เส้นทางยุคและสล็อตที่เลือกสรรของ Vitalik: ให้เวลาการยืนยันธุรกรรมที่รวดเร็วยิ่งขึ้นสำหรับ Ethereum

ผู้เขียนต้นฉบับ |. Vitalik

เรียบเรียง |. Odaily Planet Daily Nan Zhi

คุณลักษณะที่สำคัญอย่างหนึ่งของประสบการณ์ผู้ใช้บล็อกเชนที่ดีคือ เวลาในการยืนยันธุรกรรมที่รวดเร็ว ปัจจุบัน Ethereum ได้รับการปรับปรุงอย่างมากจากเมื่อห้าปีที่แล้ว ต้องขอบคุณ EIP-1559 และเวลาบล็อกที่เสถียรหลังจากเปลี่ยนมาใช้ PoS (The Merge) ธุรกรรมที่ส่งโดยผู้ใช้บน L1 มักจะได้รับการยืนยันภายใน 5-20 วินาที ซึ่งเทียบเท่ากับประสบการณ์การชำระเงินด้วยบัตรเครดิตโดยประมาณ อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงประสบการณ์ผู้ใช้ให้ดียิ่งขึ้นก็มีคุณค่า และบางแอปพลิเคชันยังต้องการเวลาแฝงหลายร้อยมิลลิวินาทีหรือน้อยกว่านั้นด้วย บทความนี้จะสำรวจตัวเลือกที่เป็นประโยชน์บางประการสำหรับการปรับปรุงเวลาการยืนยันธุรกรรมใน Ethereum

ภาพรวมของแนวคิดและเทคนิคที่มีอยู่

สุดท้ายช่องเดียว

ปัจจุบันฉันทามติ Gasper ของ Ethereum ใช้สล็อตเดียว (สล็อต) และสถาปัตยกรรม Epoch ทุก ๆ 12 วินาทีต่อช่อง ผู้ตรวจสอบความถูกต้องบางส่วนจะโหวตที่ส่วนหัวของห่วงโซ่ และทุกๆ 32 ช่อง (6.4 นาที) ผู้ตรวจสอบทั้งหมดจะมีโอกาสลงคะแนนหนึ่งครั้ง จากนั้นการโหวตเหล่านี้จะถูกตีความใหม่ว่าเป็นข้อความในอัลกอริธึมฉันทามติที่คล้ายกับ PBFT ซึ่งให้การรับประกันทางเศรษฐกิจที่แข็งแกร่งมากที่เรียกว่าขั้นสุดท้ายหลังจากสองยุค (12.8 นาที)

(หมายเหตุ Odaily: สำหรับรายละเอียดเกี่ยวกับหลักการเฉพาะ โปรดดูที่ " คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการทำงานของ Ethereum POS: Epoch, Slot และ Beacon Block ")

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราไม่พอใจกับแนวทางปัจจุบันของเรามากขึ้น มีเหตุผลหลักสองประการสำหรับสิ่งนี้ ประการแรกวิธีการมีความซับซ้อนและมีข้อบกพร่องในการโต้ตอบมากมายระหว่างกลไกการลงคะแนนแบบ slot-to-slot และกลไกขั้นสุดท้าย Epoch-to-Epoch และประการที่สอง 12.8 นาทียาวเกินไปและไม่มีใครต้องการ รอนานขนาดนั้น

Single Slot Finality (SSF) แทนที่สถาปัตยกรรมนี้ด้วยกลไกที่คล้ายกับฉันทามติของ Tendermint โดยที่บล็อก N จะถูกสรุปก่อนที่จะสร้างบล็อก N+ 1 ความแตกต่างที่สำคัญจาก Tendermint คือ เรายังคงรักษากลไก " การรั่วไหลของการไม่ใช้งาน " ไว้ ซึ่งช่วยให้เชนทำงานต่อไปและกู้คืนได้หากเครื่องมือตรวจสอบความถูกต้องมากกว่า 1/3 อยู่ในสถานะออฟไลน์

(หมายเหตุ Odaily: การรั่วไหลของการไม่ใช้งานเป็นกลไกใน PoS ที่ออกแบบมาเพื่อลงโทษผู้ตรวจสอบความถูกต้องที่ไม่ได้ใช้งานมาเป็นเวลานาน เมื่อทำเครื่องหมายว่าไม่ได้ใช้งาน ETH ที่วางเดิมพันของพวกเขาจะยังคงถูกลงโทษต่อไป

Tendermint เป็นอัลกอริธึมฉันทามติที่ทนทานต่อข้อผิดพลาดของ Byzantine ที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัย ซึ่งช่วยให้ยืนยันธุรกรรมได้อย่างรวดเร็ว และช่วยให้มั่นใจได้ว่าระบบบล็อกเชนยังคงสามารถทำงานได้ตามปกติ แม้ว่าบางโหนดจะเป็นอันตรายหรือออฟไลน์ก็ตาม -

ความท้าทายหลักของ single-slot Finality คือหมายความว่าผู้เดิมพัน Ethereum แต่ละคนจำเป็นต้องเผยแพร่ข้อความสองข้อความทุกๆ 12 วินาที ซึ่งเป็นภาระที่สำคัญในห่วงโซ่ มีแนวคิดที่ชาญฉลาดบางประการในการบรรเทาปัญหานี้ รวมถึงข้อเสนอ Orbit SSF ล่าสุด แม้ว่าการดำเนินการนี้จะช่วยเพิ่มความเร็ว "ขั้นสุดท้าย" ได้อย่างมากเพื่อปรับปรุงประสบการณ์ผู้ใช้ แต่ก็ไม่ได้เปลี่ยนความจริงที่ว่าผู้ใช้ต้องรอ 5-20 วินาที

(หมายเหตุประจำวัน: Finality และธุรกรรมที่ถูกบรรจุลงในบล็อกและได้รับการยืนยันนั้นไม่ใช่เหตุการณ์เดียวกัน เมื่อธุรกรรมได้รับการยืนยันแต่ไม่บรรลุขั้นสุดท้าย อาจเกิดทางแยกหรือย้อนกลับได้)

การยืนยันล่วงหน้าแบบสะสม

Ethereum ได้ปฏิบัติตามแผนงานที่เน้นการโรลอัพในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โดยการออกแบบชั้นฐาน Ethereum (L1) เพื่อรองรับความพร้อมใช้งานของข้อมูลและคุณสมบัติอื่น ๆ ซึ่งจากนั้นจะพร้อมใช้งานกับโปรโตคอล L2 เช่น โรลอัพ, validiums และ plasmas Able to ให้ความปลอดภัยแก่ผู้ใช้ในระดับเดียวกับ Ethereum ในระดับที่ใหญ่กว่า

สิ่งนี้สร้างการแยกข้อกังวลภายในระบบนิเวศ Ethereum: Ethereum L1 มุ่งเน้นไปที่การต่อต้านการเซ็นเซอร์ ความน่าเชื่อถือ ความเสถียร และการรักษาและปรับปรุงฟังก์ชันการทำงานหลักของเลเยอร์ฐานบางส่วน ในขณะที่ L2 มุ่งเน้นไปที่การสื่อสารโดยตรงมากขึ้นผ่านวัฒนธรรมและเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน ให้กับผู้ใช้ แต่ถ้าคุณไปตามเส้นทางนี้ ปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ก็เกิดขึ้น: L2 ต้องการให้การยืนยันแก่ผู้ใช้เร็วกว่า 5-20 วินาที

ตามทฤษฎีแล้ว อย่างน้อยที่สุดจนถึงตอนนี้ L2 มีหน้าที่รับผิดชอบในการสร้างเครือข่าย "ผู้สั่งซื้อแบบกระจายอำนาจ" ของตัวเอง ผู้ตรวจสอบความถูกต้องกลุ่มเล็กๆ อาจลงนามบล็อกทุกๆ สองสามร้อยมิลลิวินาที และวางเดิมพันหลังบล็อกเหล่านั้น ในที่สุด ไฟล์ส่วนหัวสำหรับชิ้นส่วน L2 เหล่านี้จะถูกเผยแพร่ไปยัง L1

แต่ชุดเครื่องมือตรวจสอบ L2 สามารถกระทำการ "ฉ้อโกง" ได้ โดยพวกเขาสามารถลงนามในบล็อก B 1 ก่อน จากนั้นจึงลงนามในบล็อก B 2 ที่ขัดแย้งกัน และส่งต่อไปยังเชนก่อน B 1 แต่ถ้าทำเช่นนั้นพวกเขาจะถูกจับและสูญเสียทรัพย์สินที่จำนำไว้ เราได้เห็นตัวอย่างจริงของเวอร์ชันรวมศูนย์แล้ว แต่ในทางกลับกัน การพัฒนาเครือข่ายการเรียงลำดับแบบกระจายอำนาจนั้นช้า คุณอาจโต้แย้งได้ว่ามันไม่ยุติธรรมที่จะกำหนดให้ L2 ทั้งหมดมีการกระจายอำนาจ: เรากำลังขอให้ Rollup ทำงานเกือบจะเหมือนกับการสร้าง L1 ใหม่ทั้งหมด ดังนั้น Justin Drake จึงได้ส่งเสริมวิธีการสำหรับ L2 ทั้งหมด (เช่นเดียวกับ L1) เพื่อใช้กลไกการยืนยันล่วงหน้าทั่วทั้ง Ethereum: การยืนยันล่วงหน้าขั้นพื้นฐาน

การยืนยันเบื้องต้นเบื้องต้น

แนวทางการยืนยันล่วงหน้าแบบอิงสันนิษฐานว่าผู้เสนอ Ethereum เป็นผู้เข้าร่วมที่มีความซับซ้อนสูงที่เกี่ยวข้องกับ MEV วิธีการที่ใช้การยืนยันล่วงหน้าใช้ประโยชน์จากความซับซ้อนนี้โดยจูงใจผู้เสนอที่ซับซ้อนเหล่านี้ให้ยอมรับความรับผิดชอบในการให้บริการการยืนยันล่วงหน้า

แนวคิดพื้นฐานของแนวทางนี้คือการสร้างโปรโตคอลมาตรฐานที่ผู้ใช้สามารถจ่ายค่าธรรมเนียมเพิ่มเติมเพื่อให้แน่ใจว่าธุรกรรมจะรวมอยู่ในบล็อกถัดไป รวมถึงการอ้างสิทธิ์ในผลลัพธ์ของการดำเนินการธุรกรรมนั้น หากผู้เสนอละเมิดสัญญาใด ๆ ที่ให้ไว้กับผู้ใช้ใด ๆ พวกเขาอาจถูกเฉือนได้

ตามที่ระบุไว้ ธุรกรรม L1 ได้รับการรับประกันตามการยืนยันล่วงหน้า หากการโรลอัพเป็นแบบ "ตาม" บล็อก L2 ทั้งหมดจะเป็นธุรกรรม L1 ดังนั้นจึงสามารถใช้กลไกเดียวกันนี้เพื่อยืนยันล่วงหน้าสำหรับ L2 ใดๆ ได้

(หมายเหตุ Odaily: ผู้เสนอ Ethereum สามารถใช้กลไกค่าธรรมเนียมเพื่อรวมชุดของธุรกรรมเข้าเป็นมัดและบรรจุลงในบล็อก เพื่อให้มั่นใจในการดำเนินการธุรกรรมและลำดับ ตัวอย่างเช่น คลิปที่รู้จักกันดีซึ่งช่วยให้แน่ใจว่าการซื้อก่อน ธุรกรรมบางอย่างและการขาย แผนการที่เสนอโดย Vitalik ที่นี่มีความสอดคล้องกันในแนวคิด และผลลัพธ์ของธุรกรรมจะถูกล็อคไว้ล่วงหน้าผ่านผู้เสนอนี้เพื่อเร่งการดำเนินการ)

จริงๆแล้วเรากำลังดูอะไรอยู่?

สมมติว่าเราบรรลุจุดสิ้นสุดของช่องเดียว เราใช้เทคโนโลยีที่คล้ายกับ Orbit เพื่อลดจำนวนผู้ตรวจสอบการลงนามต่อสล็อต แต่ไม่มากจนเกินไป เพื่อให้เราสามารถดำเนินการตามเป้าหมายหลักในการลดการเดิมพันขั้นต่ำ 32 ETH ได้ เวลาสล็อตอาจเพิ่มเป็น 16 วินาที จากนั้นเราจะใช้การยืนยันล่วงหน้าแบบสะสมหรือการยืนยันล่วงหน้าขั้นพื้นฐานเพื่อให้ผู้ใช้ได้รับการยืนยันเร็วขึ้น สิ่งที่เราได้คือ: สถาปัตยกรรมยุคสล็อต

มีเหตุผลเชิงปรัชญาที่ลึกซึ้งว่าทำไมสถาปัตยกรรมยุคและช่องจึงดูยากที่จะหลีกเลี่ยง: ใช้เวลาน้อยกว่าในการตกลงกันอย่างคร่าว ๆ ในบางสิ่งมากกว่าการบรรลุข้อตกลงในบางสิ่งที่มีระดับ "ขั้นสุดท้ายทางเศรษฐกิจ" มากที่สุด

เหตุผลง่ายๆ คือจำนวนโหนด ในขณะที่การกระจายอำนาจเชิงเส้นแบบเก่า/เวลาสุดท้าย/การแลกเปลี่ยนค่าโสหุ้ยในขณะนี้ดูไม่รุนแรง เนื่องจากการรวม BLS ที่ปรับให้เหมาะสมเป็นพิเศษและ ZK-STARK ที่กำลังจะมาถึง เหตุผลต่อไปนี้ไม่สามารถละเลยได้:

• "ฉันทามติโดยประมาณ" ต้องการโหนดจำนวนเล็กน้อยเท่านั้น ในขณะที่ขั้นสุดท้ายทางเศรษฐกิจนั้นต้องการโหนดส่วนใหญ่จำนวนมาก

• เมื่อจำนวนโหนดเกินขนาดที่กำหนด คุณต้องใช้เวลามากขึ้นในการรวบรวมลายเซ็น

ใน Ethereum ในปัจจุบัน ช่อง 12 วินาทีแบ่งออกเป็นสามช่องย่อย: การเผยแพร่และการแจกจ่ายบล็อก การรับรอง และการรวมการรับรอง หากจำนวนผู้พิสูจน์ลดลงอย่างมาก เราสามารถลดเหลือสองช่องย่อยและใช้เวลาสล็อต 8 วินาที อีกปัจจัยที่สมจริงและใหญ่กว่าอีกประการหนึ่งคือ "คุณภาพ" ของโหนด ปัจจัยที่ใหญ่กว่าอีกประการหนึ่งคือ "คุณภาพ" ของโหนด หากเราสามารถพึ่งพาชุดย่อยของโหนดเฉพาะเพื่อบรรลุข้อตกลงโดยประมาณ (และยังคงใช้ชุดตรวจสอบความถูกต้องทั้งหมดเพื่อกำหนดขั้นสุดท้าย) เราก็สามารถลดเวลาลงได้ประมาณ 2 วินาที

ดังนั้นในความคิดของฉัน สถาปัตยกรรมยุคและสล็อตนั้นถูกต้องอย่างชัดเจน แต่ไม่ใช่สถาปัตยกรรมยุคและสล็อตทั้งหมดจะเท่ากัน และการสำรวจพื้นที่การออกแบบให้ครบถ้วนยิ่งขึ้นก็มีคุณค่าเช่นกัน ทิศทางที่คุ้มค่าสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมนั้นไม่ได้เชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนาเท่ากับ Gasper แต่มีการแยกข้อกังวลระหว่างกลไกทั้งสองให้มากขึ้น

L2 ควรทำอย่างไร?

ในความคิดของฉัน ปัจจุบัน L2 มีกลยุทธ์ที่สมเหตุสมผลสามประการ:

• ทั้งทางเทคนิคและทางจิตวิญญาณ "ตาม" นั่นคือ พวกเขาปรับคุณสมบัติทางเทคนิคของชั้นฐานของ Ethereum และค่าของมันให้เหมาะสม (การกระจายอำนาจสูง การต่อต้านการเซ็นเซอร์ ฯลฯ) ในรูปแบบที่เรียบง่ายที่สุด คุณอาจมองว่า Rollup เหล่านี้เป็น "ชิ้นส่วนที่มีแบรนด์" แต่ก็อาจดูทะเยอทะยานกว่ามากด้วยการทดลองอย่างหนักกับการออกแบบเครื่องเสมือนใหม่และการปรับปรุงทางเทคนิคอื่น ๆ

• มาเป็น “เซิร์ฟเวอร์ที่มีระบบบล็อกเชน” และใช้ประโยชน์สูงสุดจากมัน หากคุณเริ่มต้นด้วยเซิร์ฟเวอร์แล้วเพิ่มการพิสูจน์ความถูกต้องของ STARK เพื่อให้แน่ใจว่าเซิร์ฟเวอร์ปฏิบัติตามกฎ เพื่อรับรองสิทธิ์ของผู้ใช้ในการออกหรือบังคับการทำธุรกรรม และเสรีภาพในการเลือกโดยรวม ไม่ว่าจะผ่านทางการประสานงานออกจำนวนมากหรือโดยการเปลี่ยนคำสั่งซื้อ โหวตแล้วคุณจะได้รับประโยชน์สูงสุดจากการอัปลิงค์ในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพส่วนใหญ่ของเซิร์ฟเวอร์ไว้

  (หมายเหตุ Odaily: Scaffolding หมายถึงเครื่องมือหรือวิธีการที่สร้างโครงสร้างพื้นฐานและเฟรมเวิร์กโค้ดของโปรเจ็กต์โดยอัตโนมัติ เพื่อให้นักพัฒนาสามารถเริ่มเขียนโค้ดได้อย่างรวดเร็ว)

• จุดกึ่งกลาง: ห่วงโซ่ที่รวดเร็วพร้อมโหนดกว่าร้อยโหนด Ethereum มอบความสามารถในการทำงานร่วมกันและความปลอดภัยเป็นพิเศษ นี่คือแผนงานโดยพฤตินัยในปัจจุบันสำหรับโครงการ L2 จำนวนมาก

สำหรับบางแอปพลิเคชัน (เช่น ENS, การจัดเก็บคีย์, โปรโตคอลการชำระเงินบางรายการ) เวลาบล็อก 12 วินาทีก็เพียงพอแล้ว สำหรับแอปพลิเคชันที่ไม่สามารถใช้ได้ วิธีแก้ปัญหาเดียวคือสถาปัตยกรรมยุคและสล็อต ในสามกรณี "ยุค" คือ SSF ของ Ethereum แต่สล็อตจะแตกต่างกันในแต่ละสามกรณีข้างต้น:

• สถาปัตยกรรมยุคและสล็อตแบบพื้นเมืองของ Ethereum

• การยืนยันเซิร์ฟเวอร์ล่วงหน้า

• คณะกรรมการยืนยันล่วงหน้า

คำถามสำคัญคือ เราจะอยู่ในหมวด 1 ได้ดีเพียงใด โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้ามันดีจริงๆ รู้สึกว่าหมวด 3 จะไม่มีความหมายมากนัก เนื่องจากโซลูชัน "พื้นฐาน" ทั้งหมดไม่สามารถใช้ได้กับข้อมูลนอกเครือข่าย L2 เช่น พลาสมาและการตรวจสอบความถูกต้อง หมวดที่ 2 จึงมีอยู่เสมอ หากสถาปัตยกรรมยุคและสล็อตดั้งเดิมของ Ethereum สามารถลดเวลาสล็อตลงเหลือ 1 วินาที พื้นที่สำหรับ Type 3 ก็จะเล็กลงมาก

ปัจจุบัน เรายังห่างไกลจากคำตอบสุดท้ายสำหรับคำถามเหล่านี้ คำถามสำคัญคือผู้เสนอบล็อกจะมีความซับซ้อนได้อย่างไร ซึ่งยังคงเป็นพื้นที่ที่มีความไม่แน่นอนอย่างมาก การออกแบบเช่น Orbit SSF นั้นแปลกใหม่มาก ดังนั้นพื้นที่การออกแบบของโครงร่างต่างๆ เช่น Orbit SSF ซึ่งเป็นยุคในยุคและสล็อตยังคงคุ้มค่าแก่การสำรวจอย่างเต็มที่ ยิ่งเรามีตัวเลือกมากเท่าไร เราก็จะทำให้ผู้ใช้ L1 และ L2 ดีขึ้นเท่านั้น และเราจะทำให้ชีวิตของนักพัฒนา L2 ง่ายขึ้นด้วย