Новий етап масштабування Ethereum: технологія zk-SNARKs сприяє досягненню 10 000 транзакцій на секунду

На десятиріччі генезис-блоку Ethereum його дорожня карта розширення досліджує нові напрямки та бачення. Після кількох років досліджень щодо розширення L2, Ethereum L1 нарешті знайшов надійний шлях для досягнення екстремального розширення, зберігаючи максимальну децентралізацію.

Зараз Ethereum планує щорічно збільшувати ліміт Gas та TPS в кілька разів. Верифікатори більше не виконуватимуть кожну транзакцію повторно, а лише перевірятимуть один zk-SNARKs, щоб підтвердити правильне виконання цієї групи транзакцій, що дозволить підвищити TPS базової мережі до тисяч транзакцій на секунду. Одночасно L2 також буде синхронізовано для розширення, досягнувши сотень тисяч або навіть мільйонів TPS. Новий тип L2 під назвою "рідний Rollup" працюватиме як програмовані шардінги, забезпечуючи таку ж безпеку, як L1.

Один з ключових дослідників на нещодавній конференції заявив: "Ми знаходимося на критичному поворотному моменті розширення Ethereum, я твердо вірю, що ми незабаром увійдемо в еру GigaGas на L1 — приблизно 10 тисяч TPS, а ключем до початку цієї ери є zkEVM та реальні докази." Остаточною метою цього дослідника є досягнення 10 мільйонів TPS в екосистемі Ethereum протягом 10 років, що означає, що майбутнє неминуче буде архітектурою "мережі в мережі": різні L2 братимуть на себе різні сценарії, компроміси та переваги, спільно розширюючи всю екосистему для задоволення глобальних потреб.

!

Дилема розширення L1 Ethereum

Ethereum завжди мала майже ідеологічну прив'язаність до децентралізації. З точки зору максималістів, деякі блокчейни мають високі ризики централізації, уряди можуть безпосередньо перевіряти транзакції на їхніх вузлах. А Ethereum може навіть працювати на Raspberry Pi, така низька бар'єрність дозволяє понад 15,000-16,000 публічних вузлів та мільйони валідаторів брати участь у мережі, що робить практично неможливим перевірку транзакцій і забезпечує високу стійкість до атак.

Ціна - це надзвичайно повільна швидкість - поточний TPS становить приблизно 18-20 транзакцій на секунду, тоді як деякі конкурентні ланцюги можуть досягати приблизно 1500 транзакцій на секунду. В певному сенсі архітектура блокчейну від природи неефективна, трохи нагадує електронну таблицю, яка потребує глобального синхронного обчислення.

Саме тому Ethereum у 2020 році змушений був іти шляхом розширення L2.

ZK технології: розкриття неможливого трикутника блокчейну

Засновник Ethereum колись висловлював концепцію "трикутника неможливостей блокчейну", описуючи труднощі, з якими стикаються публічні блокчейни у досягненні безпеки, масштабованості та децентралізації одночасно. Практично всі рішення для масштабування можуть задовольнити лише дві з цих трьох вимог, жертвуючи третьою.

До появи zk-SNARKs ( ZK-Proof ) технології. Вона може математично довести, що велика кількість складних транзакцій була правильно виконана, не розкриваючи деталі операцій. Процес генерації ZK доказів є досить складним, але перевірка правильності доказу є швидкою та легкою.

Майбутнє Ethereum передбачає, що валідатори повинні перевіряти лише дуже малий математичний результат ZK доказу, а не перераховувати всі транзакції по кожній з них. Один дослідник навіть зазначив, що в майбутньому обсяг обчислень для перевірки ZK доказу буде настільки малим, що навіть низькопотужний Raspberry Pi зможе впоратися з цим, і зовсім не знадобляться великі дата-центри.

!

zkEVM: маршрут до 10 000 TPS

Повідомлення, нещодавно опубліковане Фондом Ethereum, викликало жваву дискусію в спільноті: протягом наступного року основна мережа L1 може інтегрувати віртуальну машину Ethereum, що працює на основі zk-SNARKs (zkEVM).

Варто зазначити, що багато практичних досліджень ZK-технологій насправді почалися з L2 мереж. Наприклад, певний 100% сумісний з EVM ZK Rollup публічний блокчейн, будь-який додаток, який може працювати на Ethereum, може безперешкодно працювати на ньому. Ця мережа навіть оголосила про намір знищити 20% комісії за транзакції ETH, щоб підтримати повернення вартості на L1.

Технологія ZK надала відповідь на неможливий трикутник блокчейну: ми можемо значно підвищити ліміт Gas для L1, а обсяг обчислень не ускладнить верифікацію. З зниженням затримок та витрат на генерацію ZK-доказів ми зможемо обробляти вищу пропускну здатність, зберігаючи при цьому дуже низькі апаратні вимоги для верифікації.

Проте, спільноті не варто бути надто оптимістичною, навіть якщо в майбутньому протягом року zkEVM успішно інтегрується в L1, він не зможе відразу реалізувати 10 000 TPS у перший день.

!

Поступове оновлення маршруту

Ethereum наразі має п'ять основних програмних клієнтів, які можна використовувати для роботи з мережею, що означає, що навіть якщо якийсь клієнт матиме проблеми, мережа не зупиниться безпосередньо.

У майбутньому плані оновлення Ethereum має намір спочатку випустити два-три модифіковані клієнти, що підтримують ZK верифікацію, щоб верифікатори могли вибрати перевірку zk-SNARKs для завершення верифікації, а не повторно виконувати кожну транзакцію.

Спочатку лише кілька валідаторів перейдуть на новий режим валідації, щоб на ранніх етапах виявити та виправити потенційні проблеми. Команда з координації протоколу заявила: "Перехід на zk-SNARKs EVM буде поступовим процесом".

Користувачі в основному поступово відчують підвищення газового ліміту L1, тобто посилення економічної активності мережі. Хоча перехід L1 до ZK верифікації потребує часу, але розширення газового ліміту вже практично на підході.

Нещодавно ліміт газу L1 було підвищено на 22%, до 45 мільйонів. Один із дослідників запропонував пропозицію, що рекомендує клієнту автоматично тричі на рік підвищувати ліміт газу. За цим планом, через чотири роки основна мережа Ethereum зможе досягти приблизно 2000 TPS.

Деякі ключові дослідники навіть запропонували продовжити цей темп на два роки, до 2031 року досягти пропускної спроможності 1 gigagas, реалізувавши близько 10 000 TPS.

!