Để hiểu Ethereum 2.0, trước tiên hãy hiểu các nguyên tắc thiết kế cốt lõi của Ethereum 2.0
Hội nghị Ứng dụng Công nghệ Ethereum đã được tổ chức tại Bắc Kinh ngày hôm nay. V God, các thành viên cốt lõi của Quỹ Ethereum, các nhà phát triển Ethereum DAPP và các khách mời nặng ký khác đã tập trung lại. Hội nghị tập trung vào Ethereum 2.0.
Công chúng cũng thường quan tâm đến tiến độ của Ethereum 2.0. V God đã có bài phát biểu với tiêu đề "Giao dịch chéo Ethereum 2.0" tại hội nghị.
Đã có nhiều bài viết thảo luận về lộ trình của Ethereum 2.0, các đề xuất nghiên cứu và tình trạng phát triển của nó, tuy nhiên, không có nhiều bài viết về các nguyên tắc thiết kế và các bất biến đằng sau hoạt động nội bộ của Ethereum 2.0. Bài viết này nhằm mục đích thảo luận về các nguyên tắc thiết kế đằng sau Ethereum 2.0 .
Về tác giả: Raul Jordan, Raul Jordan là người đồng sáng lập Prysmatic Labs và cũng là đối tác của zk Capital. Ông tốt nghiệp Harvard và là kỹ sư chuỗi khối và nhà phát triển Ethereum. Ông tập trung vào phát triển công nghệ sharding của Prysmatic Labs.
Nhiều bài báo thảo luận về lộ trình, đề xuất nghiên cứu và tình trạng hiện tại của Ethereum 2.0. Tuy nhiên, không có nhiều điều được viết công khai về các nguyên tắc thiết kế và những bất biến đằng sau hoạt động bên trong của nó. Có một bộ bất biến rõ ràng là rất quan trọng đối với sự thành công của nỗ lực phối hợp nhiều năm này và nó khiến những người triển khai suy nghĩ về triết lý Ethereum.
tiêu đề phụ
1. Lịch sử
Kể từ khi mạng Ethereum ra đời, cố gắng chuyển đổi Ethereum từ PoW sang PoS là một tiến bộ lớn. Vitalik Buterin đang khám phá một giải pháp khả thi vào thời điểm đó để bảo vệ chống lại các sai sót của PoS chưa trưởng thành và cung cấp bảo mật cao hơn PoW.
Cụ thể, anh ấy và nhóm nghiên cứu Ethereum đã nghĩ ra một cơ chế gọi là kẻ giết người để trừng phạt những kẻ độc hại trong PoS và cắt giảm toàn bộ tài sản thế chấp của họ (Buterin 2014).
Nhà toán học Vlad Zamfir sau đó đã tham gia dự án và phần lớn thời gian của năm 2014 tập trung vào việc giải quyết cái gọi là các cuộc tấn công từ xa vào PoS.
Các cuộc tấn công từ xa xảy ra khi kẻ tấn công có thể tạo một chuỗi đầy đủ từ đầu dài hơn chuỗi khối chuẩn hiện tại để thuyết phục những người khác trong mạng về trạng thái chuẩn mới.
Điều này hầu như không thể thực hiện được trong PoW vì nó đòi hỏi rất nhiều sức mạnh tính toán tổng hợp. Tuy nhiên, PoS không phụ thuộc vào sức mạnh tính toán và do đó sẽ sụp đổ trước các cuộc tấn công như vậy (Zamfir 2014).
Cả Vitalik và Vlad đều đồng ý: không có giải pháp tấn công từ xa khả thi nào ngoài việc "ngăn chặn nghiêm ngặt khách hàng đồng bộ hóa các chuỗi cũ hơn một điểm kiểm tra nhất định" (Buterin 2015).
Điều này có nghĩa là thay vì đồng bộ hóa chuỗi từ khối genesis, các nút mới trong mạng chỉ cần đồng bộ hóa với các nút đã hoàn thiện khác trong mạng từ "điểm kiểm tra" gần đây nhất.
Nghĩa là, khi các nút mới tham gia mạng, sẽ có một sự tin tưởng cố hữu vào các nút cũ. Hiện tượng này sau đó được gọi là tính chủ quan yếu của PoS.Khi các nút mới tham gia, sẽ có sự tin tưởng chủ quan giữa những người tham gia trong mạng rằng các khối "đã hoàn thiện", "không thể đảo ngược" tồn tại (Buterin 2018).
Trong thời gian này, Vitalik và Virgil Griffith từ Ethereum Foundation đã làm việc để xuất bản phiên bản đầu tiên của sách trắng Casper PoS trên ArXiV (Buterin và Griffith 2015).
Tuy nhiên,
Tuy nhiên,tiêu đề phụ
2. Tại sao chọn ETH 2.0?
Bài viết này giải thích cơ sở thiết kế đằng sau câu hỏi cốt lõi: "Tại sao nên sử dụng Ethereum 2.0?".
Tất nhiên, việc kiểm tra kỹ lưỡng giao thức đồng thuận và tính toàn vẹn dữ liệu của hệ thống hiện tại không thể dễ dàng thực hiện thông qua một hard fork——Sẽ không dễ dàng hơn nếu chỉ cần tạo một hệ thống mới từ đầu và bỏ hoàn toàn Ethereum 1.0?
Một trong những thách thức mà chúng tôi gặp phải khi xây dựng ETH 2.0 là nhu cầu giáo dục cộng đồng về thách thức này và hiểu rõ ràng mối quan tâm cũng như nhu cầu lớn đằng sau quá trình chuyển đổi sang ETH 2.0.
Chưa bao giờ có thời điểm tốt hơn để xây dựng trên ETH 2.0 trong khi hiểu được trách nhiệm to lớn đi kèm với sự thay đổi mô hình này. Dù muốn hay không, ngành công nghiệp tiền điện tử vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và các quyết định mà chúng tôi đưa ra ngày hôm nay sẽ có tác động kép trong việc thúc đẩy tăng trưởng và áp dụng trong những năm tới.
tiêu đề phụ
3. Thách thức tương lai
Việc mở rộng quy mô Lớp 1 thiếu kinh nghiệm có thể dẫn đến chi phí bảo mật rất lớn: việc phân tách chuỗi khối sẽ ngăn chặn việc xác minh giao dịch toàn cầu, giống như các chuỗi Bitcoin và Ethereum hiện tại.
Câu hỏi quan trọng là: làm thế nào để bạn đạt được khả năng mở rộng mà không phải hy sinh tính phi tập trung hoặc bảo mật? Nhiều chuỗi cạnh tranh nhằm mục đích tìm kiếm tuyến đường tập trung như một phương tiện để giải quyết vấn đề này.
Ethereum chọn một cách tiếp cận khác:Chia trạng thái mạng thành 1024 phân đoạn đại diện cho một tập hợp các chuỗi khối đồng nhất, mỗi phân đoạn được điều phối bởi một chuỗi gốc duy nhất được gọi là chuỗi đèn hiệu. Chuỗi đèn hiệu chạy trên Casper PoS đầy đủ, không có ủy quyền và không có quyền biểu quyết tập trung.
Trong phương pháp này,Mỗi nút chỉ chịu trách nhiệm cho một phần nhỏ các giao dịch xảy ra trên mạng và nhiều khối có thể xảy ra song song, làm tăng thông lượng mạng tổng thể một cách tuyến tính.
Giải pháp này nhằm trả lời các câu hỏi sau:
Cấu hình bảo mật của mạng sẽ thay đổi như thế nào nếu các giao dịch không được xác thực toàn cầu? Làm cách nào để chọn những người tham gia xác thực trong khi ngăn chặn sự hình thành cartel? Làm cách nào để có thể thiết kế các ưu đãi nhằm tối đa hóa tính khả dụng của dữ liệu và khuyến khích sự tham gia tích cực?
Sau nhiều năm nghiên cứu, khám phá và hiểu biết về sự đánh đổi, Ethereum đã tìm kiếm PoS làm thuật toán đồng thuận của mình. Như đã đề cập trước đó, phần thưởng là xác định,Các thực thể xác thực có cùng cách đối xử trong giao thức, cùng xác suất tham gia vào ủy ban và cùng phần thưởng/hình phạt.
Xác minh giao dịch toàn cầu trở thành xác minh gián tiếp. Mọi giao dịch trong mỗi chuỗi phân đoạn trước tiên sẽ được xác minh bởi trình xác thực trong phân đoạn đó và,tiêu đề phụ
4. Thiết kế bất biến
Trụ cột chính của thiết kế giao thức là hiểu được giao thức sẽ hoạt động theo những bất biến nào.Đối với Ethereum và cộng đồng nhà phát triển của nó, việc có một danh sách các quyết định thiết kế không thể thương lượng là rất quan trọng đối với tương lai của dự án.
Chúng ta có thể chia cốt lõi của ETH 2.0 thành các điểm sau:
1. Việc tham gia vào mạng không được phép;
2. Lớp 1 phải ngắn gọn, trừu tượng và cô đọng trong phạm vi của nó;
3. Giao thức nên càng rõ ràng càng tốt, thay vì giả định việc sử dụng nó trong tương lai;
4. Mạng phải có khả năng phục hồi hiệu quả sau mọi tình huống thảm họa;
5. Tách độ phức tạp của giao thức khỏi độ phức tạp của phát triển ứng dụng.
1. Không cần xin phép
Một sự khác biệt đáng chú ý giữa Ethereum 2.0 và các chuỗi khối "thế hệ tiếp theo" khác là cách xác định sự tham gia vào sự đồng thuận. Yêu cầu duy nhất của Ethereum 2.0 đối với trình xác nhận là phải có 32 ETH.
Không có proxy, không bỏ phiếu để chọn người xác nhận và không có hiến pháp tập trung để xác định ai tham gia. Quan trọng hơn, tất cả các trình xác thực trong Ethereum 2.0 đều được đối xử bình đẳng: yêu cầu khó đối với mỗi thực thể tham gia là 32 ETH.
Tuy nhiên, bất kỳ cá nhân nào cũng có thể có nhiều danh tính người xác thực. Đây chỉ đơn giản là một quyết định được đưa ra để đơn giản hóa tính bảo mật và sự gọn nhẹ của giao thức đồng thuận. Từ góc độ thiết kế khuyến khích và cho các mục đích lập mô hình chính thức, điều quan trọng là phải đối xử bình đẳng với tất cả những người tham gia khi xác thực các khối bằng cách bỏ phiếu.
1 trình xác nhận = 32 ETH được đặt cược, không nhiều hơn thế. Các chuỗi khác nhằm mục đích giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng bằng cách áp dụng phương pháp xác minh tập trung hơn. Tuy nhiên, đối với Ethereum, tùy chọn này không được xem xét.
2. Ngắn gọn nhưng biểu cảm nhất
Ethereum 2.0 cố gắng đạt được sự đơn giản và gọn nhẹ trong định nghĩa cốt lõi và các mục tiêu hiện thực hóa. Về cơ bản, nó là một nền tảng có thể mở rộng, không cần cấp phép để xây dựng các ứng dụng phi tập trung.
Không cần giới thiệu logic ứng dụng trong Ethereum 2.0 và vì lý do chính đáng. Người ta có thể so sánh hệ thống Ethereum 2.0 với một nhân Linux rút gọn - không phải hệ điều hành quyết định các tính năng hoặc trường hợp sử dụng giả định mà nó bao gồm, mà là các nhà phát triển xây dựng ứng dụng cho nhân.
Việc thực hành "giả định ý định" bị hạn chế. Câu ngạn ngữ cũ của Ethereum rằng "chúng tôi không có bất kỳ tính năng nào" cũng áp dụng cho Ethereum 2.0.
3. Đảm bảo an toàn
Mô hình PoS của Ethereum 2.0, còn được gọi là Casper the Friendly Finality Gadget, hoạt động theo một loạt các khuyến khích được thiết kế để duy trì hoạt động cao và sự tham gia của mạng.
Ethereum 2.0 mở rộng Casper để tận dụng các thuộc tính của nó để bảo mật các mạng chuỗi khối phân đoạn. Nghĩa là, Ethereum 2.0 sử dụng khái niệm "ngưỡng cuối cùng của chuỗi" để đảm bảo rằng 1024 phân đoạn trong hệ thống chia sẻ cùng nhóm bảo mật như chuỗi đèn hiệu.
Tiền đề cốt lõi của PoS là những người xác thực được khen thưởng khi thực hiện công việc cụ thể như mong đợi, mất cổ phần do ngoại tuyến hoặc đối mặt với các hình phạt nghiêm trọng (tước cổ phần) vì vi phạm nghiêm trọng giao thức.
Mặc dù tiền đề rất đơn giản, nhưng chính các chi tiết mới tạo nên sự khác biệt. Tính kinh tế của Casper nhanh chóng trở nên phức tạp hơn khi chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi phải xem xét không chỉ hành vi của từng người xác nhận mà còn toàn bộ ủy ban của những người xác nhận.
Một câu hỏi mở đối với các chuỗi PoS nói chung là khi nào hành vi nên bị trừng phạt và cách thực hiện khác nhau tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của một số hành động của trình xác thực. Điều đó có nghĩa là,Chúng ta cần tìm một hình phạt đủ toàn diện để bao gồm tất cả các trường hợp cạnh trong khi vẫn ngắn gọn.
Vì giao thức dựa trên hoạt động của trình xác thực và dựa trên các quan sát liên tục về thời gian chạy, nên có thể có những tình huống mà trình xác thực trung thực không thể tham gia. Trình xác nhận trung thực có thể ngoại tuyến do mất điện, mạng không ổn định hoặc các yếu tố khác, nhưng chúng tôiCần phân biệt rõ ràng giữa hình phạt ngoại tuyến và hình phạt đối với hành vi ác ý.
Một phần lý do thiết kế cho Ethereum 2.0 là những kẻ tấn công phải trả giá rất đắt cho bất kỳ nỗ lực nào nhằm phá vỡ giao thức. Nói cách khác, cuộc tấn công 51% thường xảy ra ở các chuỗi khác sẽ gây tốn kém cho Ethereum 2.0 và kết quả thậm chí có thể phản tác dụng.
Nghĩa là, trong một giao thức có tính hữu hạn rõ ràng, "đảo ngược tính hữu hạn sẽ" làm cho kẻ tấn công trở nên rõ ràng đối với những người xác thực trung thực, điều này cho phép cộng đồng phối hợp một soft fork để loại bỏ các tác nhân độc hại và khiến các cuộc tấn công của chúng không hiệu quả.
Tất nhiên, ngay cả khi cuộc tấn công thành công và sự phối hợp cộng đồng này không thành công, tính toàn vẹn của hệ thống sẽ giảm đi nếu mục đích duy nhất của kẻ tấn công là phá vỡ hệ thống và gây ra thiệt hại lớn.
Một hạn chế khác của các hệ thống dựa trên PoS là tình thế tiến thoái lưỡng nan của người xác thực, tức là người xác thực trong hệ thống lười biếng và chỉ tin tưởng rằng những người khác trong giao thức đang thực hiện đúng công việc của họ và do đó không xác minh rằng họ phải chịu trách nhiệm xác thực tin tức.
tiêu đề phụ
5. Các ưu đãi của trình xác thực Ethereum 2.0
Các ưu đãi của trình xác thực cho Ethereum 2.0 như sau:
1. Trình xác minh đang ngoại tuyến: Rò rỉ bậc hai
Ethereum 2.0 dựa trên ngưỡng chịu lỗi của Byzantine,Phải đảm bảo rằng hai phần ba số người xác minh trong mạng là những người tham gia trung thực.Hình phạt dành cho những người xác thực không tham gia xác thực được gọi là "rò rỉ do không hoạt động".
Nếu một chuỗi chưa được hoàn thiện trong hơn 4 kỷ nguyên, thì giao thức sẽ nghiêm ngặt nhất có thể đối với phần thưởng của trình xác thực. Nghĩa là, phần thưởng dự kiến tối đa trở thành 0, vì vậy người xác thực cần phải hành xử hoàn hảo nếu không sẽ phải đối mặt với nhiều hình phạt hơn.
Kích thước của hình phạt tỷ lệ thuận với thời gian kể từ lần cuối cùng chuỗi đạt được mục đích cuối cùng để ngăn người xác nhận ngoại tuyến.
Hình phạt này tăng theo cấp số nhân khi một số trình xác thực nhất định ngoại tuyến lâu hơn và điều này được gọi là “Rò rỉ bậc hai”.Lý do có liên quan đến hình phạt này là hy vọng không phạt việc ngoại tuyến trong thời gian ngắn, nhưng với hành vi dự kiến trong thế giới thực, việc ngoại tuyến trong thời gian dài hơn có nhược điểm đáng kể.
Số tiền bị mất do hình phạt này sẽ bị hủy và không được phân phối lại cho những người xác nhận trung thực.
2. Hoạt động ác ý có chủ ý: tịch thu
Trong các đề xuất ban đầu cho Ethereum PoS, các trình xác nhận độc hại sẽ bị trừng phạt trên quy mô lớn, được gọi là cắt giảm và thông thường các cơ chế này chỉ thảo luận về việc trừng phạt các trình xác thực độc hại riêng lẻ và không thảo luận về mức độ nghiêm trọng của việc thông đồng với trình xác thực. Nếu phần lớn các trình xác thực hợp tác để tấn công mạng một cách độc hại, thì mạng sẽ bị ảnh hưởng.
Theo Byzantine Fault Tolerance, hình phạt dành cho các tác nhân độc hại sẽ gấp 3 lần số lượng trình xác thực hành động ác ý trong một khoảng thời gian nhất định. Điều này giúp trừng phạt các cuộc tấn công phối hợp lớn và cũng ngăn chặn các nhóm trình xác thực độc hại sinh sản.
Nghĩa là, thực hiện một cuộc tấn công tổng hợp trên mạng có lợi cho các trình xác minh độc hại và bất lợi cho các trình xác minh thông thường.Việc cắt giảm được thực hiện thông qua cơ chế báo cáo, khuyến khích người xác minh phát hiện ra các hành vi bất hợp pháp của người xác minh khác có thể bị cắt giảm.
3. Phần thưởng cho người xác thực
Dựa trên Nguyên tắc thiết kế Ethereum Serenity của Vitalik, ông phác thảo 4 thành phần cụ thể của phần thưởng cơ bản cho người xác thực mỗi kỷ nguyên:
1. 1/4 phần thưởng nhận được bằng cách chứng minh xác định đúng điểm kiểm tra kỷ nguyên;
2. 1/4 phần thưởng nhận được thông qua bằng chứng để xác định đúng người đứng đầu chuỗi;
3. 1/4 phần thưởng nhận được bằng cách chứng minh rằng khối có thể nhanh chóng được đưa vào chuỗi;
4. 1/4 phần thưởng nhận được thông qua bằng chứng để xác định khối phân đoạn chính xác;
tiêu đề phụ
6. Tách độ phức tạp của chương trình khỏi độ phức tạp của giao thức
Tuyên bố "Lộ trình Ethereum 2.0 thật khó khăn" là không chính xác, bởi vì Ethereum 2.0 có thể là một trong những kế hoạch nhiều năm và đầy tham vọng nhất, nó có thể rút ra những bài học tốt nhất từ ngành và tạo ra một cách thanh lịch. bộ ba bất khả thi và điều đó sẽ có thể chạy vô thời hạn.
Đã có rất nhiều cuộc thảo luận về việc sharding có thể làm suy giảm đáng kể trải nghiệm của nhà phát triển như thế nào. Lý do là rất khó để tách biệt nhu cầu của các nhà phát triển ứng dụng trong nút nội bộ của giao thức Ethereum 2.0, bởi vì hệ thống sharding rất phức tạp cần phải tương tác với nhau (giao dịch giữa các phân đoạn).
Thoạt nhìn, Ethereum 2.0 trông có vẻ đáng sợ từ bên ngoài và vẫn chưa rõ các hợp đồng thông minh sẽ được thực thi như thế nào trong Ethereum 2.0. Tuy nhiên, sự thật có nhiều sắc thái hơn.
Các nhà phát triển ứng dụng chỉ cần biết một phần nhỏ của giao thức Ethereum 2.0. Nhà phát triển hợp đồng thông minh trung bình không cần phải hiểu nội bộ của cơ quan đăng ký trình xác thực hoặc tiện ích thiết bị đầu cuối chuỗi đèn hiệu.
Do đó, giai đoạn 0 bị loại bỏ hoàn toàn khỏi lớp ứng dụng. Gần đây, giai đoạn 1 và giai đoạn 2 cũng đã đưa ra các đề xuất rất mạnh mẽ, ủng hộ mức độ trừu tượng cao hơn của môi trường thực thi để làm cho Ethereum 2.0 mạnh mẽ và ngắn gọn hơn.
Trường hợp xấu nhất, các nhà phát triển ví/ứng dụng cần biết một số chi tiết nhất định về các giao dịch giữa các phân đoạn để hiển thị việc giải quyết giao dịch ngay lập tức thông qua một số thủ thuật. Các hệ điều hành máy tính và thiết bị bên trong ngày nay phức tạp hơn nhiều so với 10 năm trước, tuy nhiên hầu hết các nhà phát triển ứng dụng không cần phải hiểu các cấu trúc ẩn bên trong tạo nên một chiếc máy tính mạnh mẽ.
tiêu đề phụ
7. Xây dựng một máy tính trong thế giới thực
Nói chung, Ethereum là Turing-đầy đủ, có nghĩa là nó có thể chạy bất kỳ loại mã nào có thể tưởng tượng được giống như máy tính ngày nay, mặc dù là một máy tính đơn luồng chậm.
Ethereum ngày nay tương tự như bộ xử lý yếu kém của những ngày đầu. Việc chạy các ứng dụng trên Ethereum ngày nay rất tốn kém vì giao thức này có sẵn các cơ chế để ngăn chặn thảm kịch của tài sản chung gây ra cho các tiện ích công cộng.
Cộng đồng nhà phát triển sôi nổi của Ethereum chưa bao giờ ngừng đổi mới để cải thiện mạng hiện tại, cho dù đó là ở lớp lõi hay lớp 2. Tuy nhiên, việc nâng cấp theo kế hoạch trong tương lai có thể gặp vấn đề và đau đớn từ góc độ quản trị.
Nếu một vài năm sau khi Ethereum 2.0 hoạt động, chúng tôi cảm thấy bị hạn chế và muốn xây dựng Ethereum 3.0, điều đó có nghĩa là chúng tôi đã thất bại trong thiết kế cốt lõi của phiên bản trước.
Khả năng nâng cấp nên được đưa vào giao thức theo cách không yêu cầu các nhánh cứng rủi ro. Nghĩa là, sự đổi mới ở lớp 1 phải ở mức tối thiểu hoặc gần bằng không sau khi hệ thống đã hoạt động trong một thời gian dài.
Chúng tôi còn một chặng đường dài phía trước, nhưng chúng tôi cẩn thận nhắc nhở bản thân tại sao chúng tôi xây dựng phần mềm này và chúng tôi muốn thấy nó đi đến đâu sau 10 năm nữa, để viết một thứ gì đó mạnh mẽ hơn và vượt qua thử thách của thời gian. .
-END-
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này là quan điểm độc lập của tác giả và không đại diện cho quan điểm của Viện Blockchain (tài khoản công khai), cũng như không cấu thành bất kỳ quan điểm hoặc đề xuất đầu tư nào.
Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này là quan điểm độc lập của tác giả và không đại diện cho quan điểm của Viện Blockchain (tài khoản công khai), cũng như không cấu thành bất kỳ quan điểm hoặc đề xuất đầu tư nào.
Nguồn: https://www.tokendaily.co/blog/design-principles-of-ethereum-2-0
