Что такое ZK-EVM (Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine) - Развитие ETH
Для начала напомним:
EVM (Ethereum Virtual Machine) - это виртуальный компьютер, позволяющий разработчикам создавать децентрализованные приложения (dApps) и смарт-контракты в блокчейне Ethereum. Именно в EVM обрабатываются все транзакции.
ZK-EVM - это EVM с добавлением возможности использовать доказательства с нулевым знанием (ZK). Эти доказательства можно сравнить с сейфом, когда вы открываете его, но не показываете что в нем. Тем самым ZK-EVM делает систему более масштабируемой, безопасной и удобной.
Суть в том, чтобы вместо обработки каждой транзакции по отдельности, ZK-EVM объединяет множество транзакций в одну, вычисляет их вне сети и отправляет одно доказательство их корректности в блокчейн. Это по сути и есть роллапы.
Это позволяет увеличить пропускную способность до тысяч транзакций в секунду.
Ниже - все, что вам нужно знать о том, как zkEVM и доказательства в реальном времени позволят масштабировать Ethereum в соответствии с потребностями всего мира.
После многих лет экспериментов с масштабированием через L2, Ethereum L1 наконец-то нашел надежный путь к максимальному масштабированию при сохранении максимальной децентрализации.
Если коротко
Если коротко, то лимит газа и количество транзакций в секунду (TPS) будут увеличиваться несколько раз в год. Валидаторы перейдут от повторного выполнения транзакций к простой проверке доказательств с нулевым разглашением (ZK), что позволит базовому слою достичь 10 000 транзакций в секунду.
Пока что для этого используются L2 сети:
Уровни L2 будут масштабироваться согласованно для обработки сотен тысяч, если не миллионов транзакций в секунду, а новый тип L2, называемый нативными роллапами, будет действовать как программируемые фрагменты единого блокчейна, предлагая ту же безопасность, что и базовый уровень.
10 млн транзакций в сек за счет гигагаза?
Эти предложения поддерживаются известным исследователем Ethereum Foundation Джастином Дрейком, который заявил:
Мы находимся на поворотном этапе в масштабировании Ethereum. У меня есть убежденность, что мы войдем в гигагазовую эру для L1 - это примерно 10 000 TPS (транзакций в секунду). Ключ к этому - zkEVM и доказательства в реальном времени.
Дрейк хочет, чтобы в течение 10 лет экосистема достигла 10 миллионов TPS. Ни один блокчейн не способен к такой пропускной способности в одиночку. Поэтому единственный путь - горизонтальное масштабирование!
Идея создать сеть сетей, где каждый L2 решает свои задачи, с разными компромиссами и преимуществами.
Solana, Sui против Эфира
Другие блокчейны масштабируются за счет мощного железа и высоких требований к валидаторам. Ethereum всегда идеологически стремился к децентрализации. С точки зрения ETH-максималистов, дата-центровые сети вроде Solana имеют централизованные точки отказа, которые можно подавить или цензурировать.
Даже более легкие сети, вроде Sui, требуют дорогого оборудования и высокой пропускной способности, что ограничивает доступ к валидации.
Ethereum может работать на множестве Raspberry Pi. Эти низкие характеристики позволяют домашним стейкерам участвовать в сети из 15 000-16 000 публичных узлов и 1 млн. валидаторов.
В результате цензурировать транзакции практически невозможно, и сеть устойчива к атакам. Даже после того, как 50%-70% сети выполнили санкции правительства США против Tornado Cash, мелкие ребята продолжали подтверждать эти транзакции.
Но плата за это - низкая скорость. Сейчас Ethereum обрабатывает около 18–20 TPS, в то время как Solana - 1 500 TPS.
Блокчейны по своей конструкции ужасно неэффективны - примерно как таблица Google, которая заставляет каждый компьютер с копией пересчитывать все числа перед обновлением ячейки.
По сути, они хотят, чтобы любой мог следить за цепочкой и повторно выполнять транзакции, - объясняет Ума Рой, соучредитель компании Succinct Labs, специализирующейся на ZK-доказательствах.
Это означает, что нельзя просто так поддерживать произвольно большое количество транзакций, поскольку повторное выполнение приводит к накладным расходам.
Невозможность достаточно масштабировать L1, сохраняя при этом децентрализацию, вынудила Ethereum принять сомнительную дорожную карту L2.
ZK-доказательства решают трилемму блокчейна
Бутерин придумал термин трилемма блокчейна, чтобы описать, насколько сложно одновременно обеспечить безопасность, масштабируемость и децентрализацию в блокчейн-сети.
Каждое предложение по масштабированию работало над любыми двумя из трех свойств, но приносило ущерб третьему.
И так происходит до сих пор.
Zero-knowledge стало разглашением, которые Дрейк метко называет лунной математикой, способны математически доказать, что ряд сложных транзакций был выполнен правильно, не раскрывая при этом, какие именно транзакции были совершены.
Это сложно реализуемо, но план в том, чтобы валидаторы просто проверяли небольшое ZK-доказательство.
Вместо того, чтобы заставлять людей перевыполнять все заново, вы просто предоставляете им доказательство того, что что-то произошло, - объясняет Рой.
Дрейк утверждает, что даже устройство за $7 - Raspberry Pi Pico, мощность которого в десять раз меньше обычной Raspberry Pi, способно проверять ZK-доказательства..
zkEVM для Ethereum - 10 000 транзакций в секунду
Linea - это виртуальная машина Ethereum на базе ZK, на 100% совместимая с текущей EVM, поэтому все, что работает на Ethereum, будет работать и на Linea. Компания считает себя расширением Ethereum и недавно объявила о сжигании 20% комиссий за транзакции в ETH для поддержки накопления стоимости L1.
Деклан Фокс, глава Linea, объясняет, что технология ZK решает трилемму блокчейна.
Она позволяет нам увеличить лимит газа на первом уровне на порядок, поскольку магия ZK заключается в том, что вычисления можно масштабировать без увеличения сложности верификации, - говорит она.
Поскольку задержка и стоимость подтверждения ZK продолжают снижаться, мы можем обрабатывать большую пропускную способность, сохраняя возможность верификации на простом оборудовании, даже на умных часах.
Не стоит слишком радоваться, ведь план по интеграции ZK EVM в течение года не позволит достичь 10 000 транзакций в секунду с первого дня.
Медленно, медленно, а потом все сразу.
У Ethereum есть 5 основных программных клиентов, которые можно использовать для управления сетью. Это означает, что в случае сбоя одного из них сеть не отключится, как это произошло в Solana.
В рамках плана перехода будут выпущены 2 или 3 адаптированных клиента, которые позволят валидаторам перейти к проверке доказательств ZK вместо повторного выполнения транзакций. Поначалу лишь немногие валидаторы будут делать это, пока ошибки не будут устранены.
Список клиентов Ethereum. (clientdiversity.org)
Переход на snarkified EVM будет постепенным процессом, - объясняет Ладислаус из команды по координации протоколов Ethereum Foundation. (Snarkified относится к SNARK, которые являются типом используемого ZK-доказательства.)
Пользователи в первую очередь постепенно заметят разницу в виде более высоких лимитов газа, что позволит повысить экономическую активность на L1.
Хотя переход на ZK-доказательства займет время, лимит газа L1, похоже, за это время значительно масштабируется.
Через четыре года сеть будет работать со скоростью 2000 транзакций в секунду. Дрейк предложил продлить этот срок еще на два года, чтобы к 2031 году достичь 1 гигагас и 10 000 транзакций в секунду в общей сложности.
Что такое real-time proving и почему это важно?
Real-time proving - это идея, согласно которой блоки основной сети Ethereum можно подтверждать менее чем за 12 секунд. Как только появится возможность доказывать блоки в реальном времени, Ethereum сможет начать использовать это в своем протоколе, а затем сможет масштабировать лимит газа практически произвольно, не жертвуя при этом проверяемостью.
Хотя блок длится 12 секунд, даже для проверки в реальном времени требуются некоторые изменения в протоколе.
Ладислаус объясняет, что обновление Glamsterdam, вероятно, будет включать обновления, которые разделят проверку блока и немедленное выполнение, чтобы предоставить доказывающим практически целый слот времени для создания доказательства zkEVM.
Рой утверждает, что проект идет по пути к тому, чтобы к концу года подтвердить 99% блоков в течение 12 секунд. Хотя убийцы доказательных алгоритмов, вероятно, приведут к тому, что иногда доказательства не будут сгенерированы вовремя, она отмечает, что в протоколе могут быть предусмотрены обходные пути, например, пропуск блока и переход к следующему.
Ситуацию усложняет то, что еще один EIP, который может быть включен в Glamsterdam, сократит время блока до 6 секунд.
Это ускорит подтверждения и улучшит взаимодействие с пользователями L1, но вдвое усложнит задачу для проверяющих. Но Рой не слишком переживает.
Даже если они сократят время блока вдвое, все будет в порядке, потому что практически каждый год ZK-доказательства увеличивают производительность в 10 раз, - говорит она.
Безумные требования к оборудованию для пруверов
Ethereum Foundation ориентируется на технические характеристики для пруверов, которые включают стоимость оборудования менее 100 000 долларов и потребление менее 10 киловатт электроэнергии - аналогично потребляемой мощности настенного аккумулятора Tesla.
Основатель Cyber Capital и скептик ETH Джастин Бонс раскритиковал эти требования, назвав их безумными требованиями к оборудованию для пруверов, значительно превышающими требования даже валидаторов SOL…
Но Бонс сравнивает яблоки с апельсинами, поскольку у валидаторов и проверяющих очень разные роли.
Ладислаус отмечает, что Ethereum достаточно одного верного доказательства ZK, чтобы подтвердить корректность транзакций, поскольку доказательство ZK либо верно, либо нет.
Я очень оптимистичен, что мы всегда найдем одно [верное доказательство] с требованиями в 100 000 долларов и 10 кВт. Именно поэтому мы устанавливаем требования ниже уровня дата-центров. Даже энтузиасты, выросшие в гараже, смогут проверить Ethereum, - говорит Ладислаус.
Нам понадобится всего один честный гаражный проверяющий, чтобы Ethereum продолжал работать.
Рой считает, что затраты и оборудование продолжат снижаться, и Succinct должна снизить требования к графическим процессорам до 16 GPU. Такое оборудование обойдется примерно в $ 10 000–30 000.
Крипто стартап Succinct создал децентрализованную сеть из сотен доказывающих в тестовой сети. Участники соревнуются за скорость и дешевизну, но каждое доказательство выполняет лишь один из них
На смену пессимизму относительно дорожной карты L2 пришло чувство целеустремленности.
Рискованное дело - переход с Ethereum L1 на ZK
Управление этим переходом к ZK по сложности сопоставимо с переходом с Proof-of-Work на Proof-of-Stake в рамках Merge и требует рассмотрения ряда пограничных случаев и сценариев, которые могут привести к сбоям в работе сети.
Дрейк поднял ряд потенциальных проблем, включая возможность злоумышленников добавлять вредоносные механизмы проверки подлинности в блоки, чтобы отключить сеть, и вероятность того, что активность может упасть настолько, что доходов от комиссий за транзакции не хватит на покрытие стоимости проверки подлинности блока.
Это займет несколько лет, - говорит Ладислаус. Нам особенно важно позаботиться о безопасности. ZkVM - это новая технология, сложная система, которая, скорее всего, подвержена ошибкам.
Со временем такие инструменты, как разнообразие доказательств, надежные стимулы для проверки подлинности и формальная верификация, могут сделать их использование в контексте Ethereum L1 гораздо более эффективным.
В связи со всем этим уровень консенсуса Ethereum в настоящее время перестраивается под названием Beam Chain, чтобы сделать его максимально дружественным к ZK с самого начала. По словам Дрейка, все это можно будет проверить с помощью одного процессора ноутбука.
Нативные роллапы - следующий шаг
Интеграция zkEVM в основную сеть также открывает путь к нативным роллапам - теоретическому новому уровню, где валидаторы Ethereum будут проверять доказательства состояний L2.
Предложение требует добавления кода для выполнения предварительной компиляции к клиентам L1, который позволит им проверять ZK-доказательства переходов состояний L2 (которые относятся ко всем транзакциям, только что произошедшим в L2).
Валидаторы используют эти доказательства выполнения роллапов и проверяют их корректность, - объясняет Ладислаус.
Так что, если нативные роллапы запустятся, валидаторы L1 будут проверять не только доказательства того, что произошло на L1, но и доказательства того, что произошло на нативных роллапах.
Это будет означать, что хранение $10 миллионов на нативном роллапе будет таким же безопасным, как и хранение их на самом Ethereum.
Фокс утверждает, что Linea намерена стать нативным роллапом, который он сравнивает с более программируемой и настраиваемой версией заброшенного плана по шардингу ETH 2.0 (который предполагал запуск 64 блокчейнов параллельно).
Они лучше, чем старый план шардинга, поскольку нативные роллапы могут быть неоднородными, в то время как план шардинга ETH 2.0 состоял из 64 однородных шардов, что ограничивало возможности настройки и дифференциации для конечных пользователей, - говорит он.
Нативные роллапы еще не приняты формально, но имеет смысл модернизировать для них L1, пока ZK-переработка набирает обороты.
Фокс говорит, что Ethereum будет использовать технологию ZK от Linea, чтобы улучшить L1.
Между снаркификацией EVM и реализацией нативных роллапов существует синергия, поскольку оба механизма используют общие базовые технологии, - объясняет Ладислаус.
Для нативных роллапов требуется хардфорк на L1, и поэтому это должно пройти процесс управления Ethereum.
Сейчас смотрят
