A evolução técnica do sistema de atestação do Ethereum
O cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, recentemente publicou uma série de artigos sobre o futuro do Ethereum, abordando seis partes-chave do roteiro do Ethereum. Este artigo irá focar na primeira parte do roteiro "The Merge", explorando quais melhorias de design técnico ainda podem ser feitas no mecanismo de atestação (PoS), bem como as possíveis maneiras de implementar essas melhorias.
"A fusão" é considerada um dos eventos mais importantes da história do Ethereum, marcando a transição de (PoW) para (PoS). Após quase dois anos de operação estável, o sistema PoS do Ethereum demonstrou um excelente desempenho em termos de estabilidade, desempenho e descentralização. No entanto, o mecanismo de atestação ainda possui algumas áreas importantes que precisam ser aprimoradas.
O roteiro de desenvolvimento do Ethereum em 2023 foca principalmente em dois aspectos: primeiro, melhorar as características técnicas, como aumentar a estabilidade, o desempenho e a acessibilidade para pequenos validadores; segundo, enfrentar os riscos de centralização por meio de reformas nos mecanismos econômicos. É importante notar que essas ideias não são uma lista abrangente de melhorias para a atestação, mas sim propostas que estão atualmente sendo consideradas ativamente.
O principal objetivo da fusão
Determinismo de slot único (SSF): reduz significativamente o tempo de confirmação final do bloco de 15 minutos, idealmente realizando a proposta e a confirmação final do bloco no mesmo slot.
Confirmar e completar transações na maior velocidade possível, mantendo a descentralização.
Aumentar a viabilidade da participação de stakers independentes.
Aumentar a robustez do sistema.
Aumentar a capacidade do Ethereum de resistir a ataques de 51%, incluindo a prevenção de reversões de finalização, bloqueio de finalização e censura.
Determinismo de Slot Único e Democratização do Staking
Atualmente, um bloco do Ethereum leva cerca de 15 minutos para ser confirmado e requer 32 ETH para se tornar um validador. Isso é o resultado de um equilíbrio entre três objetivos:
Maximizar o número de validadores que participam na atestação
Minimizar o tempo de confirmação final
Minimizar os custos de operação do nó
Estes três objetivos são contraditórios. Para alcançar a finalidade económica (, ou seja, o atacante precisa destruir uma grande quantidade de ETH para restaurar blocos já determinados ), cada vez que a finalização ocorre, cada validador precisa assinar duas mensagens. Assim, se o número de validadores for grande, será necessário ou muito tempo para processar todas as assinaturas, ou nós muito poderosos para processar todas as assinaturas ao mesmo tempo.
Um dos principais objetivos do Ethereum é garantir que, mesmo que um ataque seja bem-sucedido, o atacante pague um alto preço. Este é o significado de "finalidade econômica". Em contraste, algumas blockchains que não possuem finalidade econômica (, como Algorand ), utilizam comitês selecionados aleatoriamente para determinar cada intervalo de tempo, mas o problema dessa abordagem é que, se o atacante controlar 51% dos validadores, o custo do ataque é extremamente baixo.
Portanto, o Ethereum precisa da participação de todos os validadores para alcançar a finalização econômica, e não pode adotar um método simples baseado em comitê.
Idealmente, o Ethereum espera alcançar duas melhorias enquanto mantém a finalidade econômica:
Completar a confirmação de bloco dentro de um slot de tempo ( idealmente mantendo ou reduzindo a duração atual do slot de 12 segundos )
Reduzir o limiar de staking de 32 ETH para 1 ETH
O primeiro ponto pode permitir que todos os usuários desfrutem de um nível mais elevado de garantia de segurança, simplificando protocolos e infraestrutura circundante. O segundo ponto ajuda a apoiar validadores independentes, resolvendo o problema do limite mínimo de 32 ETH que impede a participação individual.
No entanto, a maior rapidez na determinação e a democratização dos objetivos de atestação entram em conflito com o objetivo de minimizar os custos. Esta é precisamente a razão pela qual o Ethereum não adotou inicialmente a determinação de um único espaço temporal. No entanto, pesquisas recentes propuseram algumas soluções possíveis.
Proposta de Determinismo de Slot Único
Para alcançar a determinização de um único slot em um cenário de participação de validadores em grande escala, sem causar custos operacionais excessivos para os nós, atualmente existem algumas soluções líderes:
Melhorar o protocolo de agregação de assinaturas, possivelmente utilizando a tecnologia ZK-SNARKs, tornando possível processar as assinaturas de milhões de validadores dentro de um único intervalo de tempo. Horn é uma proposta apresentada para melhorar o protocolo de agregação.
O mecanismo do comitê Orbit permite que um comitê médio selecionado aleatoriamente seja responsável pela confirmação final da cadeia, mantendo ao mesmo tempo características de alto custo de ataque. O Orbit utiliza a heterogeneidade do tamanho dos depósitos dos validadores para alocar papéis correspondentes a validadores pequenos, garantindo a finalidade econômica.
Mecanismo de dupla aposta, definindo duas classes de apostadores: uma classe requer um depósito mais alto, enquanto a outra exige um depósito mais baixo. Apenas a camada de alto depósito participa diretamente na provisão de finalização econômica. Existem várias propostas para os deveres e direitos da camada de baixo depósito, incluindo direitos de delegação de aposta, seleção aleatória para participação na confirmação de blocos, geração de inclusão na lista, entre outros.
Cada solução tem suas vantagens e desvantagens: a técnica de força bruta é difícil; o comitê Orbit precisa validar a segurança e as características; o mecanismo de dupla aposta pode enfrentar o risco de centralização.
Eleição de Líder Secreto Único
Atualmente, o proponente do próximo bloco pode ser conhecido antecipadamente, o que apresenta uma vulnerabilidade de segurança: um atacante pode monitorar a rede, identificar o endereço IP do validador e iniciar um ataque DoS quando este estiver prestes a propor um bloco.
O protocolo de eleição de líderes secretos únicos resolve este problema criando um "ID de verificador cego" para cada verificador e, em seguida, permitindo que vários proponentes tenham a oportunidade de reorganizar e re-embaralhar o pool de IDs cegos.
No entanto, implementar um protocolo de eleição de líder secreto único que seja suficientemente simples não é uma tarefa fácil. A simplicidade do protocolo Ethereum é crucial, e não se deseja aumentar ainda mais sua complexidade. O esquema SSLE simplificado que utiliza assinaturas em anel apenas utilizou algumas centenas de linhas de código normativo, mas introduziu novas suposições criptográficas.
Como implementar uma resistência quântica SSLE suficientemente eficiente também é um desafio. Pode ser que a complexidade adicional do SSLE só diminua para um nível aceitável quando introduzirmos um mecanismo para a execução de provas de conhecimento zero genéricas no protocolo Ethereum L1 por outras razões.
Confirmação de transações mais rápida
Reduzir o tempo de confirmação das transações do Ethereum de 12 segundos para 4 segundos melhorará significativamente a experiência do usuário em L1 e em rollups, aumentará a eficiência dos protocolos DeFi e tornará o L2 mais descentralizado.
Existem duas principais rotas tecnológicas:
Reduzir o intervalo de tempo para 8 segundos ou 4 segundos
Permitir que os proponentes publiquem pré-confirmações em um único intervalo de tempo.
No entanto, a viabilidade de encurtar o tempo de slot ainda é incerta. Mesmo agora, muitos stakers em várias regiões têm dificuldade em obter atestação rapidamente o suficiente. Um slot de 4 segundos pode levar à centralização dos validadores, tornando difícil para a maioria das regiões se tornarem validadores.
O método de pré-confirmação pode melhorar o tempo médio de inclusão, mas não pode melhorar o pior cenário. Além disso, como incentivar a pré-confirmação ainda é uma questão a ser resolvida.
Alternativas à Ataque Quântico
Perante a possível ameaça da computação quântica no futuro, o Ethereum precisa desenvolver ativamente alternativas resistentes a ataques quânticos. Atualmente, cada parte do protocolo que depende de curvas elípticas precisa ser baseada em hash ou outras alternativas resistentes a quântica. Isso prova que é razoável manter uma abordagem conservadora nas suposições de desempenho do design de atestação.
Resumo
A evolução técnica do sistema de atestação do Ethereum enfrenta vários desafios. Devido ao alto limiar de staking individual, os fornecedores de serviços de staking, liderados pela Lido, tornaram-se a escolha preferida para o staking de nós, e os esquemas de staking em dupla também apresentam um certo grau de risco de centralização.
Para enfrentar esses desafios, a determinação de um único slot de tempo, a democratização da atestação, a eleição de um único líder secreto, a confirmação mais rápida de transações e o desenvolvimento de soluções alternativas contra ataques quânticos são questões importantes que o Ethereum precisa resolver.
Vitalik fez uma reflexão abrangente sobre a atualização "The Merge", propondo uma combinação de várias soluções técnicas e explorando o potencial e os caminhos de atualização viáveis do design da tecnologia PoS.
Durante o processo de atualização técnica, Ethereum continua a explorar inovações, pesando diferentes soluções para encontrar o caminho de desenvolvimento mais adequado, alcançando maior segurança, desempenho e grau de descentralização.
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ProposalManiac
· 2h atrás
A eficácia a longo prazo da governança continua a ser a prioridade.
Roteiro de atualização técnica do sistema de atestação do Ethereum
A evolução técnica do sistema de atestação do Ethereum
O cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, recentemente publicou uma série de artigos sobre o futuro do Ethereum, abordando seis partes-chave do roteiro do Ethereum. Este artigo irá focar na primeira parte do roteiro "The Merge", explorando quais melhorias de design técnico ainda podem ser feitas no mecanismo de atestação (PoS), bem como as possíveis maneiras de implementar essas melhorias.
"A fusão" é considerada um dos eventos mais importantes da história do Ethereum, marcando a transição de (PoW) para (PoS). Após quase dois anos de operação estável, o sistema PoS do Ethereum demonstrou um excelente desempenho em termos de estabilidade, desempenho e descentralização. No entanto, o mecanismo de atestação ainda possui algumas áreas importantes que precisam ser aprimoradas.
O roteiro de desenvolvimento do Ethereum em 2023 foca principalmente em dois aspectos: primeiro, melhorar as características técnicas, como aumentar a estabilidade, o desempenho e a acessibilidade para pequenos validadores; segundo, enfrentar os riscos de centralização por meio de reformas nos mecanismos econômicos. É importante notar que essas ideias não são uma lista abrangente de melhorias para a atestação, mas sim propostas que estão atualmente sendo consideradas ativamente.
O principal objetivo da fusão
Determinismo de slot único (SSF): reduz significativamente o tempo de confirmação final do bloco de 15 minutos, idealmente realizando a proposta e a confirmação final do bloco no mesmo slot.
Confirmar e completar transações na maior velocidade possível, mantendo a descentralização.
Aumentar a viabilidade da participação de stakers independentes.
Aumentar a robustez do sistema.
Aumentar a capacidade do Ethereum de resistir a ataques de 51%, incluindo a prevenção de reversões de finalização, bloqueio de finalização e censura.
Determinismo de Slot Único e Democratização do Staking
Atualmente, um bloco do Ethereum leva cerca de 15 minutos para ser confirmado e requer 32 ETH para se tornar um validador. Isso é o resultado de um equilíbrio entre três objetivos:
Estes três objetivos são contraditórios. Para alcançar a finalidade económica (, ou seja, o atacante precisa destruir uma grande quantidade de ETH para restaurar blocos já determinados ), cada vez que a finalização ocorre, cada validador precisa assinar duas mensagens. Assim, se o número de validadores for grande, será necessário ou muito tempo para processar todas as assinaturas, ou nós muito poderosos para processar todas as assinaturas ao mesmo tempo.
Um dos principais objetivos do Ethereum é garantir que, mesmo que um ataque seja bem-sucedido, o atacante pague um alto preço. Este é o significado de "finalidade econômica". Em contraste, algumas blockchains que não possuem finalidade econômica (, como Algorand ), utilizam comitês selecionados aleatoriamente para determinar cada intervalo de tempo, mas o problema dessa abordagem é que, se o atacante controlar 51% dos validadores, o custo do ataque é extremamente baixo.
Portanto, o Ethereum precisa da participação de todos os validadores para alcançar a finalização econômica, e não pode adotar um método simples baseado em comitê.
Idealmente, o Ethereum espera alcançar duas melhorias enquanto mantém a finalidade econômica:
O primeiro ponto pode permitir que todos os usuários desfrutem de um nível mais elevado de garantia de segurança, simplificando protocolos e infraestrutura circundante. O segundo ponto ajuda a apoiar validadores independentes, resolvendo o problema do limite mínimo de 32 ETH que impede a participação individual.
No entanto, a maior rapidez na determinação e a democratização dos objetivos de atestação entram em conflito com o objetivo de minimizar os custos. Esta é precisamente a razão pela qual o Ethereum não adotou inicialmente a determinação de um único espaço temporal. No entanto, pesquisas recentes propuseram algumas soluções possíveis.
Proposta de Determinismo de Slot Único
Para alcançar a determinização de um único slot em um cenário de participação de validadores em grande escala, sem causar custos operacionais excessivos para os nós, atualmente existem algumas soluções líderes:
Melhorar o protocolo de agregação de assinaturas, possivelmente utilizando a tecnologia ZK-SNARKs, tornando possível processar as assinaturas de milhões de validadores dentro de um único intervalo de tempo. Horn é uma proposta apresentada para melhorar o protocolo de agregação.
O mecanismo do comitê Orbit permite que um comitê médio selecionado aleatoriamente seja responsável pela confirmação final da cadeia, mantendo ao mesmo tempo características de alto custo de ataque. O Orbit utiliza a heterogeneidade do tamanho dos depósitos dos validadores para alocar papéis correspondentes a validadores pequenos, garantindo a finalidade econômica.
Mecanismo de dupla aposta, definindo duas classes de apostadores: uma classe requer um depósito mais alto, enquanto a outra exige um depósito mais baixo. Apenas a camada de alto depósito participa diretamente na provisão de finalização econômica. Existem várias propostas para os deveres e direitos da camada de baixo depósito, incluindo direitos de delegação de aposta, seleção aleatória para participação na confirmação de blocos, geração de inclusão na lista, entre outros.
Cada solução tem suas vantagens e desvantagens: a técnica de força bruta é difícil; o comitê Orbit precisa validar a segurança e as características; o mecanismo de dupla aposta pode enfrentar o risco de centralização.
Eleição de Líder Secreto Único
Atualmente, o proponente do próximo bloco pode ser conhecido antecipadamente, o que apresenta uma vulnerabilidade de segurança: um atacante pode monitorar a rede, identificar o endereço IP do validador e iniciar um ataque DoS quando este estiver prestes a propor um bloco.
O protocolo de eleição de líderes secretos únicos resolve este problema criando um "ID de verificador cego" para cada verificador e, em seguida, permitindo que vários proponentes tenham a oportunidade de reorganizar e re-embaralhar o pool de IDs cegos.
No entanto, implementar um protocolo de eleição de líder secreto único que seja suficientemente simples não é uma tarefa fácil. A simplicidade do protocolo Ethereum é crucial, e não se deseja aumentar ainda mais sua complexidade. O esquema SSLE simplificado que utiliza assinaturas em anel apenas utilizou algumas centenas de linhas de código normativo, mas introduziu novas suposições criptográficas.
Como implementar uma resistência quântica SSLE suficientemente eficiente também é um desafio. Pode ser que a complexidade adicional do SSLE só diminua para um nível aceitável quando introduzirmos um mecanismo para a execução de provas de conhecimento zero genéricas no protocolo Ethereum L1 por outras razões.
Confirmação de transações mais rápida
Reduzir o tempo de confirmação das transações do Ethereum de 12 segundos para 4 segundos melhorará significativamente a experiência do usuário em L1 e em rollups, aumentará a eficiência dos protocolos DeFi e tornará o L2 mais descentralizado.
Existem duas principais rotas tecnológicas:
No entanto, a viabilidade de encurtar o tempo de slot ainda é incerta. Mesmo agora, muitos stakers em várias regiões têm dificuldade em obter atestação rapidamente o suficiente. Um slot de 4 segundos pode levar à centralização dos validadores, tornando difícil para a maioria das regiões se tornarem validadores.
O método de pré-confirmação pode melhorar o tempo médio de inclusão, mas não pode melhorar o pior cenário. Além disso, como incentivar a pré-confirmação ainda é uma questão a ser resolvida.
Alternativas à Ataque Quântico
Perante a possível ameaça da computação quântica no futuro, o Ethereum precisa desenvolver ativamente alternativas resistentes a ataques quânticos. Atualmente, cada parte do protocolo que depende de curvas elípticas precisa ser baseada em hash ou outras alternativas resistentes a quântica. Isso prova que é razoável manter uma abordagem conservadora nas suposições de desempenho do design de atestação.
Resumo
A evolução técnica do sistema de atestação do Ethereum enfrenta vários desafios. Devido ao alto limiar de staking individual, os fornecedores de serviços de staking, liderados pela Lido, tornaram-se a escolha preferida para o staking de nós, e os esquemas de staking em dupla também apresentam um certo grau de risco de centralização.
Para enfrentar esses desafios, a determinação de um único slot de tempo, a democratização da atestação, a eleição de um único líder secreto, a confirmação mais rápida de transações e o desenvolvimento de soluções alternativas contra ataques quânticos são questões importantes que o Ethereum precisa resolver.
Vitalik fez uma reflexão abrangente sobre a atualização "The Merge", propondo uma combinação de várias soluções técnicas e explorando o potencial e os caminhos de atualização viáveis do design da tecnologia PoS.
Durante o processo de atualização técnica, Ethereum continua a explorar inovações, pesando diferentes soluções para encontrar o caminho de desenvolvimento mais adequado, alcançando maior segurança, desempenho e grau de descentralização.