi sẽ nghiên cứu lớp cơ sở từ góc độ các nguyên tắc cơ bản, sau đó khám phá các khái niệm cốt lõi trong nghiên cứu đồng thuận. Cuối cùng, chúng ta sẽ đi sâu vào cách áp dụng nghiên cứu này cho các thiết kế lớp nền thế hệ tiếp theo, đặc biệt là theo cơ chế ZK.

Lớp cơ bản

Ngày nay, hầu hết các Rollups đều sử dụng bộ sắp xếp tập trung để sắp xếp các giao dịch Để sắp xếp và thực hiện . Sau khi trình sắp xếp chuỗi tạo ra một khối, nó cũng chịu trách nhiệm tạo ra các bằng chứng thực thi để người khác xác minh. Để có thể xác minh quá trình thực thi, bên thứ ba cần có dữ liệu trạng thái của bản tổng hợp cũng như bằng chứng thực thi. Dữ liệu trạng thái và bằng chứng thường được xuất bản lên lớpTính khả dụng của dữ liệu (DA) và quá trình chuyển đổi trạng thái được xác minh bởiLớp xác thực (thường bị gọi nhầm là Lớp giải quyết).

Trong những ngày đầu, Ethereum đã phát triển lộ trình tập trung vào tổng hợp và trở thành lớp cơ sở ban đầu, thực hiện cả DA và xác minh. Trạng thái duy nhất của Ethereum (tức là số lượng lớn tài sản có giá trị được phát hành trên Ethereum) khiến nó trở thành lớp xác thực hoặc thanh toán tự nhiên cho các đợt tổng hợp. Bằng cách sử dụng Ethereum làm cơ sở, rollup không chỉ thừa hưởng tính bảo mật mà còn cả tính thanh khoản của nó. Bất chấp điều đó, không có giải pháp thanh toán hoặc tùy chọn DA chuyên dụng nào trên thị trường vào thời điểm đó.

Ngay cả trong thế giới ngày nay với nhiều lớp chuyên biệt, Ethereum với tư cách là lớp DA có bộ trình xác thực PoS lớn nhất và hỗ trợ blob là một lựa chọn rất an toàn. Ngoài ra, số lượng và vốn hóa thị trường của các nhóm tài sản trên Ethereum tiếp tục tăng. Vì "thanh toán" là nội dung cụ thể nên để tổng hợp cho phép thoát bắt buộc, nó phải được xác minh trên chuỗi phát hành nội dung. Nếu một đợt tổng hợp muốn cho phép thoát bắt buộc đối với một tài sản do Ethereum phát hành thì nó phải được xác minh bằng Ethereum.

Ethereum ngày nay trông như thế này:

Tuy nhiên, các lớp DA chuyên dụng và các lớp thanh toán cũng cạnh tranh trực tiếp với Ethereum để thực hiện các hoạt động này. Ví dụ: Celestia và EigenDA đã cung cấp thông lượng DA cao hơn đáng kể (mặc dù có các mô hình bảo mật khác nhau). Tương tự như vậy, Initia đang mở rộng khái niệm trung tâm xác thực hoặc thanh toán để cung cấp trải nghiệm liền mạch hơn cho người dùng trong hệ sinh thái bằng cách cung cấp các oracle, trải nghiệm ví hợp nhất và khả năng tương tác tích hợp (đây cũng là con đường của Ethereum trong vài năm qua). tháng là một điểm quan trọng trên sơ đồ).

Tất cả các hệ thống này đều có hình thức giống như Ethereum, với lớp cơ sở được chia thành tính sẵn có và xác minh dữ liệu, trong đó mỗi lớp đóng vai trò là một trung tâm chuyên biệt cho các hoạt động của chúng. hoạt động tương ứng:

Điểm mấu chốt của thiết kế mới là sự tách biệt tối ưu cần thiết giữa lớp DA và lớp xác minh. Vai trò ban đầu của blockchain là phân quyền cho các bên thứ ba đáng tin cậy giữa hai đối tác không tin cậy lẫn nhau. Trong hệ thống tập trung vào tổng số, vai trò của lớp cơ sở là hoạt động như một bên thứ ba đáng tin cậy phi tập trung giữa các lần tổng hợp để cho phép khả năng tương tác giữa chúng. Sau khi lớp cơ sở đã xác minh trạng thái của một bản tổng hợp, tất cả các bản tổng hợp khác có thể hoàn toàn tin cậy vào lớp cơ sở. Một đặc tính cốt lõi khác của thiết kế tập trung vào tổng hợp là nó cho phép các ứng dụng cung cấp cho người dùng quyền truy cập nhanh chóng và rẻ tiền vào các xác nhận giao dịch trong trường hợp trung bình (thông qua một trình đặt hàng có phần tập trung) mà không cần phải thực hiện trong trường hợp xấu nhất (bằng cách buộc thoát khỏi lớp cơ sở). ) gây tổn hại đến khả năng chống kiểm duyệt cuối cùng.

Dựa trên sự hiểu biết của chúng tôi về sự tách biệt giữa tính khả dụng và xác thực dữ liệu cũng như vai trò của lớp cơ sở trong việc cung cấp khả năng chống kiểm duyệt tối đa, khả năng tương tác giữa Tổng hợp và phát hành tài sản ' chức năng cốt lõi, chúng ta có thể suy ra cách xây dựng lớp cơ sở tốt hơn. Hiện tại, Rollup xuất bản dữ liệu trạng thái lên lớp cơ sở cứ sau vài giờ, điều đó có nghĩa là xác nhận trước do trình tuần tự Rollup cung cấp chỉ được hoàn thành trên lớp cơ sở trong khung thời gian này. Lớp cơ sở có thông lượng dữ liệu cao hơn Ethereum L1 cho phép Rollup xuất bản dữ liệu thường xuyên hơn, giảm thời gian từ xác nhận trước Rollup đến xác nhận lớp cơ sở, do đó cải thiện tính bảo mật của Rollup. Tương tự như vậy, việc xác thực ở tốc độ cao hơn cho phép khả năng tương tác nhanh hơn giữa các lần tổng hợp, loại bỏ nhu cầu về cầu nối thanh khoản và các nhà tạo lập thị trường. Chúng tôi có thể tận dụng những hiểu biết cụ thể về hình dạng khối lượng công việc mà lớp cơ sở phải xử lý để xây dựng lớp cơ sở có thông lượng cao hơn và giao tiếp giữa các cuộn nhanh hơn.

Các chuỗi khối tích hợp có các khu vực "trạng thái nóng", chẳng hạn như nhóm DEX thường bị tấn công. Điều này làm cho thứ tự tương đối của tất cả các giao dịch của người tham gia trở nên rất quan trọng. Mặt khác, các bản tổng hợp thường hoạt động trên các không gian trạng thái phần lớn độc lập, với hầu hết các giao dịch chỉ ảnh hưởng đến trạng thái trong bản tổng hợp của chính chúng. Mặc dù các tương tác tổng hợp có xảy ra (ví dụ: khi người dùng chuyển nội dung giữa các tập hợp hoặc khi các tập hợp tổng hợp kết hợp với nhau), những tương tác này rõ ràng, được xác định rõ ràng và được biết trước. Do phần lớn các giao dịch trong mỗi lần tổng hợp chạy ở trạng thái rời rạc và các giao dịch tổng hợp chéo được xử lý thông qua các cơ chế tương tác cụ thể nên cần có thứ tự đầy đủ nghiêm ngặt của tất cả dữ liệu tổng hợp ở lớp cơ sở nhỏ hơn. Thay vào đó, việc sắp xếp chỉ có thể được thực hiện một cách có chọn lọc với sự tương tác rõ ràng với rollup:

Hai bản tổng hợp xuất bản danh sách khác biệt trạng thái và bằng chứng ZK về quá trình chuyển đổi trạng thái của nó sang lớp cơ sở

Lưu ý: Chúng tôi giả định rằng Rollup xuất bản danh sách các điểm khác biệt về trạng thái ở đây cùng với bằng chứng ZK về quá trình chuyển đổi trạng thái Rollup của nó.

Những hiểu biết cốt lõi ở đây xoay quanh mối quan hệ nhân quả giữa các giao dịch và củng cố khối lượng lớn công việc xung quanh các mô hình đồng thuận đồ thị không theo chu kỳ có hướng (DAG). Nói chung, các thuật toán DAG cố gắng làm cho các mối phụ thuộc trở nên rõ ràng để việc tính toán/xử lý có thể được thực hiện song song. Dựa trên những ý tưởng này, chúng tôi dự đoán sự xuất hiện của các lớp cơ sở tổng hợp trong đó sự đồng thuận được nới lỏng ở mức độ lớn để hỗ trợ thông lượng cao hơn và độ trễ thấp hơn.

Việc phân vùng tự nhiên của trạng thái Tổng hợp cho thấy rằng việc buộc tất cả các giao dịch Tổng hợp tuân theo tổng đơn hàng có thể là một chi phí không cần thiết. Các hệ thống như delta và Hylé tận dụng lợi thế của thông tin chuyên sâu này, cho phép quá trình tổng hợp diễn ra độc lập, chỉ yêu cầu sự phối hợp chuyển giao tài sản giữa các miền. Tuy nhiên, đây không phải là sự loại bỏ hoàn toàn sự đồng thuận, mà là một sự cải tiến khi thực sự cần đến sự đồng thuận. Sự đổi mới là việc nhận ra rằng thứ tự này có thể được giới hạn ở những nơi thực sự cần thiết, thay vì được thực thi trên toàn cầu trong tất cả các giao dịch.

Tác động lớn nhất của kiểu phân vùng này là tạo ra một giải pháp tổng hợp tinh tế nhằm tăng thông lượng của các môi trường thực thi chuyên biệt mà không phải hy sinh khả năng tích hợp với các bản tổng hợp khác; Khả năng kết hợp.

Sắp xếp thứ tự nhân quả và thứ tự tổng cộng

Trước khi thảo luận thêm, chúng ta hãy xem lại thứ tự . Nói rộng ra, sự đồng thuận là sự đồng thuận giữa tất cả các nút trong mạng về thứ tự của các giao dịch hợp lệ:

• Một chuỗi khối tuyến tính phải đồng ý về thứ tự đầy đủ của các giao dịch, nghĩa là chuỗi sự kiện tuyến tính hoàn chỉnh mà tất cả các nút tham gia nhìn thấy. Các giao dịch không liên quan gì đến nhau vẫn được sắp xếp gọn gàng theo trật tự toàn cầu.

• Mặt khác, thứ tự nhân quả chỉ đơn giản là sắp xếp các giao dịch, tức là các giao dịch xảy ra đầu tiên sẽ được xếp hạng trước các giao dịch phụ thuộc vào đầu ra của chúng . Các giao dịch không liên quan đến quan hệ nhân quả thì không cần phải ra lệnh chống lại nhau. Điều này còn được gọi là đặt hàng một phần. DAG chỉ là một cấu trúc dữ liệu thực hiện việc sắp xếp một phần trong một tập hợp các giao dịch. Việc đặt hàng từng phần cũng mở ra cơ hội thực hiện giao dịch song song giữa các phần rời rạc của DAG. Ở đây, không có thứ tự giao dịch toàn cầu, duy nhất mà tất cả các nút đều đồng ý.

Tổng số đơn đặt hàng có thể được xây dựng trên DAG. Nó đòi hỏi các cơ chế đồng thuận bổ sung để thống nhất về thứ tự của các sự kiện xảy ra đồng thời. Những diễn biến gần đây hơn trong giao thức Narwhal And Tusk hay Sui's Mysticeti là một ví dụ.

p>

DAG Các giao dịch bên trong có thể được xác nhận độc lập với các giao dịch không liên quan khác. Khi một giao dịch được đa số người xác thực chấp thuận, nó được coi là hợp lệ. Cho phép các giao dịch được xác nhận riêng lẻ thay vì trong các khối có thể cải thiện đáng kể thông lượng giao dịch, vì nhiều giao dịch có thể được đề xuất và xác nhận song song. Điều này có thể được coi là sự khái quát hóa của sự đồng thuận của một người lãnh đạo, trong đó bất kỳ người xác thực nào cũng có thể đề xuất một giao dịch mới (Lưu ý: điều này cũng có thể được coi là đề xuất một khối chứa một giao dịch duy nhất).

Tóm tắt nguyên tắc hoạt động của xác minh giao dịch trong DAG:

• Người dùng truyền phát các giao dịch tới một tập hợp con các nút xác thực.

• Khi một nút nhận được một giao dịch, trước tiên nó sẽ kiểm tra xem giao dịch đó có xung đột với bất kỳ giao dịch nào mà nó hiện biết hay không so với chế độ xem cục bộ của nó. đồ thị .

• Nếu có xung đột, chẳng hạn như cố gắng chi tiêu cùng một số tiền, giao dịch sẽ bị từ chối.

• Nếu không có xung đột, nút nhận sẽ tương tác với các nút khác trong mạng để đi đến một số hình thức thỏa thuận về hiệu lực của giao dịch nhất quán. Một cách tiếp cận như vậy là lấy mẫu con, trong đó các nút bắt đầu một số vòng truy vấn bằng cách lấy mẫu một tập hợp con của các nút khác và hỏi xem liệu họ có cho rằng giao dịch này hợp lệ dựa trên chế độ xem cục bộ của họ hay không. Nếu ngưỡng của nút lấy mẫu là phản hồi tích cực thì vòng truy vấn được coi là thành công và cho biết rằng đã đạt đến số đại biểu. Quá trình lấy mẫu này được lặp lại cho đến khi nút tự tin về tính hợp lệ của giao dịch. Quá trình này cho phép các nút nhanh chóng đạt được sự đồng thuận xác suất về tính hợp lệ của giao dịch mà không yêu cầu sự đồng thuận toàn cầu. Việc lấy mẫu lặp đi lặp lại giúp đảm bảo sự đồng thuận trên toàn mạng, khiến cho việc chấp nhận các giao dịch xung đột cùng một lúc là rất khó xảy ra.

Xác minh giao dịch lấy mẫu con

Để nhắc lại, bất kỳ nút nào cũng có thể chạy quy trình này vào bất kỳ thời điểm nào. Một quy trình tương tác để đạt được số đại biểu, cho phép nhiều con đường dẫn tới sự đồng thuận. Theo một nghĩa nào đó, mỗi trình xác thực hoặc bản sao đang chạy blockchain của riêng nó và đồng bộ hóa với các nút khác theo định kỳ. Ý tưởng thúc đẩy nhiều chuỗi khối khác nhau trước khi hài hòa chúng cũng đã được khám phá trong các thiết kế không phải DAG như Autobahn (vẫn dựa vào sự tách biệt giữa truyền bá và sắp xếp dữ liệu). Trong Autobahn, mỗi trình xác thực duy trì kênh giao dịch riêng, kênh này sau đó sẽ được điều phối trong quá trình đồng bộ hóa. Mặc dù chúng không được gọi rõ ràng là blockchain trong bài viết này, nhưng chúng tôi coi các kênh rất gần với blockchain và quá trình đồng bộ hóa tương tự như việc hợp nhất nhiều blockchain.

Quan hệ nhân quả ở lớp cơ sở

Bây giờ, vì chúng ta đã hiểu khái niệm nhân quả , nên chúng ta có thể cố gắng ghép lại khái niệm này liên quan đến lớp cơ sở như thế nào. Như đã đề cập trước đó, rollup thường xuất bản dữ liệu trạng thái hoặc danh sách khác biệt trạng thái tương ứng với các cập nhật trạng thái trên trạng thái phân vùng liên tục của chính nó. Dữ liệu được xuất bản bởi hai bản tổng hợp sẽ không cạnh tranh ở một số "trạng thái nóng" nhất định vì dữ liệu hoàn toàn tách biệt với nhau. Điều này giúp giảm bớt nhu cầu đặt hàng toàn cầu của lớp cơ sở. Ngoài ra, để xác minh trạng thái tổng hợp mới, chỉ cần xác minh trạng thái tổng hợp đã xuất bản trước đó. Do đó, lớp cơ sở có thể tự do sắp xếp các giao dịch tổng hợp này để chúng có thể tiến hành độc lập với nhau mà không cần phải chờ đặt hàng toàn cầu:

Nói rộng hơn, các bản tổng hợp sẽ có thể tự do xuất bản dữ liệu và bằng chứng lên lớp cơ sở mà không phải lo lắng về phí. Khi dữ liệu truyền qua mạng, các trình xác thực ở lớp cơ sở sẽ xác minh các bằng chứng do trình sắp xếp tổng hợp đưa ra. Nếu một số lượng người xác nhận nhất định xác minh bằng chứng thì giao dịch được coi là đã được xác nhận. Một hệ thống như vậy sẽ cho phép các bản tổng hợp đạt được xác nhận nhanh như dữ liệu truyền qua lớp cơ sở. Về lý thuyết, điều này cũng sẽ rút ngắn thời gian giữa quá trình xác nhận trước trình sắp xếp chuỗi và xác nhận lớp cơ sở.

p>

Hệ thống trên phụ thuộc vào Quá trình thực thi của ZK được chia nhỏ thay vì được sao chép như tương lai của các ứng dụng có thể kiểm chứng.

Các giao dịch chéo phân đoạn di chuyển dữ liệu giữa hai lần tổng hợp yêu cầu phải sắp xếp, nhưng đây cũng chỉ là một phần. Ví dụ: di chuyển tài sản X từ tổng số A sang tổng số B yêu cầu số lượng giao dịch rút tiền tối thiểu cho tổng số A trước khi tổng hợp B có thể chứa các giao dịch gửi tiền. Xác nhận nhanh từ lớp cơ sở sẽ mang lại sự đảm bảo đáng tin cậy về khả năng tương tác giữa các lần cuộn trong cùng một hệ sinh thái, từ đó tạo ra hiệu ứng mạng cho lớp cơ sở. Khả năng tương tác nhanh cùng với một số lượng lớn tài sản có giá trị có thể đủ để làm cho lớp cơ sở trở nên hấp dẫn đối với các đợt triển khai tiềm năng. Nhìn chung, thiết kế chuyên dụng này sẽ cho phép:

• Thời gian xác nhận nhanh chóng cho các giao dịch Tổng hợp.

• Khả năng tương tác nhanh giữa các Rollups (không cần cầu nối thanh khoản hoặc nhà tạo lập thị trường).

• Thông lượng DA chuyên dụng cho Rollup.

• Công cụ xác minh chuyên dụng cho Rollup (thêm hệ thống bằng chứng).

Mô tả ngắn gọn: tích lũy giá trị của tài sản cơ bản

Cuộc thảo luận ở trên cung cấp lớp cơ sở giá rẻ, nhanh chóng và an toàn để tổng hợp. Tuy nhiên, phần lớn các cuộc thảo luận hiện nay xung quanh lộ trình tập trung vào tổng hợp đều xoay quanh việc tích lũy giá trị của ETH và Ethereum khi có các đợt tổng hợp. Các L2 có mối quan hệ với người dùng (như Base) có thể tính phí cho không gian khối của họ và chỉ cần trả lại một tỷ lệ nhỏ doanh thu của họ cho Ethereum dưới dạng phí DA.

Bằng cách cho phép tổng hợp xuất bản dữ liệu trạng thái thường xuyên hơn để đạt được khả năng tương tác nhanh, lớp cơ sở có thể đạt được một số lợi ích mà các nhà tạo lập thị trường và tính thanh khoản có thể bị mất thu nhập cầu. Mặc dù giá trị mà một hệ thống có khả năng tương tác tốt hơn mang lại cho lớp cơ sở phụ thuộc hoàn toàn vào số lượng cuộn cần giao tiếp với nhau. Trong các cài đặt mà việc tổng hợp không đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng dụng, việc tích lũy giá trị của lớp cơ sở sẽ trở nên rõ ràng hơn. Các ứng dụng chỉ cần sử dụng lớp cơ sở để tương tác nhằm đạt được khả năng kết hợp. Các ứng dụng có thể đạt được thông lượng cao và kiểm soát không gian riêng của chúng mà không làm mất đi khả năng kết hợp.

Cũng có những lập luận nhằm cải thiện việc tích lũy giá trị của mã thông báo gốc bằng cách cải thiện việc thực thi lớp cơ sở. Điều này cho phép lớp cơ sở cạnh tranh một cách hiệu quả với tính năng cuộn lên, vi phạm các nguyên tắc thiết kế tập trung vào cuộn lên. Một cách khác để bao gồm việc thực thi (và có lẽ là cách tiếp cận ưa thích của chúng tôi) là xây dựng một bản tổng hợp được lưu trữ, trong đó tài sản lớp cơ sở được bảo mật bằng cách đặt lại thứ tự tổng hợp. Bộ trình xác thực lớp cơ sở thậm chí có thể hoạt động như bộ thứ tự tổng hợp nếu muốn (mặc dù các bộ trình xác thực không nhất thiết phải giống nhau). Trên thực tế, chủ đề về tổng hợp được lưu trữ hoặc gốc bắt đầu nóng lên sau bài phát biểu của Martin Köppelmann tại Devcon 2024. Đối với một hệ sinh thái như Ethereum, nó sẽ cho phép ETH lấy lại một số giá trị đã mất đồng thời cho phép các nhà phát triển thử nghiệm tự do hơn trên các lần cuộn, vì số tiền đặt cược có thể sẽ thấp hơn nhiều so với Ethereum Lớp-1.

Kết luận

Nói chung, chúng tôi tin rằng kỷ nguyên ZK đại diện cho Ethereum và toàn bộ Blockchain có một tương lai thực sự thú vị và hướng tới tương lai. Trong bài đăng này, chúng tôi phác thảo cách kết hợp ZK với sự đồng thuận tiên tiến thể hiện một hướng đi mới tiềm năng cho các lớp cơ sở trong các hệ thống tập trung vào tổng hợp. Bằng cách kết hợp các bằng chứng không có kiến ​​thức với các ý tưởng mượn từ cơ chế đồng thuận dựa trên DAG, chúng tôi có thể hình dung lại lớp cơ sở thực sự được tối ưu hóa cho các bản tổng hợp. Sự đồng thuận chỉ nên được sử dụng khi trạng thái thực sự được chia sẻ chứ không phải là yêu cầu thống nhất cho tất cả các hoạt động. Khi hệ sinh thái tiếp tục phát triển theo hướng thiết kế mô-đun, chúng tôi hy vọng cách tiếp cận đa sắc thái hơn này đối với sự đồng thuận của lớp cơ sở sẽ trở thành tiêu chuẩn cho các chuỗi khối mô-đun.

Nhìn chung, chúng tôi tin rằng do một số công nghệ hỗ trợ mới chỉ mới được đưa vào sản xuất nên lớp cơ sở phải áp dụng công nghệ này để duy trì tính cạnh tranh.

Chúng ta không thể sợ ước mơ lớn hơn.