ETH 3.0 Comment surmonter les défis de performance ? Un article révèle les percées technologiques et les plans de mise à niveau derrière la technologie ZK

Auteur: ZAN

Chaîne Beam : « Ethereum 3.0 »

La conférence Devcon 2024 qui vient de se terminer a été très animée, avec la réunion de l’écosystème Ethereum à Bangkok. Ethereum et les projets connexes ont annoncé d’importants progrès et développements lors de cet événement, suscitant de nouveaux points de vue, tendances et plans pour le Web3 mondial.

Particulièrement impressionnant est le projet de proposition “Ethereum 3.0” publié par Justin Drake, chercheur à la Fondation Ethereum.

Il a proposé une mise à niveau de la couche de consensus appelée « ETH 3.0 » par la communauté - Beam Chain.[1].Son point de vue central est le suivant : utiliser des preuves de connaissance nulle pour réduire la charge de calcul et de communication des validateurs, abaisser le seuil pour devenir validateur, permettant à davantage de validateurs de rejoindre le réseau pour renforcer la sécurité, réduire la redondance des calculs et améliorer l’efficacité globale du réseau. De plus, Justin souhaite profiter de l’opportunité de transformer la couche de consensus en Snark pour résoudre la dette technologique laissée par les restrictions de l’époque dans la chaîne Beacon et se préparer aux futures exigences de sécurité quantique.

Dans la feuille de route de Vitalik pour The Verge, la SNARKification d’ETH est l’un des travaux importants, comprenant la transformation des couches de consensus et d’exécution en preuves de connaissance zéro. Dans son dernier interprétation Vitalik[2]Vitalik admits that the transformation work of the consensus layer is a challenge and needs to be continuously considered and optimized in the follow-up work. The proposal of Beam Chain can be seen as Vitalik’s response to how to Snark the consensus layer.

Beam Chain ne suit que la couche de consensus. Cependant, la Snarkisation de la couche de consensus ne signifie pas que toutes les parties doivent être modifiées. Le cœur de la chaîne de blocs est la fonction de transition d’état (State Transition Function), donc la Snarkisation de la fonction de transition d’état est tout ce qui est nécessaire pour la modifier, ce qui est précisément ce que ZK sait bien faire. Pour la couche de consensus, la fonction de transition d’état comprend principalement trois parties : la fonction de transition par slot, la fonction de transition par bloc et la fonction de transition par époque. Dans ces trois fonctions de transition d’état, il y a l’exécution de l’algorithme de consensus et de la logique de stake, la proposition de blocs, la vérification de la justesse des résultats de la couche d’exécution, la vérification de la racine de l’arbre de Merkle, la vérification de la signature et l’agrégation du consensus, le calcul de la fonction de hachage, les opérations de stake et de rachat impliquant l’accès à l’état de stockage du compte, etc. Pour Snarkiser la couche de consensus, il suffit de Snarkiser les opérations mentionnées ci-dessus. Il convient de noter que dans la voie de la Snarkisation de la couche de consensus, Ethereum conserve toujours son objectif de décentralisation et de diversité, de sorte qu’il ne forcera pas l’utilisation d’algorithmes ZK et de protocoles particuliers, mais laissera le Proposer choisir lui-même.

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Point clé : Démonstration en temps réel

Pour réaliser la vision de Beam Chain, le défi le plus crucial est d’améliorer l’efficacité de la preuve, c’est-à-dire comment compresser le temps de preuve actuel de plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de secondes à la seconde. Lors de l’atelier ZK II organisé conjointement par AntChain OpenLabs, ZAN et Pharos le 24 septembre de cette année.[3]Lors de la conférence, l’invité Justin a partagé un rapport intitulé ‘Realtime Proving’, dans lequel il a présenté des points de vue fondamentaux similaires à la vision d’ ‘Ethereum 3.0’, proposant des solutions aux problèmes de performances. Il encourage la communauté à utiliser la méthode d’accélération ASIC, à effectuer sur puce le processus complet de génération de preuves de connaissance nulle, de l’évidence à la preuve, et à multiplier par plus de dix le temps de génération de preuves dans les années à venir, permettant ainsi une véritable réalisation du Realtime Proving.

Contribuer aux performances et à l’application de la technologie de preuve de connaissance nulle : nous sommes en route depuis longtemps

AntChain OpenLabs has always been committed to accelerating ZK proofs using hardware platforms such as GPU, FPGA, ASIC, etc., accelerating a variety of ZK systems including Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2, and Plonky2, forming multiple FPGA IP and GPU acceleration solutions, with some core operators achieving an acceleration ratio of over 100 times.

AntChain OpenLabs a obtenu un rapport d’accélération par rapport au CPU pour certaines opérations accélérées par CUDA, comme le montre le tableau (一).

( Tableau 1 )

Comparaison des performances de l’ICICLE Open Source MSM accéléré par GPU implémenté par AntChain OpenLabs (tous deux avec 4090GPU), comme indiqué dans le tableau (deux).

(Tableau 2)

Comparaison des performances de Circle FFT accéléré par GPU implémenté par AntChain OpenLabs et Open Source Stwo Prover sur un CPU à 16 cœurs, comme indiqué dans le tableau (trois).

( Tableau 3 )

De plus, AntChain OpenLabs s’engage également dans l’exploration de l’application des preuves à divulgation nulle de connaissance (zk-SNARKs). Dans le domaine de l’IA et de la vérification des calculs de modèles volumineux, AntChain OpenLabs utilise des techniques telles que la multiplication de matrices Folding, le protocole de vérification de somme (Sumcheck), l’optimisation coopérative GPU+CPU et la mise en œuvre efficace de courbes elliptiques. Ce travail a été effectué sur 4 GPU.[4][5](La mise en œuvre d’origine n’inclut pas d’engagements ni d’ouvertures, les performances étant testées après l’ajout d’engagements et d’ouvertures, pour le modèle LLama-7B) Le temps de génération du premier jeton est passé de 4 heures à environ 18 minutes.

Les laboratoires ouverts d’AntChain continuent d’optimiser l’accumulation de la GPU pour améliorer les performances et la disponibilité du calcul vérifiable des grands modèles, et s’efforcent continuellement de remplacer et d’optimiser les schémas d’engagement, le pliage multi-instances, la génération de preuves multi-token, dans le but de construire un service de calcul vérifiable efficace, convivial et respectueux de l’environnement AI, pour explorer les possibilités d’application à grande échelle de la technologie de preuve de connaissance nulle, et pour construire un pont entre Web3 et les applications AI.

En face de la menace de l’Ordinateur quantique, AntChain OpenLabs a également mené des explorations actives, basées sur OpenSSL [6]Une bibliothèque de mots de passe de version post-quantique a été remaniée pour prendre en charge plusieurs algorithmes post-quantiques NIST. En même temps, face au problème de stockage gonflant de plus de 40 fois de la signature post-quantique par rapport à ECDSA, le TPS de la blockchain résistante aux quantités peut atteindre environ 50% de la chaîne d’origine grâce au processus de consensus et à l’optimisation de la lecture de mémoire à faible latence.

Il est intéressant de suivre le fait que les explorations technologiques mentionnées ont été mises en œuvre dans la solution d’accélération logicielle et matérielle Power Zebra développée par ZAN. Cette solution accélère et optimise les opérations couramment utilisées dans les preuves à zéro connaissance, telles que MSM (Multi-scalar Multiplication), NTT (Number Theoretic Transform), résolution de polynômes H, preuve d’ouverture de polynômes, etc. Elle exploite pleinement les ressources de calcul, de bande passante de stockage et de bande passante PCIe des GPU, ce qui améliore considérablement l’efficacité des calculs. Après l’introduction de la solution d’accélération logicielle et matérielle Power Zebra de ZAN dans la communauté open source zkWASM, les performances de calcul GPU ont augmenté de plus de 20 %, établissant ainsi un nouveau record dans la communauté des services similaires.

Prévoir

Pendant longtemps, la communauté Ethereum s’est principalement concentrée sur diverses optimisations au niveau de l’exécution, telles que l’augmentation du BlockGasLimit, les stratégies L2, etc. Parmi celles-ci, la mise en œuvre de Snark au niveau de l’exécution a déjà largement progressé grâce à l’approche “Rollup Centric” sur la L2, et a été largement récompensée. L’idée de Beam Chain a ouvert la voie à la Snarkification de la couche de consensus. Nous croyons que, avec la proposition de Beam Chain, cela encouragera et inspirera la communauté à se concentrer davantage sur la transformation de la couche de consensus, apportant ainsi des idées encore plus excitantes.

On peut imaginer que la Snarkification des couches de consensus et d’exécution compléteront ensemble le puzzle final de la Snarkification d’Ethereum, apportant une énorme contribution à l’évolutivité et à la décentralisation d’Éther. En même temps, avec l’avancement de la proposition Beam Chain, la machine virtuelle basée sur la technologie de preuve de connaissance nulle jouera un rôle central dans l’écosystème d’Éther. En introduisant des preuves SNARK et une cryptographie post-quantique, associées à des seuils de stake plus bas et des temps de confirmation de blocs plus rapides, Beam Chain apportera une décentralisation plus forte et des performances accrues à Éther.

Références

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