¿Cómo resolver los desafíos de rendimiento de ETH 3.0? Un artículo revela las innovaciones y actualizaciones tecnológicas detrás de la técnica ZK.

Escrito por: ZAN

Cadena Beam: “Ethereum 3.0”

La conferencia Devcon 2024, que acaba de concluir, fue muy animada. La comunidad de Ethereum y proyectos relacionados se reunieron en Bangkok durante este período para presentar los últimos avances y novedades. Una serie de nuevas ideas, tendencias y planes están impulsando el desarrollo global de Web3.

Particularly impressive is the proposal plan for ‘Ethereum 3.0’ released by Justin Drake, a researcher at the Ethereum Foundation.

Presentó una propuesta de actualización de la capa de consenso llamada por la comunidad ‘ETH 3.0’ - Beam Chain.[1]. Su punto de vista principal es: utilizar pruebas de conocimiento cero para reducir la carga computacional y de comunicación del validador, reducir las barreras de entrada para convertirse en validador, lo que permite que más validadores se unan a la red para aumentar la seguridad, reducir la redundancia computacional y mejorar la eficiencia general de la red. Además, Justin también quiere aprovechar la oportunidad de transformar la capa de consenso en Snark para abordar la deuda técnica dejada por las limitaciones de la era en la cadena Beacon y prepararse para futuras necesidades de seguridad cuántica.

En la hoja de ruta de The Verge de Vitalik, la SNARKificación de ETH es uno de los trabajos importantes, que incluye la transformación de las capas de consenso y ejecución en zk-SNARKs. En la última interpretación de Vitalik,[2], Vitalik admite que la transformación de la capa de consenso es un desafío que requiere consideración y optimización continua en el trabajo posterior. La propuesta de Beam Chain puede considerarse como una respuesta de Vitalik sobre cómo hacer que la capa de consenso sea Snark.

Beam Chain only follows the Consenso layer. However, the Snarkification of the Consenso layer does not mean that all parts need to be redesigned. The core of the Bloquear chain is the State Transition Function, so the only modification required is to Snarkify the State Transition Function, which happens to be a specialty of ZK. In the Consenso layer, the State Transition Function mainly consists of three parts: per-slot transition function, per-block transition function, and per-epoch transition function. These three functions include the execution of Consenso Algoritmo and Staking logic, Bloquear proposals, verification of execution layer results correctness, Merkle Tree Root verification, Consenso signature verification/aggregation, hash function calculation, and stake and redemption operations involving cuenta storage state access. To Snarkify the Consenso layer means to Snarkify the aforementioned operations. It is worth noting that in the Snarkification route of the Consenso layer, Ethereum still prioritizes Descentralización and diversity goals, so it does not enforce ZK Algorithm and protocolo, but allows the Proposer to choose.

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Punto difícil clave: Realtime Proving

Para lograr la visión de Beam Chain, el desafío más importante es mejorar la eficiencia de la prueba, es decir, cómo comprimir el tiempo de prueba actual de decenas o incluso cientos de segundos a nivel de segundos. En el taller ZK II organizado conjuntamente por AntChain OpenLabs, ZAN y Pharos el 24 de septiembre de este año,[3]En la presentación, el invitado Justin compartió un informe titulado ‘Realtime Proving’, en el que en ese momento presentó puntos de vista centrales que están en línea con la visión de ‘Ethereum 3.0’, proponiendo soluciones para superar los cuellos de botella de rendimiento. Animó a la comunidad a utilizar el método de aceleración ASIC para completar el proceso completo de la máquina virtual de prueba de conocimiento cero en el chip, desde la generación de pruebas hasta la demostración, aumentando más de diez veces el tiempo de generación de pruebas en los próximos años, logrando verdaderamente el Realtime Proving.

Impulsando el rendimiento y la aplicación de la tecnología de Prueba de Conocimiento Cero: siempre estamos en el camino.

AntChain OpenLabs ha estado trabajando en la aceleración de las pruebas de conocimiento cero (ZK) utilizando plataformas de hardware como GPU, FPGA, ASIC, etc. Esto ha acelerado varios sistemas ZK, incluyendo Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 y Plonky2, y ha desarrollado múltiples soluciones de aceleración con FPGA IP y GPU, logrando una aceleración de más de cien veces para algunas operaciones clave.

La relación de aceleración obtenida por la mayoría de los operadores acelerados por CUDA en AntChain OpenLabs en comparación con la CPU, como se muestra en la tabla (一).

( Tabla 1 )

Comparación de rendimiento entre AntChain OpenLabs MSM acelerado por GPU y ICICLE de Código abierto (ambos con 4090 GPU), como se muestra en la tabla (dos).

( Tabla 2 )

Comparación de rendimiento entre Circle FFT acelerado por GPU implementado por AntChain OpenLabs y Stwo Prover en CPU de 16 núcleos, como se muestra en la tabla (tres).

( Tabla 3 )

Además, AntChain OpenLabs se dedica a explorar la aplicación de zk-SNARKs en la dirección de AI+ZK, utilizando tecnologías como Folding, protocolo Sumcheck, optimización colaborativa GPU+CPU y implementación eficiente de curvas elípticas para grandes cálculos verificables de modelos en 4 GPU.[4][5](El rendimiento original no incluía compromisos ni aperturas, y se probó después de agregar compromisos y aperturas, dirigido al modelo LLama-7B) El tiempo de generación del primer token se redujo de 4 horas a aproximadamente 18 minutos.

AntChain OpenLabs ha estado optimizando continuamente el rendimiento y la disponibilidad del cálculo verificable de grandes modelos basados en GPU. También ha estado trabajando en la sustitución y optimización de planes de compromiso, el plegado de múltiples instancias y la generación de múltiples tokens de prueba. El objetivo es construir un servicio eficiente, fácil de usar y compatible con la ecología de la IA para explorar posibles direcciones de aplicación a gran escala de la tecnología de Prueba de conocimiento cero y construir un puente entre Web3 y las aplicaciones de IA.

AntChain OpenLabs también ha realizado exploraciones activas para enfrentar la amenaza de la Computadora cuántica, basadas en OpenSSL [6]Se ha reconstruido una biblioteca de contraseñas post-cuánticas que admite varios algoritmos post-cuánticos estándar NIST. Al mismo tiempo, frente al problema de inflación de almacenamiento de más de 40 veces en la firma post-cuántica en comparación con ECDSA, mediante el proceso de consenso y la optimización de la lectura de memoria de baja latencia, la TPS de la cadena resistente a los cuánticos puede alcanzar aproximadamente el 50% de la cadena original.

Vale la pena seguir señalar que las exploraciones tecnológicas anteriores se han implementado en la solución de aceleración de hardware y software Power Zebra de ZAN. Esta solución acelera y optimiza los operadores comunes utilizados en zk-SNARKs, incluyendo múltiples productos escalares de MSM, transformación numérica NTT, resolución de polinomios H y demostración abierta de polinomios. Aprovecha al máximo los recursos de cálculo, ancho de banda de almacenamiento y ancho de banda PCIe de la GPU, lo que mejora significativamente la eficiencia de la computación. Después de que la comunidad de código abierto zkWASM de Delphinus Lab introdujo la solución de aceleración de hardware y software Power Zebra de ZAN, el rendimiento de cálculo de la GPU aumentó más del 20%, estableciendo el récord más alto en servicios similares de la comunidad.

Prever

Durante mucho tiempo, la comunidad de Ethereum se ha centrado principalmente en la optimización de la capa de ejecución, incluyendo estrategias como aumentar BlockGasLimit y L2. Dentro de esto, la Snarkificación de la capa de ejecución ya ha completado la mayor parte del trabajo a través de L2 en la hoja de ruta de ‘Rollup Centric’, lo que ha cosechado grandes beneficios. La idea de Beam Chain ha abierto la puerta a la Snarkificación de la capa Consenso. Se cree que con la presentación de Beam Chain, guiará y estimulará a la comunidad a centrarse en la transformación de la capa Consenso, trayendo más ideas emocionantes.

Se puede prever que la Snarkificación de las capas de consenso y ejecución completará el rompecabezas final de Ethereum Snark, lo que contribuirá enormemente a la escalabilidad y a la Descentralización de ETH. Al mismo tiempo, con el avance de la propuesta de Beam Chain, la Máquina virtual basada en la tecnología de Prueba de conocimiento cero desempeñará un papel central en el ecosistema de ETH. Al introducir pruebas SNARK y criptografía post-cuántica, junto con umbrales de stake más bajos y tiempos de confirmación de Bloquear más rápidos, Beam Chain aportará una Descentralización más fuerte y un rendimiento más alto a ETH.

Referencias

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