La evolución técnica del sistema de atestación de Ethereum
El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, ha publicado recientemente una serie de artículos sobre el desarrollo futuro de Ethereum, que abarcan seis partes clave de la hoja de ruta de Ethereum. Este artículo se centrará en la primera parte de la hoja de ruta, "The Merge", explorando qué diseños técnicos del mecanismo de atestación (PoS) aún se pueden mejorar y las posibles vías para implementar estas mejoras.
"La fusión" se considera uno de los eventos más importantes en la historia de Ethereum, marcando la transición del trabajo de prueba (PoW) a la atestación (PoS). Después de casi dos años de funcionamiento estable, el sistema PoS de Ethereum ha mostrado un gran desempeño en estabilidad, rendimiento y descentralización. Sin embargo, el mecanismo de atestación aún tiene algunas áreas importantes que necesitan ser mejoradas.
El mapa de desarrollo de Ethereum para 2023 se centra principalmente en dos aspectos: primero, mejorar las características técnicas, como aumentar la estabilidad, el rendimiento y la accesibilidad para los validadores pequeños; segundo, abordar los riesgos de centralización a través de reformas en los mecanismos económicos. Cabe señalar que estas ideas no son una lista completa de mejoras para la atestación, sino propuestas que están siendo consideradas activamente en este momento.
El objetivo principal de la fusión
Determinismo de un solo intervalo de tiempo (SSF): reducir drásticamente el tiempo de confirmación final del bloque de 15 minutos, alcanzando idealmente la propuesta y confirmación final del bloque dentro del mismo intervalo de tiempo.
Confirmar y completar transacciones a la mayor velocidad posible, manteniendo la descentralización.
Aumentar la viabilidad de la participación de los validadores independientes.
Mejorar la robustez del sistema.
Aumentar la capacidad de Ethereum para resistir ataques del 51%, incluyendo prevenir la reversión de la finalización, bloquear la finalización y la censura.
Determinismo de ranura única y democratización del staking
Actualmente, un bloque de Ethereum tarda aproximadamente 15 minutos en confirmarse, y se requieren 32 ETH para convertirse en un validador. Esto es el resultado de un equilibrio entre tres objetivos:
Maximizar el número de validadores que participan en la atestación
Minimizar el tiempo de confirmación final
Minimizar los costos de operación del nodo
Estos tres objetivos son contradictorios. Para lograr la finalización económica (, el atacante necesita destruir una gran cantidad de Ether para restaurar un bloque confirmado ). Cada vez que se finaliza, se requiere que cada validador firme dos mensajes. Por lo tanto, si hay muchos validadores, o se necesita un largo tiempo para procesar todas las firmas, o se requieren nodos muy potentes para procesar todas las firmas al mismo tiempo.
Uno de los objetivos centrales de Ethereum es asegurar que incluso si un ataque tiene éxito, el atacante debe pagar un alto precio. Esta es la esencia de la "finalidad económica". En contraste, algunas cadenas de bloques que no tienen finalidad económica (, como Algorand ), utilizan un comité de selección aleatoria para determinar cada ranura de tiempo, pero el problema de este método es que, si un atacante controla el 51% de los validadores, el costo del ataque es extremadamente bajo.
Por lo tanto, Ethereum necesita la participación de todos los validadores para lograr la finalización económica, y no puede adoptar un enfoque simple basado en comités.
En un escenario ideal, Ethereum espera lograr dos mejoras mientras mantiene la finalización económica.
Completar la confirmación del bloque en un intervalo de tiempo ( idealmente manteniendo o reduciendo la longitud actual del intervalo de 12 segundos )
Reducir el umbral de staking de 32 ETH a 1 ETH
El primer punto permite a todos los usuarios disfrutar de un nivel más alto de seguridad, simplificando protocolos e infraestructura circundante. El segundo punto ayuda a apoyar a los validadores independientes, resolviendo el problema del límite mínimo de 32 ETH que impide la participación individual.
Sin embargo, el objetivo de una mayor determinación y una democratización de la atestación entra en conflicto con el objetivo de minimizar los gastos. Esta es precisamente la razón por la que Ethereum no adoptó la determinación de un solo intervalo en un principio. Sin embargo, investigaciones recientes han propuesto algunas posibles soluciones.
Propuesta de determinación de un solo intervalo de tiempo
Para lograr determinismo en un solo slot en el contexto de la participación de validadores a gran escala, sin que esto lleve a un costo operativo excesivo para los nodos, actualmente existen varias soluciones líderes:
Mejorar el protocolo de agregación de firmas, posiblemente utilizando la tecnología ZK-SNARKs, para hacer posible el procesamiento de las firmas de millones de validadores en un solo intervalo de tiempo. Horn es una propuesta para mejorar el protocolo de agregación.
El mecanismo del Comité Orbit permite que un comité de tamaño mediano, seleccionado aleatoriamente, sea responsable de la finalización de la cadena, al mismo tiempo que se mantiene la característica de alto costo de ataque. Orbit utiliza la heterogeneidad en el tamaño de los depósitos de los validadores para asignar roles adecuados a los validadores pequeños, garantizando al mismo tiempo la finalización económica.
Mecanismo de doble staking, establece dos tipos de stakers: uno requiere un depósito más alto, el otro tiene requisitos de depósito más bajos. Solo el nivel de alto depósito participa directamente en la provisión de la finalización económica. Para las responsabilidades y derechos del nivel de bajo depósito, ya hay varias propuestas, incluyendo derecho de staking delegado, selección al azar para participar en la confirmación de bloques, generación de inclusión en la lista, etc.
Cada solución tiene sus ventajas y desventajas: la técnica de fuerza bruta es de alta dificultad; el comité de Orbit necesita verificar la seguridad y las características; el mecanismo de doble staking puede enfrentar riesgos de centralización.
Elección de un solo líder secreto
Actualmente, el proponente del siguiente bloque se puede conocer de antemano, lo que representa una vulnerabilidad de seguridad: un atacante podría monitorear la red, determinar la dirección IP del validador y lanzar un ataque de DoS justo cuando esté a punto de proponer un bloque.
El protocolo de elección de un único líder secreto resuelve este problema creando un "ID de validador ciego" para cada validador y luego permite que múltiples proponentes tengan la oportunidad de reestructurar y volver a cegar el pool de IDs ciegos.
Sin embargo, no es fácil implementar un protocolo de elección de líder secreto único que sea lo suficientemente simple. La simplicidad del protocolo de Ethereum es crucial y no se desea aumentar aún más su complejidad. El esquema SSLE simplificado que utiliza firmas en anillo solo requiere unas pocas centenas de líneas de código normativo, pero introduce nuevas suposiciones criptográficas.
Cómo lograr una SSLE suficientemente eficiente contra la computación cuántica también es un desafío. Puede que solo cuando introduzcamos un mecanismo para ejecutar pruebas de conocimiento cero generales en el protocolo L1 de Ethereum por otras razones, la complejidad adicional de la SSLE se reduzca a un nivel aceptable.
Confirmación de transacciones más rápida
Reducir el tiempo de confirmación de las transacciones de Ethereum de 12 segundos a 4 segundos mejorará significativamente la experiencia del usuario en L1 y en rollups, aumentará la eficiencia de los protocolos DeFi y hará que L2 sea más descentralizado.
Hay dos principales rutas tecnológicas:
Reducir el tiempo de intervalo a 8 segundos o 4 segundos
Permitir a los proponentes publicar pre-confirmaciones en un solo intervalo de tiempo.
Sin embargo, la viabilidad de acortar el tiempo de intervalo sigue siendo incierta. Incluso ahora, muchos staking en varias regiones tienen dificultades para obtener pruebas lo suficientemente rápido. Un intervalo de 4 segundos podría conducir a la concentración de validadores, dificultando que la mayoría de las regiones se conviertan en validadores.
El método de preconfirmación puede mejorar el tiempo promedio de inclusión, pero no puede mejorar el peor de los casos. Además, cómo incentivar la preconfirmación sigue siendo un problema por resolver.
Alternativas a los ataques cuánticos
Frente a la posible amenaza de la computación cuántica en el futuro, Ethereum necesita desarrollar activamente soluciones alternativas resistentes a ataques cuánticos. Actualmente, cada parte del protocolo que depende de curvas elípticas necesita basarse en hash u otras soluciones alternativas resistentes a cuánticos. Esto demuestra que es razonable mantener una postura conservadora en las hipótesis de rendimiento del diseño de atestación.
Resumen
La evolución técnica del sistema de atestación de Ethereum enfrenta numerosos desafíos. Debido a que el umbral de staking individual es bastante alto, los proveedores de servicios de staking, encabezados por Lido, se han convertido en la opción preferida para el staking de nodos, y los esquemas de staking en dos niveles también presentan un cierto grado de riesgo de centralización.
Para hacer frente a estos desafíos, la determinación de un solo intervalo de tiempo, la democratización de la atestación, la elección de un único líder secreto, la confirmación de transacciones más rápidas y el desarrollo de alternativas resistentes a ataques cuánticos son problemas importantes que Ethereum necesita resolver.
Vitalik ha reflexionado ampliamente sobre la actualización "The Merge", proponiendo una combinación de diversas soluciones técnicas y explorando el potencial del diseño de la tecnología PoS y las posibles rutas de actualización.
Durante el proceso de actualización técnica, Ethereum continúa explorando la innovación, sopesando diferentes soluciones para encontrar la ruta de desarrollo más adecuada, logrando una mayor seguridad, rendimiento y grado de descentralización.
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ProposalManiac
· hace1h
La efectividad a largo plazo de la gobernanza sigue siendo una prioridad.
Hoja de ruta de la actualización técnica del sistema de atestación de Ethereum
La evolución técnica del sistema de atestación de Ethereum
El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, ha publicado recientemente una serie de artículos sobre el desarrollo futuro de Ethereum, que abarcan seis partes clave de la hoja de ruta de Ethereum. Este artículo se centrará en la primera parte de la hoja de ruta, "The Merge", explorando qué diseños técnicos del mecanismo de atestación (PoS) aún se pueden mejorar y las posibles vías para implementar estas mejoras.
"La fusión" se considera uno de los eventos más importantes en la historia de Ethereum, marcando la transición del trabajo de prueba (PoW) a la atestación (PoS). Después de casi dos años de funcionamiento estable, el sistema PoS de Ethereum ha mostrado un gran desempeño en estabilidad, rendimiento y descentralización. Sin embargo, el mecanismo de atestación aún tiene algunas áreas importantes que necesitan ser mejoradas.
El mapa de desarrollo de Ethereum para 2023 se centra principalmente en dos aspectos: primero, mejorar las características técnicas, como aumentar la estabilidad, el rendimiento y la accesibilidad para los validadores pequeños; segundo, abordar los riesgos de centralización a través de reformas en los mecanismos económicos. Cabe señalar que estas ideas no son una lista completa de mejoras para la atestación, sino propuestas que están siendo consideradas activamente en este momento.
El objetivo principal de la fusión
Determinismo de un solo intervalo de tiempo (SSF): reducir drásticamente el tiempo de confirmación final del bloque de 15 minutos, alcanzando idealmente la propuesta y confirmación final del bloque dentro del mismo intervalo de tiempo.
Confirmar y completar transacciones a la mayor velocidad posible, manteniendo la descentralización.
Aumentar la viabilidad de la participación de los validadores independientes.
Mejorar la robustez del sistema.
Aumentar la capacidad de Ethereum para resistir ataques del 51%, incluyendo prevenir la reversión de la finalización, bloquear la finalización y la censura.
Determinismo de ranura única y democratización del staking
Actualmente, un bloque de Ethereum tarda aproximadamente 15 minutos en confirmarse, y se requieren 32 ETH para convertirse en un validador. Esto es el resultado de un equilibrio entre tres objetivos:
Estos tres objetivos son contradictorios. Para lograr la finalización económica (, el atacante necesita destruir una gran cantidad de Ether para restaurar un bloque confirmado ). Cada vez que se finaliza, se requiere que cada validador firme dos mensajes. Por lo tanto, si hay muchos validadores, o se necesita un largo tiempo para procesar todas las firmas, o se requieren nodos muy potentes para procesar todas las firmas al mismo tiempo.
Uno de los objetivos centrales de Ethereum es asegurar que incluso si un ataque tiene éxito, el atacante debe pagar un alto precio. Esta es la esencia de la "finalidad económica". En contraste, algunas cadenas de bloques que no tienen finalidad económica (, como Algorand ), utilizan un comité de selección aleatoria para determinar cada ranura de tiempo, pero el problema de este método es que, si un atacante controla el 51% de los validadores, el costo del ataque es extremadamente bajo.
Por lo tanto, Ethereum necesita la participación de todos los validadores para lograr la finalización económica, y no puede adoptar un enfoque simple basado en comités.
En un escenario ideal, Ethereum espera lograr dos mejoras mientras mantiene la finalización económica.
El primer punto permite a todos los usuarios disfrutar de un nivel más alto de seguridad, simplificando protocolos e infraestructura circundante. El segundo punto ayuda a apoyar a los validadores independientes, resolviendo el problema del límite mínimo de 32 ETH que impide la participación individual.
Sin embargo, el objetivo de una mayor determinación y una democratización de la atestación entra en conflicto con el objetivo de minimizar los gastos. Esta es precisamente la razón por la que Ethereum no adoptó la determinación de un solo intervalo en un principio. Sin embargo, investigaciones recientes han propuesto algunas posibles soluciones.
Propuesta de determinación de un solo intervalo de tiempo
Para lograr determinismo en un solo slot en el contexto de la participación de validadores a gran escala, sin que esto lleve a un costo operativo excesivo para los nodos, actualmente existen varias soluciones líderes:
Mejorar el protocolo de agregación de firmas, posiblemente utilizando la tecnología ZK-SNARKs, para hacer posible el procesamiento de las firmas de millones de validadores en un solo intervalo de tiempo. Horn es una propuesta para mejorar el protocolo de agregación.
El mecanismo del Comité Orbit permite que un comité de tamaño mediano, seleccionado aleatoriamente, sea responsable de la finalización de la cadena, al mismo tiempo que se mantiene la característica de alto costo de ataque. Orbit utiliza la heterogeneidad en el tamaño de los depósitos de los validadores para asignar roles adecuados a los validadores pequeños, garantizando al mismo tiempo la finalización económica.
Mecanismo de doble staking, establece dos tipos de stakers: uno requiere un depósito más alto, el otro tiene requisitos de depósito más bajos. Solo el nivel de alto depósito participa directamente en la provisión de la finalización económica. Para las responsabilidades y derechos del nivel de bajo depósito, ya hay varias propuestas, incluyendo derecho de staking delegado, selección al azar para participar en la confirmación de bloques, generación de inclusión en la lista, etc.
Cada solución tiene sus ventajas y desventajas: la técnica de fuerza bruta es de alta dificultad; el comité de Orbit necesita verificar la seguridad y las características; el mecanismo de doble staking puede enfrentar riesgos de centralización.
Elección de un solo líder secreto
Actualmente, el proponente del siguiente bloque se puede conocer de antemano, lo que representa una vulnerabilidad de seguridad: un atacante podría monitorear la red, determinar la dirección IP del validador y lanzar un ataque de DoS justo cuando esté a punto de proponer un bloque.
El protocolo de elección de un único líder secreto resuelve este problema creando un "ID de validador ciego" para cada validador y luego permite que múltiples proponentes tengan la oportunidad de reestructurar y volver a cegar el pool de IDs ciegos.
Sin embargo, no es fácil implementar un protocolo de elección de líder secreto único que sea lo suficientemente simple. La simplicidad del protocolo de Ethereum es crucial y no se desea aumentar aún más su complejidad. El esquema SSLE simplificado que utiliza firmas en anillo solo requiere unas pocas centenas de líneas de código normativo, pero introduce nuevas suposiciones criptográficas.
Cómo lograr una SSLE suficientemente eficiente contra la computación cuántica también es un desafío. Puede que solo cuando introduzcamos un mecanismo para ejecutar pruebas de conocimiento cero generales en el protocolo L1 de Ethereum por otras razones, la complejidad adicional de la SSLE se reduzca a un nivel aceptable.
Confirmación de transacciones más rápida
Reducir el tiempo de confirmación de las transacciones de Ethereum de 12 segundos a 4 segundos mejorará significativamente la experiencia del usuario en L1 y en rollups, aumentará la eficiencia de los protocolos DeFi y hará que L2 sea más descentralizado.
Hay dos principales rutas tecnológicas:
Sin embargo, la viabilidad de acortar el tiempo de intervalo sigue siendo incierta. Incluso ahora, muchos staking en varias regiones tienen dificultades para obtener pruebas lo suficientemente rápido. Un intervalo de 4 segundos podría conducir a la concentración de validadores, dificultando que la mayoría de las regiones se conviertan en validadores.
El método de preconfirmación puede mejorar el tiempo promedio de inclusión, pero no puede mejorar el peor de los casos. Además, cómo incentivar la preconfirmación sigue siendo un problema por resolver.
Alternativas a los ataques cuánticos
Frente a la posible amenaza de la computación cuántica en el futuro, Ethereum necesita desarrollar activamente soluciones alternativas resistentes a ataques cuánticos. Actualmente, cada parte del protocolo que depende de curvas elípticas necesita basarse en hash u otras soluciones alternativas resistentes a cuánticos. Esto demuestra que es razonable mantener una postura conservadora en las hipótesis de rendimiento del diseño de atestación.
Resumen
La evolución técnica del sistema de atestación de Ethereum enfrenta numerosos desafíos. Debido a que el umbral de staking individual es bastante alto, los proveedores de servicios de staking, encabezados por Lido, se han convertido en la opción preferida para el staking de nodos, y los esquemas de staking en dos niveles también presentan un cierto grado de riesgo de centralización.
Para hacer frente a estos desafíos, la determinación de un solo intervalo de tiempo, la democratización de la atestación, la elección de un único líder secreto, la confirmación de transacciones más rápidas y el desarrollo de alternativas resistentes a ataques cuánticos son problemas importantes que Ethereum necesita resolver.
Vitalik ha reflexionado ampliamente sobre la actualización "The Merge", proponiendo una combinación de diversas soluciones técnicas y explorando el potencial del diseño de la tecnología PoS y las posibles rutas de actualización.
Durante el proceso de actualización técnica, Ethereum continúa explorando la innovación, sopesando diferentes soluciones para encontrar la ruta de desarrollo más adecuada, logrando una mayor seguridad, rendimiento y grado de descentralización.