Đường tiến hóa công nghệ của hệ thống Bằng chứng Ethereum
Người đồng sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin, gần đây đã phát hành một loạt bài viết về sự phát triển trong tương lai của Ethereum, bao gồm sáu phần chính của lộ trình Ethereum. Bài viết này sẽ tập trung vào phần đầu tiên của lộ trình "The Merge", khám phá các thiết kế kỹ thuật còn có thể cải thiện trong cơ chế Bằng chứng PoS ( và các phương pháp khả thi để thực hiện những cải tiến này.
"Hợp nhất" được coi là một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử Ethereum, đánh dấu sự chuyển đổi từ cơ chế bằng chứng công việc )PoW( sang cơ chế bằng chứng )PoS(. Sau gần hai năm hoạt động ổn định, hệ thống PoS của Ethereum đã thể hiện xuất sắc về độ ổn định, hiệu suất và tính phi tập trung. Tuy nhiên, cơ chế bằng chứng vẫn còn một số lĩnh vực quan trọng cần được hoàn thiện thêm.
Lộ trình phát triển Ethereum năm 2023 chủ yếu tập trung vào hai khía cạnh: một là cải thiện các đặc tính kỹ thuật, như nâng cao tính ổn định, hiệu suất và khả năng tiếp cận của các nhà xác thực nhỏ; hai là đối phó với rủi ro tập trung hóa thông qua các cuộc cách mạng cơ chế kinh tế. Cần lưu ý rằng, những ý tưởng này không phải là danh sách cải tiến toàn diện cho Bằng chứng, mà là những phương án đang được xem xét tích cực hiện tại.
![Ethereum giao thức nâng cấp công nghệ triển vọng phân tích (1): The Merge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d635c6ca07d6e13f51386350a8fcd0e8.webp(
Mục tiêu chính của việc hợp nhất
Định tính xác định trong một khoảng thời gian )SSF(: Giảm đáng kể thời gian xác định cuối cùng của khối từ 15 phút, lý tưởng là đề xuất và xác định cuối cùng khối trong cùng một khoảng thời gian.
Trong khi giữ cho hệ thống phi tập trung, xác nhận và hoàn thành giao dịch với tốc độ nhanh nhất.
Tăng cường khả năng tham gia của những người xác thực độc lập.
Tăng cường tính ổn định của hệ thống.
Nâng cao khả năng chống lại các cuộc tấn công 51% của Ethereum, bao gồm việc ngăn chặn sự đảo ngược tính cuối cùng, ngăn chặn tính cuối cùng và kiểm duyệt.
Định hình tính chắc chắn trong một khoảng thời gian và dân chủ hóa việc staking
Hiện tại, khối Ethereum cần khoảng 15 phút để hoàn thành xác nhận, và yêu cầu 32 ETH để trở thành người đặt cược. Đây là kết quả của việc cân nhắc giữa ba mục tiêu:
Tối đa hóa số lượng người xác thực tham gia vào việc staking
Giảm thiểu thời gian xác nhận cuối cùng
Giảm thiểu chi phí vận hành nút
Ba mục tiêu này tồn tại mâu thuẫn. Để đạt được tính cuối cùng của kinh tế ), kẻ tấn công cần phải tiêu hủy một lượng lớn ETH để khôi phục các khối đã được xác định (, mỗi lần xác nhận cuối cùng đều cần mỗi xác minh viên ký hai thông điệp. Do đó, nếu số lượng xác minh viên rất nhiều, sẽ cần hoặc là thời gian dài để xử lý tất cả chữ ký, hoặc là các nút rất mạnh để cùng lúc xử lý tất cả chữ ký.
Một trong những mục tiêu cốt lõi của Ethereum là đảm bảo rằng ngay cả khi cuộc tấn công thành công, kẻ tấn công cũng phải trả một cái giá cao. Đây là ý nghĩa của "tính cuối cùng về kinh tế". Ngược lại, một số blockchain không có tính cuối cùng về kinh tế như Algorand) áp dụng cách chọn ngẫu nhiên ủy ban để xác định mỗi khe thời gian, nhưng vấn đề của phương pháp này là nếu kẻ tấn công kiểm soát 51% các xác thực viên, chi phí tấn công là rất thấp.
Do đó, Ethereum cần sự tham gia của tất cả các xác thực viên để đạt được tính cuối cùng về kinh tế, và không thể áp dụng phương pháp đơn giản dựa trên ủy ban.
Trong lý tưởng, Ethereum hy vọng đạt được hai cải tiến trong khi vẫn giữ được tính cuối cùng của kinh tế:
Hoàn thành xác định khối trong một khoảng thời gian lý tưởng giữ hoặc rút ngắn độ dài khoảng thời gian hiện tại là 12 giây.
Giảm ngưỡng đặt cọc từ 32 Ether xuống 1 Ether
Điểm đầu tiên có thể giúp tất cả người dùng tận hưởng mức độ bảo mật cao hơn, đơn giản hóa các giao thức và cơ sở hạ tầng xung quanh. Điểm thứ hai thì giúp hỗ trợ các người đặt cược độc lập, giải quyết vấn đề hạn mức tối thiểu 32 ETH cản trở sự tham gia của cá nhân.
Tuy nhiên, mục tiêu đạt được sự chắc chắn nhanh hơn và mục tiêu phi tập trung hóa trong việc đặt cược mâu thuẫn với mục tiêu tối thiểu hóa chi phí. Đây chính là lý do tại sao Ethereum ban đầu không áp dụng sự chắc chắn trong một khoảng thời gian duy nhất. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã đưa ra một số giải pháp khả thi.
Đề xuất xác định trong một khoảng thời gian
Để đạt được tính nhất quán trong một khoảng thời gian duy nhất với sự tham gia của nhiều người xác thực mà không làm tăng chi phí vận hành của các nút quá cao, hiện có một số giải pháp hàng đầu:
Cải thiện giao thức tổng hợp chữ ký, có thể nhờ vào công nghệ ZK-SNARKs, làm cho việc xử lý chữ ký của hàng triệu người xác thực trong một khoảng thời gian có thể. Horn là một giải pháp được đề xuất để cải thiện giao thức tổng hợp.
Cơ chế ủy ban Orbit, cho phép ủy ban trung bình được chọn ngẫu nhiên chịu trách nhiệm xác nhận cuối cùng của chuỗi, đồng thời giữ lại đặc tính chi phí tấn công cao. Orbit sử dụng sự không đồng nhất về quy mô tiền gửi của các xác nhận viên, nhằm đảm bảo tính kinh tế cuối cùng trong khi phân bổ vai trò phù hợp cho các xác nhận viên nhỏ.
Cơ chế staking hai lớp, thiết lập hai loại người staking: một loại cần tiền gửi cao, loại còn lại yêu cầu tiền gửi thấp hơn. Chỉ có lớp tiền gửi cao trực tiếp tham gia cung cấp tính cuối cùng kinh tế. Đối với quyền và nghĩa vụ của lớp tiền gửi thấp, đã có nhiều đề xuất khác nhau, bao gồm quyền staking ủy thác, chọn ngẫu nhiên tham gia xác nhận khối, quyền được đưa vào danh sách, v.v.
Mỗi giải pháp đều có ưu và nhược điểm của nó: Kỹ thuật tấn công brute force có độ khó cao; Ủy ban Orbit cần xác thực tính an toàn và đặc điểm; Cơ chế staking kép có thể đối mặt với rủi ro tập trung.
Bầu cử lãnh đạo bí mật duy nhất
Hiện tại, người đề xuất khối tiếp theo có thể biết trước, điều này tạo ra lỗ hổng bảo mật: kẻ tấn công có thể giám sát mạng, xác định địa chỉ IP của người xác nhận và phát động tấn công DoS khi họ sắp đề xuất khối.
Giao thức bầu cử lãnh đạo bí mật đơn nhất giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra "ID xác thực mù" cho mỗi xác thực viên, sau đó cho phép nhiều người đề xuất có cơ hội tái tổ chức và tái mù hóa hồ bơi ID mù.
Tuy nhiên, việc thực hiện một giao thức bầu cử lãnh đạo bí mật đơn giản đủ là không dễ dàng. Sự đơn giản của giao thức Ethereum là rất quan trọng, không muốn làm tăng thêm độ phức tạp của nó. Giải pháp SSLE đơn giản hóa sử dụng chữ ký vòng chỉ mất vài trăm dòng mã quy định, nhưng đã giới thiệu các giả thuyết mã hóa mới.
Cách thực hiện SSLE kháng lượng tử đủ hiệu quả cũng là một thách thức. Có lẽ chỉ khi chúng ta giới thiệu cơ chế thực thi chứng minh không kiến thức tổng quát trong giao thức Ethereum L1 vì những lý do khác, thì độ phức tạp bổ sung của SSLE mới giảm xuống mức chấp nhận được.
Xác nhận giao dịch nhanh hơn
Việc rút ngắn thời gian xác nhận giao dịch của Ethereum từ 12 giây xuống 4 giây sẽ cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng L1 và dựa trên rollups, nâng cao hiệu quả của các giao thức DeFi và làm cho L2 trở nên phi tập trung hơn.
Có hai con đường công nghệ chính:
Rút ngắn thời gian khoảng cách xuống còn 8 giây hoặc 4 giây
Cho phép người đề xuất phát hành xác nhận trước trong một khe thời gian duy nhất
Tuy nhiên, tính khả thi của việc rút ngắn thời gian khoảng trống vẫn chưa chắc chắn. Ngay cả bây giờ, nhiều khu vực có người chứng thực cũng khó có thể nhận được bằng chứng đủ nhanh. Thời gian khoảng trống 4 giây có thể dẫn đến sự tập trung hóa của người xác thực, khiến hầu hết các khu vực khó có thể trở thành người xác thực.
Phương pháp xác nhận trước có thể cải thiện thời gian trung bình tham gia, nhưng không thể cải thiện trường hợp xấu nhất. Hơn nữa, cách khuyến khích xác nhận trước vẫn là một vấn đề cần giải quyết.
Giải pháp thay thế chống tấn công lượng tử
Đối mặt với mối đe dọa có thể đến từ máy tính lượng tử trong tương lai, Ethereum cần tích cực phát triển các giải pháp thay thế chống lại cuộc tấn công lượng tử. Hiện tại, mỗi phần của giao thức dựa vào đường cong elip đều cần dựa trên hàm băm hoặc các giải pháp thay thế chống lượng tử khác. Điều này chứng minh rằng việc giữ cho các giả định về hiệu suất trong thiết kế bằng chứng là hợp lý.
Tóm tắt
Hệ thống Bằng chứng của Ethereum đang đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình tiến hóa công nghệ. Do ngưỡng đặt cọc riêng biệt khá cao, các nhà cung cấp dịch vụ đặt cọc dẫn đầu như Lido đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc đặt cọc nút, và giải pháp đặt cọc kép cũng có một mức độ rủi ro tập trung nhất định.
Để đối phó với những thách thức này, tính xác định trong một khoảng thời gian nhất định và dân chủ hóa việc chứng minh, bầu cử lãnh đạo bí mật duy nhất, xác nhận giao dịch nhanh hơn và phát triển các phương án thay thế chống lại tấn công lượng tử đều là những vấn đề quan trọng mà Ethereum cần giải quyết.
Vitalik đã suy nghĩ toàn diện về nâng cấp "The Merge", đề xuất nhiều tổ hợp giải pháp kỹ thuật, khám phá tiềm năng thiết kế công nghệ PoS và các lộ trình nâng cấp khả thi.
Trong quá trình nâng cấp kỹ thuật, Ethereum liên tục khám phá đổi mới, cân nhắc giữa các phương án khác nhau để tìm ra con đường phát triển phù hợp nhất, nhằm đạt được độ an toàn, hiệu suất và mức độ phi tập trung cao hơn.
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
13 thích
Phần thưởng
13
4
Đăng lại
Chia sẻ
Bình luận
0/400
ProposalManiac
· 17giờ trước
Thực sự, hiệu quả dài hạn của quản trị vẫn là trọng tâm hàng đầu.
Lộ trình nâng cấp kỹ thuật của hệ thống Bằng chứng Ethereum
Đường tiến hóa công nghệ của hệ thống Bằng chứng Ethereum
Người đồng sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin, gần đây đã phát hành một loạt bài viết về sự phát triển trong tương lai của Ethereum, bao gồm sáu phần chính của lộ trình Ethereum. Bài viết này sẽ tập trung vào phần đầu tiên của lộ trình "The Merge", khám phá các thiết kế kỹ thuật còn có thể cải thiện trong cơ chế Bằng chứng PoS ( và các phương pháp khả thi để thực hiện những cải tiến này.
"Hợp nhất" được coi là một trong những sự kiện quan trọng nhất trong lịch sử Ethereum, đánh dấu sự chuyển đổi từ cơ chế bằng chứng công việc )PoW( sang cơ chế bằng chứng )PoS(. Sau gần hai năm hoạt động ổn định, hệ thống PoS của Ethereum đã thể hiện xuất sắc về độ ổn định, hiệu suất và tính phi tập trung. Tuy nhiên, cơ chế bằng chứng vẫn còn một số lĩnh vực quan trọng cần được hoàn thiện thêm.
Lộ trình phát triển Ethereum năm 2023 chủ yếu tập trung vào hai khía cạnh: một là cải thiện các đặc tính kỹ thuật, như nâng cao tính ổn định, hiệu suất và khả năng tiếp cận của các nhà xác thực nhỏ; hai là đối phó với rủi ro tập trung hóa thông qua các cuộc cách mạng cơ chế kinh tế. Cần lưu ý rằng, những ý tưởng này không phải là danh sách cải tiến toàn diện cho Bằng chứng, mà là những phương án đang được xem xét tích cực hiện tại.
![Ethereum giao thức nâng cấp công nghệ triển vọng phân tích (1): The Merge])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d635c6ca07d6e13f51386350a8fcd0e8.webp(
Mục tiêu chính của việc hợp nhất
Định tính xác định trong một khoảng thời gian )SSF(: Giảm đáng kể thời gian xác định cuối cùng của khối từ 15 phút, lý tưởng là đề xuất và xác định cuối cùng khối trong cùng một khoảng thời gian.
Trong khi giữ cho hệ thống phi tập trung, xác nhận và hoàn thành giao dịch với tốc độ nhanh nhất.
Tăng cường khả năng tham gia của những người xác thực độc lập.
Tăng cường tính ổn định của hệ thống.
Nâng cao khả năng chống lại các cuộc tấn công 51% của Ethereum, bao gồm việc ngăn chặn sự đảo ngược tính cuối cùng, ngăn chặn tính cuối cùng và kiểm duyệt.
Định hình tính chắc chắn trong một khoảng thời gian và dân chủ hóa việc staking
Hiện tại, khối Ethereum cần khoảng 15 phút để hoàn thành xác nhận, và yêu cầu 32 ETH để trở thành người đặt cược. Đây là kết quả của việc cân nhắc giữa ba mục tiêu:
Ba mục tiêu này tồn tại mâu thuẫn. Để đạt được tính cuối cùng của kinh tế ), kẻ tấn công cần phải tiêu hủy một lượng lớn ETH để khôi phục các khối đã được xác định (, mỗi lần xác nhận cuối cùng đều cần mỗi xác minh viên ký hai thông điệp. Do đó, nếu số lượng xác minh viên rất nhiều, sẽ cần hoặc là thời gian dài để xử lý tất cả chữ ký, hoặc là các nút rất mạnh để cùng lúc xử lý tất cả chữ ký.
Một trong những mục tiêu cốt lõi của Ethereum là đảm bảo rằng ngay cả khi cuộc tấn công thành công, kẻ tấn công cũng phải trả một cái giá cao. Đây là ý nghĩa của "tính cuối cùng về kinh tế". Ngược lại, một số blockchain không có tính cuối cùng về kinh tế như Algorand) áp dụng cách chọn ngẫu nhiên ủy ban để xác định mỗi khe thời gian, nhưng vấn đề của phương pháp này là nếu kẻ tấn công kiểm soát 51% các xác thực viên, chi phí tấn công là rất thấp.
Do đó, Ethereum cần sự tham gia của tất cả các xác thực viên để đạt được tính cuối cùng về kinh tế, và không thể áp dụng phương pháp đơn giản dựa trên ủy ban.
Trong lý tưởng, Ethereum hy vọng đạt được hai cải tiến trong khi vẫn giữ được tính cuối cùng của kinh tế:
Điểm đầu tiên có thể giúp tất cả người dùng tận hưởng mức độ bảo mật cao hơn, đơn giản hóa các giao thức và cơ sở hạ tầng xung quanh. Điểm thứ hai thì giúp hỗ trợ các người đặt cược độc lập, giải quyết vấn đề hạn mức tối thiểu 32 ETH cản trở sự tham gia của cá nhân.
Tuy nhiên, mục tiêu đạt được sự chắc chắn nhanh hơn và mục tiêu phi tập trung hóa trong việc đặt cược mâu thuẫn với mục tiêu tối thiểu hóa chi phí. Đây chính là lý do tại sao Ethereum ban đầu không áp dụng sự chắc chắn trong một khoảng thời gian duy nhất. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã đưa ra một số giải pháp khả thi.
Đề xuất xác định trong một khoảng thời gian
Để đạt được tính nhất quán trong một khoảng thời gian duy nhất với sự tham gia của nhiều người xác thực mà không làm tăng chi phí vận hành của các nút quá cao, hiện có một số giải pháp hàng đầu:
Cải thiện giao thức tổng hợp chữ ký, có thể nhờ vào công nghệ ZK-SNARKs, làm cho việc xử lý chữ ký của hàng triệu người xác thực trong một khoảng thời gian có thể. Horn là một giải pháp được đề xuất để cải thiện giao thức tổng hợp.
Cơ chế ủy ban Orbit, cho phép ủy ban trung bình được chọn ngẫu nhiên chịu trách nhiệm xác nhận cuối cùng của chuỗi, đồng thời giữ lại đặc tính chi phí tấn công cao. Orbit sử dụng sự không đồng nhất về quy mô tiền gửi của các xác nhận viên, nhằm đảm bảo tính kinh tế cuối cùng trong khi phân bổ vai trò phù hợp cho các xác nhận viên nhỏ.
Cơ chế staking hai lớp, thiết lập hai loại người staking: một loại cần tiền gửi cao, loại còn lại yêu cầu tiền gửi thấp hơn. Chỉ có lớp tiền gửi cao trực tiếp tham gia cung cấp tính cuối cùng kinh tế. Đối với quyền và nghĩa vụ của lớp tiền gửi thấp, đã có nhiều đề xuất khác nhau, bao gồm quyền staking ủy thác, chọn ngẫu nhiên tham gia xác nhận khối, quyền được đưa vào danh sách, v.v.
Mỗi giải pháp đều có ưu và nhược điểm của nó: Kỹ thuật tấn công brute force có độ khó cao; Ủy ban Orbit cần xác thực tính an toàn và đặc điểm; Cơ chế staking kép có thể đối mặt với rủi ro tập trung.
Bầu cử lãnh đạo bí mật duy nhất
Hiện tại, người đề xuất khối tiếp theo có thể biết trước, điều này tạo ra lỗ hổng bảo mật: kẻ tấn công có thể giám sát mạng, xác định địa chỉ IP của người xác nhận và phát động tấn công DoS khi họ sắp đề xuất khối.
Giao thức bầu cử lãnh đạo bí mật đơn nhất giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra "ID xác thực mù" cho mỗi xác thực viên, sau đó cho phép nhiều người đề xuất có cơ hội tái tổ chức và tái mù hóa hồ bơi ID mù.
Tuy nhiên, việc thực hiện một giao thức bầu cử lãnh đạo bí mật đơn giản đủ là không dễ dàng. Sự đơn giản của giao thức Ethereum là rất quan trọng, không muốn làm tăng thêm độ phức tạp của nó. Giải pháp SSLE đơn giản hóa sử dụng chữ ký vòng chỉ mất vài trăm dòng mã quy định, nhưng đã giới thiệu các giả thuyết mã hóa mới.
Cách thực hiện SSLE kháng lượng tử đủ hiệu quả cũng là một thách thức. Có lẽ chỉ khi chúng ta giới thiệu cơ chế thực thi chứng minh không kiến thức tổng quát trong giao thức Ethereum L1 vì những lý do khác, thì độ phức tạp bổ sung của SSLE mới giảm xuống mức chấp nhận được.
Xác nhận giao dịch nhanh hơn
Việc rút ngắn thời gian xác nhận giao dịch của Ethereum từ 12 giây xuống 4 giây sẽ cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng L1 và dựa trên rollups, nâng cao hiệu quả của các giao thức DeFi và làm cho L2 trở nên phi tập trung hơn.
Có hai con đường công nghệ chính:
Tuy nhiên, tính khả thi của việc rút ngắn thời gian khoảng trống vẫn chưa chắc chắn. Ngay cả bây giờ, nhiều khu vực có người chứng thực cũng khó có thể nhận được bằng chứng đủ nhanh. Thời gian khoảng trống 4 giây có thể dẫn đến sự tập trung hóa của người xác thực, khiến hầu hết các khu vực khó có thể trở thành người xác thực.
Phương pháp xác nhận trước có thể cải thiện thời gian trung bình tham gia, nhưng không thể cải thiện trường hợp xấu nhất. Hơn nữa, cách khuyến khích xác nhận trước vẫn là một vấn đề cần giải quyết.
Giải pháp thay thế chống tấn công lượng tử
Đối mặt với mối đe dọa có thể đến từ máy tính lượng tử trong tương lai, Ethereum cần tích cực phát triển các giải pháp thay thế chống lại cuộc tấn công lượng tử. Hiện tại, mỗi phần của giao thức dựa vào đường cong elip đều cần dựa trên hàm băm hoặc các giải pháp thay thế chống lượng tử khác. Điều này chứng minh rằng việc giữ cho các giả định về hiệu suất trong thiết kế bằng chứng là hợp lý.
Tóm tắt
Hệ thống Bằng chứng của Ethereum đang đối mặt với nhiều thách thức trong quá trình tiến hóa công nghệ. Do ngưỡng đặt cọc riêng biệt khá cao, các nhà cung cấp dịch vụ đặt cọc dẫn đầu như Lido đã trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc đặt cọc nút, và giải pháp đặt cọc kép cũng có một mức độ rủi ro tập trung nhất định.
Để đối phó với những thách thức này, tính xác định trong một khoảng thời gian nhất định và dân chủ hóa việc chứng minh, bầu cử lãnh đạo bí mật duy nhất, xác nhận giao dịch nhanh hơn và phát triển các phương án thay thế chống lại tấn công lượng tử đều là những vấn đề quan trọng mà Ethereum cần giải quyết.
Vitalik đã suy nghĩ toàn diện về nâng cấp "The Merge", đề xuất nhiều tổ hợp giải pháp kỹ thuật, khám phá tiềm năng thiết kế công nghệ PoS và các lộ trình nâng cấp khả thi.
Trong quá trình nâng cấp kỹ thuật, Ethereum liên tục khám phá đổi mới, cân nhắc giữa các phương án khác nhau để tìm ra con đường phát triển phù hợp nhất, nhằm đạt được độ an toàn, hiệu suất và mức độ phi tập trung cao hơn.