Tiêu đề gốc: "Phân tích triển vọng nâng cấp công nghệ giao thức Ethereum (1): Hợp nhất"

Nguồn gốc: Ebunker Chinese

Kể từ tháng 10 năm nay, người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã xuất bản một loạt bài viết về khả năng tương lai của giao thức Ethereum, bao gồm sáu phần của lộ trình phát triển Ethereum: Hợp nhất, Hợp nhất Surge, The Scourge, The Verge, The Purge và The Splurge. Bài viết này sẽ diễn giải Phần một (Hợp nhất) của lộ trình và khám phá các công nghệ khác để chứng minh PoS quyền. Thiết kế có thể được cải thiện và cách để đạt được những cải tiến đó.

Vitalik tin rằng "sáp nhập" đề cập đến sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử giao thức Ethereum kể từ khi ra mắt: quá trình chuyển đổi từ bằng chứng công việc PoW sang Bằng chứng cổ phần PoS. Ngày nay, Ethereum đã là một hệ thống PoS ổn định và hoạt động được gần hai năm và bằng chứng cổ phần này đã hoạt động rất tốt về tính ổn định, hiệu suất và tránh rủi ro tập trung. Tuy nhiên, vẫn còn một số lĩnh vực quan trọng mà bằng chứng về cổ phần cần được cải thiện.

Lộ trình năm 2023 của Ethereum chia thành nhiều phần: Cải thiện các tính năng kỹ thuật như tính ổn định, hiệu suất và khả năng tiếp cận các trình xác nhận nhỏ hơn) và các thay đổi kinh tế để giải quyết rủi ro tập trung . Theo Vitalik, bài viết này không phải là danh sách đầy đủ các cải tiến đối với Proof of Stake mà là nhiều ý tưởng đang được xem xét tích cực.

Mục tiêu chính của việc sáp nhập như sau:

1. (SSF): Thông thường các khối Ethereum mất khoảng 15 phút để hoàn thành. Tuy nhiên, thời gian cần thiết để hoàn thiện có thể giảm đáng kể bằng cách làm cho cơ chế đồng thuận của Ethereum hiệu quả hơn trong việc xác thực các khối. Các khối có thể được đề xuất và hoàn thiện trong cùng một khoảng thời gian mà không cần chờ 15 phút.

2. Xác nhận và hoàn tất giao dịch nhanh nhất có thể trong khi vẫn duy trì tính phân cấp

3. Cải thiện tính khả thi của việc đặt cược của từng người cam kết

4. Cải thiện tính mạnh mẽ

5 . bằng 51% Khả năng chống lại và phục hồi sau các cuộc tấn công (bao gồm đảo ngược mục đích cuối cùng, chặn mục tiêu cuối cùng và kiểm duyệt)

Tính cuối cùng của một khe và dân chủ hóa đặt cược

Hiện tại, còn 2–3 kỷ nguyên (khoảng 15 phút) để hoàn thành một khối và cần có 32 ETH để trở thành người đặt cọc. Đây ban đầu là một sự thỏa hiệp nhằm đạt được sự cân bằng giữa ba mục tiêu:

- Tối đa hóa số lượng người xác thực tham gia đặt cược (để việc đặt cược yêu cầu giảm thiểu ETH

-giảm thiểu thời gian cuối cùng;

-làm cho chi phí hoạt động của Node được giảm thiểu.

Ba mục tiêu này xung đột với nhau: để đạt được mục đích kinh tế cuối cùng (tức là kẻ tấn công cần phá hủy một lượng lớn ETH để khôi phục khối cuối cùng ), mỗi lần Khi hoàn tất, mỗi người xác thực sẽ cần ký vào hai tin nhắn. Do đó, nếu số lượng người xác nhận lớn, sẽ mất nhiều thời gian để xử lý tất cả chữ ký hoặc sẽ yêu cầu các nút rất mạnh để xử lý tất cả chữ ký cùng một lúc.

Tất cả phụ thuộc vào một mục tiêu chính của Ethereum: đảm bảo rằng ngay cả khi nó thành công Các cuộc tấn công cũng sẽ mang lại chi phí cao cho những kẻ tấn công. Đây chính là ý nghĩa của thuật ngữ “mục đích kinh tế”.

Cũng có những ví dụ phản biện. Các chuỗi khối không có "mục đích kinh tế" (chẳng hạn như Algorand) hoàn thiện từng khoảng thời gian bằng cách chọn ngẫu nhiên một ủy ban để giải quyết vấn đề này. . Nhưng vấn đề với cách tiếp cận này là nếu kẻ tấn công kiểm soát 51% số người xác thực thì chi phí của cuộc tấn công là cực kỳ thấp: chỉ một số nút trong ủy ban sẽ bị phát hiện là tham gia vào cuộc tấn công và bị trừng phạt. Điều này có nghĩa là kẻ tấn công có thể liên tục tấn công chuỗi nhiều lần.

Do đó, nếu Ethereum muốn đạt được mục tiêu kinh tế cuối cùng, cách tiếp cận đơn giản dựa trên ủy ban sẽ không hiệu quả mà sẽ cần có sự tham gia của một bộ xác nhận đầy đủ.

Lý tưởng nhất là Ethereum hy vọng sẽ cải thiện hiện trạng ở hai khía cạnh trong khi vẫn giữ được tính quyết định cuối cùng về kinh tế:

1. Kết thúc các khối trong một khoảng thời gian (lý tưởng nhất là duy trì hoặc thậm chí giảm thời lượng hiện tại là 12 giây) thay vì 15 phút

2. đặt cược bằng 1 ETH (giảm từ 32 ETH xuống 1 ETH)

Điểm đầu tiên có thể đảm bảo rằng tất cả người dùng Ethereum đều được hưởng lợi từ mức độ bảo mật cao hơn đạt được thông qua cơ chế cuối cùng . Ngày nay, hầu hết người dùng không được hưởng sự đảm bảo này vì họ không muốn đợi 15 phút; với tính năng cuối cùng của một khe, người dùng có thể thấy các giao dịch được hoàn tất gần như ngay lập tức sau khi chúng được xác nhận. Thứ hai, nó đơn giản hóa giao thức và cơ sở hạ tầng xung quanh nếu người dùng và ứng dụng không phải lo lắng về khả năng khôi phục chuỗi.

Điểm thứ hai là hỗ trợ các cá nhân đóng góp. Theo nhiều cuộc thăm dò, yếu tố chính ngăn cản việc đặt cược solo là mức tối thiểu 32 ETH. Giảm mức tối thiểu xuống 1 ETH sẽ giải quyết được vấn đề này.

Hiện đang có một thách thức: mục tiêu về kết quả cuối cùng nhanh hơn và đặt cược dân chủ hóa hơn đều xung đột với mục tiêu giảm thiểu chi phí. Trên thực tế, đây chính là lý do tại sao Ethereum không áp dụng tính năng cuối cùng một khe ngay từ đầu. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây cho thấy một số giải pháp khả thi cho vấn đề này.

Cách thức hoạt động:

Tính xác định một khe liên quan đến việc sử dụng quyết toán trong một khe Đồng thuận khối thuật toán. Bản thân đây không phải là một mục tiêu không thể đạt được và nhiều thuật toán (chẳng hạn như sự đồng thuận của Tendermint) đã đạt được điều này.

Một đặc tính đáng mong muốn duy nhất của Ethereum (tức là rò rỉ không hoạt động) là nó cho phép chuỗi khối tiếp tục ngay cả khi hơn 1/3 trình xác thực đang ngoại tuyến. và cuối cùng tiếp tục.

Đề xuất xác định một vị trí

Để biết cách xác định số lượng người xác thực một vị trí cuối cùng Để hoạt động trong các tình huống rất cao mà không phát sinh chi phí vận hành nút cực cao, có một số giải pháp hàng đầu cho vấn đề này:

Tùy chọn thứ nhất là bẻ khóa Brute Force, để triển khai tốt hơn các giao thức tổng hợp chữ ký, có thể được sử dụng ZK-SNARK, sẽ giúp xử lý chữ ký từ hàng triệu người xác thực trong một khe duy nhất. Ví dụ, Horn là một trong những đề xuất được đưa ra để thiết kế các giao thức tổng hợp tốt hơn.

Lựa chọn thứ hai là Ủy ban Quỹ đạo, đây là một cơ chế mới cho phép một ủy ban cỡ trung bình được lựa chọn ngẫu nhiên chịu trách nhiệm về tính cuối cùng của chuỗi, nhưng cần để giữ lại các đặc tính chi phí tấn công. Orbit tận dụng tính không đồng nhất tồn tại từ trước về quy mô tiền gửi của trình xác nhận để đạt được mục đích kinh tế lớn nhất có thể trong khi vẫn trao cho các trình xác nhận nhỏ một vai trò phù hợp với họ.

Như được hiển thị trong hình bên dưới, giữa phạm vi x=0 (Ủy ban Algorand, không có quyết định cuối cùng về kinh tế) đến x=1 (tình hình hiện tại của Ethereum) —— Orbit SSF đã mở ra một nền tảng trung gian:

1, trong đó cái giá phải trả cho việc làm điều ác vẫn rất cao để đảm bảo an ninh cực độ;>

2. Nhưng đồng thời, chỉ một mẫu trình xác thực ngẫu nhiên cỡ trung bình tham gia vào từng khoảng thời gian, giúp giảm gánh nặng cho các nút.

Lựa chọn thứ ba là đặt cược hai lớp, một cơ chế có hai loại người cầm cố, một loại có yêu cầu đặt cọc cao hơn và loại còn lại có yêu cầu đặt cọc thấp hơn. Chỉ những cấp độ có yêu cầu tiền gửi cao hơn mới tham gia trực tiếp vào việc cung cấp mục đích kinh tế cuối cùng. Về quyền và trách nhiệm của tiền gửi cấp thấp, nhiều đề xuất khác nhau đã được đưa ra, bao gồm:

-Ủy thác và cầm cố quyền cho cổ đông cấp cao hơn Quyền ;

-Người đặt cược cấp thấp hơn được chọn ngẫu nhiên để chứng minh và hoàn thiện từng khối;

- Quyền tạo danh sách bao gồm, v.v.

Đối với trải nghiệm bảo mật và tập trung đặt cược của Ethereum, mỗi giải pháp đều có những ưu điểm, nhược điểm và sự đánh đổi: mặc dù việc bẻ khóa vũ phu có thể giải quyết được vấn đề, nhưng nó yêu cầu tổng hợp một số lượng lớn chữ ký trong một khoảng thời gian ngắn, điều này cực kỳ khó khăn về mặt kỹ thuật; ủy ban Orbit cần xác minh tính bảo mật và đặc điểm của nó, đồng thời chính thức hóa và triển khai nó. phụ thuộc vào các quyền cụ thể mà lớp có mức thế chấp thấp nhận được.

Ngoài tính xác định theo một khe duy nhất, việc bầu chọn người lãnh đạo bí mật duy nhất cũng là một vấn đề quan trọng trong hệ thống bằng chứng cổ phần của Ethereum. Ngày nay, trình xác thực nào sẽ đề xuất khối tiếp theo có thể được biết trước, điều này tạo ra lỗ hổng bảo mật. Kẻ tấn công có thể giám sát mạng, xác định trình xác thực nào tương ứng với địa chỉ IP nào và tấn công trình xác thực khi chúng chuẩn bị đề xuất một khối. Khởi động một cuộc tấn công DoS.

Cách tốt nhất để giải quyết vấn đề này là ẩn thông tin về trình xác thực nào sẽ tạo khối tiếp theo, ít nhất là cho đến khi khối đó thực sự được tạo.

Bầu cử lãnh đạo bí mật duy nhất

Hiện tại, người xác thực nào sẽ đề xuất khối tiếp theo là Nó có thể biết trước rằng điều này tạo ra lỗ hổng bảo mật: kẻ tấn công có thể giám sát mạng, xác định trình xác thực nào tương ứng với địa chỉ IP nào và khởi động một cuộc tấn công DoS vào trình xác thực khi chúng chuẩn bị đề xuất chặn.

Giao thức bầu cử người lãnh đạo bí mật duy nhất tạo ra một ID người xác thực "mù" cho mỗi người xác nhận bằng cách sử dụng một số kỹ thuật mã hóa, sau đó tạo cơ hội cho nhiều người đề xuất ID một cách mù quáng pool được tổ chức lại và làm mù lại để giải quyết vấn đề này.

Tuy nhiên, việc thực hiện một nghi thức bầu cử lãnh đạo bí mật đủ đơn giản là điều không hề dễ dàng.

Tính đơn giản của giao thức Ethereum là hết sức quan trọng và chúng tôi không muốn tăng thêm độ phức tạp của nó. SSLE đơn giản hóa sử dụng chữ ký vòng chỉ sử dụng hàng trăm dòng mã đặc tả và đưa ra các giả định mới trong mã hóa phức tạp.

Làm thế nào để đạt được SSLE kháng lượng tử đủ hiệu quả cũng là một vấn đề. Cuối cùng, có thể xảy ra trường hợp "độ phức tạp bổ sung cận biên" của SSLE sẽ giảm xuống mức đủ thấp nếu chúng tôi quyết tâm vì những lý do khác và đưa ra các cơ chế để thực hiện các bằng chứng không có kiến thức phổ quát trong giao thức Ethereum ở cấp độ L1.

Ngoài ra, việc xác nhận giao dịch nhanh hơn cũng là một trong những vấn đề mà hệ thống proof-of-stake Ethereum cần giải quyết.

Việc giảm thêm thời gian xác nhận giao dịch của Ethereum (từ 12 giây xuống 4 giây) có giá trị. Làm như vậy sẽ cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng dựa trên L1 và tổng hợp đồng thời làm cho các giao thức DeFi hiệu quả hơn. Nó cũng sẽ làm cho L2 trở nên phi tập trung hơn, vì nó sẽ cho phép một số lượng lớn các ứng dụng L2 hoạt động trên các bản tổng hợp, do đó giảm nhu cầu L2 xây dựng trật tự dựa trên ủy ban phi tập trung của riêng mình.

Có khoảng hai kỹ thuật: giảm thời gian của khung thời gian xuống còn 8 giây hoặc 4 giây; cho phép người đề xuất đưa ra xác nhận trước trong một khung thời gian duy nhất . Tuy nhiên, tính khả thi của việc rút ngắn thời gian đánh bạc hiện vẫn chưa rõ ràng.

Ngay cả ngày nay, những người đặt cược ở nhiều nơi trên thế giới vẫn gặp khó khăn trong việc có được bằng chứng đủ nhanh. Các nỗ lực ở thời điểm 4 giây có nguy cơ tập trung hóa bộ trình xác thực và do độ trễ, việc trở thành trình xác thực bên ngoài một số khu vực có lợi thế về mặt địa lý là không thực tế.

Điểm yếu của phương pháp xác nhận trước của người đề xuất là nó cải thiện đáng kể thời gian đưa vào trường hợp trung bình, nhưng không cải thiện trường hợp xấu nhất. Ngoài ra, có một câu hỏi mở về cách khuyến khích việc xác nhận trước.

Đối mặt với các mối đe dọa điện toán lượng tử có thể xảy ra trong tương lai, Ethereum cần tích cực phát triển khả năng chống Các lựa chọn thay thế tấn công lượng tử. Mọi phần của giao thức Ethereum hiện dựa trên các đường cong elip cần phải có một số giải pháp thay thế dựa trên hàm băm hoặc kháng lượng tử khác. Điều này biện minh cho chủ nghĩa bảo thủ trong các giả định về hiệu suất xung quanh thiết kế bằng chứng cổ phần và là lý do để tích cực phát triển các giải pháp thay thế có khả năng chống lại các cuộc tấn công lượng tử.

Tóm tắt

Hệ thống bằng chứng cổ phần Ethereum chứa đầy những thách thức trên đường đi tới sự phát triển công nghệ. Do ngưỡng cam kết Ethereum riêng lẻ cao, các nhà cung cấp dịch vụ cam kết do Lido dẫn đầu đã trở thành lựa chọn đầu tiên cho các cam kết nút Ethereum. Giải pháp cam kết hai lớp cũng có một mức độ rủi ro tập trung nhất định. Để giải quyết những thách thức này, tính chất cuối cùng của một khe và dân chủ hóa đặt cược, bầu cử người lãnh đạo bí mật duy nhất, xác nhận giao dịch nhanh hơn và phát triển các giải pháp thay thế chống tấn công lượng tử đều là những vấn đề quan trọng mà Ethereum cần giải quyết.

Vitalik đã suy nghĩ toàn diện về việc nâng cấp "The Merge" và đề xuất nhiều kết hợp giải pháp kỹ thuật nhất có thể. Ông cũng thảo luận về tiềm năng thiết kế của công nghệ chứng minh cổ phần PoS của Ethereum và các lộ trình nâng cấp công nghệ khả thi hiện tại.

Trong quá trình nâng cấp công nghệ, Ethereum vẫn đang nỗ lực không ngừng tìm tòi và đổi mới, cân nhắc và lựa chọn giữa các giải pháp kỹ thuật khác nhau để tìm ra con đường phát triển phù hợp nhất đạt được tính bảo mật, hiệu suất và phân cấp cao hơn.

Liên kết gốc

Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:

Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats

Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App

Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia