Viện nghiên cứu Ouyi: Báo cáo nghiên cứu tiến độ và chương trình Ethereum 2.0

欧易OKX

特邀专栏作者

2022-04-30 07:00

Bài viết này có khoảng 6724 từ, đọc toàn bộ bài viết mất khoảng 10 phút

Tiến bộ kỹ thuật, đề xuất, triển vọng và rủi ro của Ethereum 2.0.

Lời tựa:

Lời tựa:

hợp nhất"hợp nhất"hợp nhất"hợp nhất"Đây là một cột mốc quan trọng trong kế hoạch chi tiết có thể mở rộng của Ethereum 2.0, khi toàn bộ mạng Ethereum sẽ chuyển sang cơ chế đồng thuận PoS.

Ngoài ra, Dapplion, nhà phát triển cốt lõi của Ethereum 2.0, đã tuyên bố trên tài khoản xã hội của mình rằng thử nghiệm Shadow fork của mạng chính Ethereum sẽ được tiến hành lại vào thứ Bảy tuần này.

hợp nhất"hợp nhất"Khi nó đến gần, bước chân của Ethereum 2.0 cũng đã tiến thêm một bước. Nó cố gắng làm cho việc ứng dụng chuỗi khối nhanh hơn và rẻ hơn mà không phải hy sinh nguyên tắc phân quyền.Kế hoạch và quy trình cụ thể một lần nữa trở thành chủ đề được quan tâm sâu sắc. Vậy Ethereum 2.0 chính xác là gì? Những nâng cấp được bao gồm? Nó đang tiến triển thế nào? Sự xuất hiện của nó sẽ có tác động gì đối với sự phát triển của ngành? Viện nghiên cứu Ouyi sẽ giải thích chi tiết về Ethereum 2.0 từ ba phần: tiến bộ kỹ thuật Ethereum 2.0, kế hoạch Ethereum 2.0, triển vọng và rủi ro.

lớp đồng thuận"lớp điều hành"Và"lớp đồng thuận"thay thế. Tuy nhiên, việc thay đổi tên không ảnh hưởng đến lộ trình nâng cấp đã thiết lập của Ethereum, bởi vì danh hiệu Ethereum 2.0 đã ăn sâu vào trái tim của mọi người và bài viết này sẽ vẫn sử dụng nó"Ethereum 2.0"tiêu đề cấp đầu tiên

tiêu đề phụ

1.1 Lập kế hoạch tuyến đường

Kể từ khi thành lập, Ethereum đã chiếm giữ vững chắc vị trí chuỗi công khai đầu tiên, có cộng đồng nhà phát triển lớn nhất thế giới và số lượng DAPP bỏ xa các chuỗi công khai khác. Nhưng ngay cả một trạng thái hàng đầu như vậy không có nghĩa là bạn có thể ngồi lại và thư giãn. Đặt vị trí tại"máy tính thế giới"Ethereum hiện tại chỉ có thể xử lý khoảng 20 giao dịch mỗi giây và thậm chí rất khó để hỗ trợ một ứng dụng thương mại quy mô thông thường. sự phát triển của Ethereum ở một mức độ lớn.

Ethereum 2.0 là một kế hoạch đã được thiết lập để giải quyết tắc nghẽn hiệu suất mạng hiện tại của Ethereum. Nó cam kết cải thiện đáng kể khả năng mở rộng và hiệu suất của mạng Ethereum mà không làm giảm tính phi tập trung, để mang các ứng dụng phi tập trung tốt hơn. Thúc đẩy sự bùng nổ của các ứng dụng trong ngành.

Mục tiêu của Ethereum là trở thành một nền tảng thực thi hợp đồng thông minh và tài chính phân tán, trở thành"một máy tính trong thế giới thực". Để đạt được mục tiêu là chiếc máy tính của thế giới, ngay khi mới ra đời vào năm 2014, nó đã đặt ra 4 giai đoạn phát triển: Frontier (biên giới), Homestead (nhà), Metropolis (đô thị), Serenity (sự yên bình). Ba giai đoạn đầu tiên đều áp dụng chế độ PoW và giai đoạn thứ tư"hoà bình"Nó là hình thức cuối cùng của Ethereum, mà chúng ta thường gọi là Ethereum 2.0.

Cho đến nay, ba giai đoạn đầu tiên của Ethereum đã được hoàn thành và quá trình phát triển của giai đoạn thứ 4 đang được tiến hành. Trong giai đoạn này, quá trình chuyển đổi từ PoW sang PoS cũng như các nâng cấp quan trọng như sharding và eWASM thay vì EVM sẽ được hoàn thành .Sau khi nâng cấp xong, hiệu suất của Ethereum Square sẽ được cải thiện rất nhiều.

hợp nhất"hợp nhất"Mô tả hình ảnh

(Lộ trình nâng cấp Ethereum mới nhất)

Kể từ ngày 12 tháng 4, chuỗi đèn hiệu đang hoạt động trơn tru. Dữ liệu trên chuỗi cho thấy Chuỗi Beacon đã có 341.300 nút, với tổng số tích lũy khoảng 10,9046 triệu được cam kếtEthMô tả hình ảnh

hợp nhất

1.2"hợp nhất"sự ra đời

hợp nhất"hợp nhất". Lớp đồng thuận (chuỗi báo hiệu PoS) sẽ được hợp nhất với lớp thực thi (chuỗi gốc PoW) và phần PoW của chuỗi gốc sẽ bị dừng. Nâng cấp này thể hiện sự chuyển đổi chính thức của Ethereum sang sự đồng thuận PoS.

tiêu đề cấp đầu tiên

tiêu đề phụ

2.1 Mô hình kiến trúc của Ethereum 2.0

Từ trên xuống dưới trong sơ đồ mô hình lược đồ Ethereum 2.0 là:

1. Chuỗi chính PoW là mạng chính ban đầu của Ethereum. Trong Ethereum 2.0, nó sẽ tiếp tục hoạt động như một phân đoạn của beacon chain.

2. Beacon Chain là chuỗi đèn hiệu, là phần trung tâm của toàn bộ hệ thống Ethereum 2.0. Sự đồng thuận của Casper điều phối và quản lý tất cả các chuỗi phân đoạn độc lập và song song, đồng thời chịu trách nhiệm chỉ định ngẫu nhiên trình xác minh cho các chuỗi phân đoạn, đóng vai trò quan trọng trong bảo mật của toàn bộ hệ thống. Liên kết chéo được sử dụng làm điểm neo của mỗi phân đoạn để thực hiện giao tiếp giữa các phân đoạn và theo dõi trạng thái hiện tại của từng phân đoạn, cung cấp sự đảm bảo về tính hữu hạn cho Ethereum.

3. Chuỗi phân đoạn là chuỗi phân đoạn và Ethereum 2.0 là nguồn gốc của khả năng mở rộng. Kế hoạch hiện tại là thiết lập 64 chuỗi phân đoạn và mỗi chuỗi phân đoạn có một nhóm ủy ban xác thực chịu trách nhiệm đóng gói và xác minh các khối. Nó có thể đạt được sự gia tăng đáng kể về hiệu suất và dung lượng mạng mà không làm tăng các yêu cầu về phần cứng của nút và không làm giảm mức độ phân cấp.

Mô tả hình ảnh

tiêu đề phụ

2.2 Các giải pháp chính

Chuỗi khối có một vấn đề tam giác bất khả thi nổi tiếng, đó là hệ thống chuỗi khối không thể tối ưu về ba chỉ số là khả năng mở rộng, bảo mật và phân quyền cùng một lúc. Ngay cả khi BCH mở rộng kích thước khối, hiệu quả cải thiện hiệu quả là rất hạn chế, EOS hy sinh tính phi tập trung thông qua sự đồng thuận DPoS để đảm bảo hiệu suất, nhưng nó đã khiến mọi người lo lắng về vấn đề bảo mật. Hiện tại, chuỗi công khai không thể đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng thương mại thực tế về khả năng mở rộng, hiệu quả giao dịch và hiệu suất bảo mật.

Ethereum, được định vị trên nền tảng cơ bản của xã hội phân tán thế hệ tiếp theo, đề xuất các giải pháp sau cho vấn đề tam giác bất khả thi:

Cải thiện hiệu suất và dung lượng mạng thông qua sharding và giải quyết các vấn đề về hiệu suất;

Thông qua cơ chế đồng thuận PoW đến PoS, hạ thấp ngưỡng nút, hỗ trợ nhiều người dùng tham gia hơn và giải quyết vấn đề phân quyền;

Mô tả hình ảnh

(Giải pháp cụ thể của Ethereum 2.0 cho vấn đề tam giác bất khả thi, hình ảnh đến từ Viện nghiên cứu Ouyi)

2.2.1 Giải quyết các vấn đề về hiệu suất - Phân đoạn

Shards - Cải thiện hiệu suất và dung lượng mạng

Mô tả hình ảnh

(Sơ đồ không gian vật lý của Sharding, hình ảnh lấy từ "Báo cáo nghiên cứu công nghệ Sharding" của TokenInsight)

2.2.2 Giải bài toán phân quyền - cơ chế đồng thuận PoW to PoS

Cơ chế đồng thuận PoW đến PoS——giảm ngưỡng nút và hỗ trợ nhiều người dùng tham gia hơn

Theo cơ chế PoW, ngưỡng để trở thành một nút xác minh rất cao, đòi hỏi các máy khai thác chuyên nghiệp đắt tiền phải tạo ra đủ sức mạnh tính toán để cạnh tranh với các đồng nghiệp. Sử dụng cơ chế PoS, Ethereum có thể giảm ngưỡng đầu vào cho các nút xác minh một cách hiệu quả. Bất kỳ người dùng nào cam kết 32 Eth sẽ có cơ hội tham gia ủy ban xác thực, ủy ban này sẽ chọn người xác minh khối và người đề xuất khối theo thuật toán ngẫu nhiên của chuỗi đèn hiệu và không cần phải cạnh tranh về sức mạnh tính toán. Trong số đó, người đề xuất khối đóng gói giao dịch để đề xuất một khối mới và người xác minh khối khác sẽ kiểm tra khối mới và cuối cùng hợp tác để hoàn thành quy trình sản xuất khối, giúp đơn giản hóa đáng kể công việc của nút đồng thuận PoW.

Mô tả hình ảnh

(Quy trình sản xuất khối nút, hình ảnh đến từ Viện nghiên cứu Ouyi)

2.2.3 Giải quyết các vấn đề bảo mật - Beacon Chain, Cơ chế đồng thuận Casper

Việc giới thiệu cơ chế đồng thuận sharding và PoS đã tạo thêm những thách thức bảo mật mới cho Ethereum. Ví dụ: sự cố tấn công 51% phân đoạn đơn do phân đoạn gây ra, sự cố tấn công chi tiêu gấp đôi giữa các phân đoạn và sự cố tấn công vô hại, sự cố tấn công tầm xa và sự cố tấn công đơn giản do cơ chế đồng thuận PoS gây ra. Ethereum kết nối hai loại rủi ro này và giải quyết các vấn đề bảo mật thông qua chuỗi đèn hiệu và cơ chế đồng thuận Casper.

1) Beacon Chain - Giải quyết vấn đề tấn công 51% vào các phân đoạn và tấn công chi tiêu gấp đôi giữa các phân đoạn

Không giống như các chuỗi khối thông thường, chuỗi đèn hiệu dựa trên Slot và Epoch thay vì"khối"như đơn vị cơ bản của thời gian.

Slot (khe thời gian): Trong tương lai, mỗi shard trong Ethereum sẽ có một ủy ban xác thực xác minh khối, thời gian để ủy ban xác nhận hoàn thành xác nhận khối (hiện tại là 12 giây) được chia thành đề xuất khối và khu vực xác minh khối là hai bước. Nếu có thể đạt được sự đồng thuận trong ủy ban xác thực, thì Khe có thể tạo thành công một khối, nếu không, Khe không thể tạo khối, tạo thành một"nhảy qua"Slot, vì vậy tốc độ tạo khối trên chuỗi là không chắc chắn.

Mô tả hình ảnh

(Hình minh họa về Slot và Epoch, hình lấy từ "Block Output and Confirmation")

Chỉ định ngẫu nhiên người xác minh cho hệ thống để giải quyết vấn đề phân mảnh của cuộc tấn công 51%

Tính ngẫu nhiên trong quá trình tạo khối của hệ thống chuỗi khối là rất quan trọng, nó phải được phân phối, có thể kiểm chứng, không thể đoán trước và không thể thay đổi. Đối với chuỗi công khai, khi các nhiệm vụ của toàn bộ mạng được chia thành các phân đoạn khác nhau, sức mạnh tính toán cũng được chia thành các phân đoạn tương ứng. Đối với một phân đoạn duy nhất, chỉ có thể đạt được bảo đảm sức mạnh tính toán 1/n ban đầu, lúc này, độ khó khi phát động một cuộc tấn công 51% vào một phân đoạn đơn lẻ cũng sẽ giảm xuống 1/n ban đầu, điều này sẽ khiến phân mảnh dễ bị tổn thương hơn trước những kẻ khai thác độc hại chiếm quyền kiểm soát. Do đó, đối với một hệ thống phân đoạn, tính ngẫu nhiên tốt là cần thiết để ngăn chặn các phân đoạn cụ thể bị tấn công riêng lẻ và chuỗi đèn hiệu chịu trách nhiệm cung cấp tính ngẫu nhiên này cho hệ thống và nó sẽ chọn ngẫu nhiên các điểm xác minh cho từng phân đoạn.

Ủy ban trình xác nhận là một nhóm các nút xác minh được lựa chọn ngẫu nhiên bởi chuỗi đèn hiệu, chịu trách nhiệm chứng kiến các khối được tạo bởi chuỗi đèn hiệu và từng phân đoạn. Chuỗi đèn hiệu có ủy ban riêng và mỗi phân đoạn có ủy ban xác thực riêng. Các ủy ban chịu trách nhiệm đảm bảo tính bảo mật và tính toàn vẹn của các phân đoạn mà họ cư trú, đồng thời chứng thực trạng thái của các phân đoạn trên chuỗi đèn hiệu.

Trong mỗi Vị trí, chuỗi đèn hiệu sẽ chọn ngẫu nhiên một trình xác thực cho chuỗi trong ủy ban trình xác thực để chịu trách nhiệm tạo ra một khối và một số trình xác thực nhất định khác sẽ kiểm tra khối và xác minh tính chính xác của nó. Khi khối tiếp theo được tạo, một nút xác minh được chọn ngẫu nhiên từ ủy ban để đề xuất tạo khối và một nhóm nút xác minh khác được sử dụng để xác minh tính chính xác.

Sau khi hoàn thành các nhiệm vụ tạo khối và xác minh của một Kỷ nguyên, chuỗi đèn hiệu sẽ chia sẻ lại tất cả các nút xác minh và chọn ngẫu nhiên một ủy ban xác thực mới cho Kỷ nguyên tiếp theo cho mỗi phân đoạn. Với sự trợ giúp của thuật toán tạo số ngẫu nhiên, quy trình bầu chọn các nút xác minh về cơ bản tránh được sự thông đồng giữa các nút xác minh và cải thiện tính bảo mật của giao thức.

Giao tiếp giữa các phân đoạn để giải quyết vấn đề tấn công chi tiêu gấp đôi giữa các phân đoạn

Một cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi đề cập đến việc gửi cùng một khoản tiền cho hai người trở lên. Ngoài ra còn có một vấn đề chi tiêu gấp đôi trong các phân đoạn. Những kẻ tấn công có thể cố gắng gửi cùng một khoản tiền đến các tài khoản trong các phân đoạn khác nhau để thực hiện các cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi. Điều này yêu cầu giao tiếp giữa các phân đoạn để tránh các cuộc tấn công chi tiêu gấp đôi.

Giao tiếp giữa các phân đoạn cần được hoàn thành với sự trợ giúp của chuỗi đèn hiệu. Các phân đoạn giao tiếp trực tiếp với chuỗi đèn hiệu. Chuỗi đèn hiệu sẽ cập nhật đồng bộ các tiêu đề khối của tất cả các phân đoạn dưới dạng thông tin xác minh và các phân đoạn khác nhau có thể giao tiếp thông qua chuỗi đèn hiệu. Khi một khối chuỗi đèn hiệu được hoàn thiện, khối phân đoạn tương ứng được coi là đã hoàn thành và các phân đoạn còn lại có thể dựa vào khối đó để thực hiện các giao dịch giữa các phân đoạn. Là một trung tâm, chuỗi đèn hiệu có thể ghi lại trạng thái và thông tin của tất cả các phân đoạn để tránh các vấn đề chi tiêu gấp đôi.

Mô tả hình ảnh

(Quá trình giao tiếp giữa các phân đoạn, hình ảnh đến từ Viện nghiên cứu Ouyi)

2) Cơ chế đồng thuận Casper - giải quyết các vấn đề về tấn công vô hại, tấn công tầm xa và tấn công đơn giản, đồng thời điều chỉnh hành vi của nút bằng cơ chế khen thưởng và trừng phạt

Casper là giao thức đồng thuận cốt lõi của Ethereum 2.0, chịu trách nhiệm quản lý các nút hệ thống và khen thưởng cũng như trừng phạt người xác minh.

Giải quyết vấn đề tấn công vô hại PoS thông qua cam kết nút và điều chỉnh hành vi của nút bằng cơ chế khen thưởng và trừng phạt

Kể từ khi PoS tồn tại"tấn công vô hại"Vấn đề là theo cơ chế PoS, những người xác minh nút độc hại có thể đặt cược tiền của họ vào chuỗi phân nhánh để thúc đẩy các phân nhánh cứng mà không bị tổn thất. Do đó, chủ sở hữu cần thế chấp một lượng Eth nhất định (hiện tại là 32Eth) cho beacon chain để đăng ký trở thành nút."active"Sau đó, giao thức có thể được chạy.

Đồng thời, chuỗi đèn hiệu cũng sẽ theo dõi và quản lý các nút xác minh. Mỗi khi các nút đóng gói thành công một khối, chúng sẽ nhận được phần thưởng hệ thống Ethereum tỷ lệ thuận với Mã thông báo mà chúng nắm giữ. Các nút chịu trách nhiệm tạo khối, xác minh khối và cần phải trực tuyến mọi lúc để hoàn thành các nhiệm vụ được hệ thống giao cho chúng. Nếu phần lớn người xác minh từ chối khối mà họ đã tạo, nút sẽ đối mặt với nguy cơ mất mã thông báo thế chấp; nếu người xác minh không hoàn thành trách nhiệm bỏ phiếu cho khối, thì Eth đã cam kết của họ cũng sẽ bị tịch thu; nếu số dư của nút xác minh giảm Nếu nó giảm xuống dưới ngưỡng xác minh, nó sẽ bị loại khỏi nhóm nút xác minh và không thể tiếp tục tham gia vào công việc xác minh. Do đó, Casper buộc những người xác thực phải hành động trung thực và tuân thủ các quy tắc đồng thuận thông qua hệ thống thưởng và phạt.

Đảm bảo tính hữu hạn của chuỗi, tránh tấn công PoS tầm xa, tấn công đơn giản

Tấn công tầm xa đề cập đến việc bắt đầu từ khối genesis, tạo ra một chuỗi dài hơn chuỗi chính ban đầu và can thiệp vào lịch sử giao dịch để thay thế chuỗi chính ban đầu. Tấn công đơn giản đề cập đến cuộc tấn công được hình thành bởi chuỗi nhánh tạo ra càng nhiều khối càng tốt trong một đơn vị thời gian, để vượt quá độ dài của chuỗi chính ban đầu. So với PoW, PoS không có cơ chế buộc trễ giữa hai khối, kẻ tấn công có thể khiến chuỗi viết lại lịch sử đuổi kịp chuỗi chính ban đầu trong thời gian ngắn, nếu nó được xác định theo nguyên tắc của chuỗi dài nhất, rất có khả năng chuỗi chính thực sự bị soán ngôi.

Mô tả hình ảnh

tiêu đề cấp đầu tiên

tiêu đề phụ

3.1 Triển vọng

3.1.1 Xác lập tình trạng ngành

Nếu Ethereum 2.0 được triển khai thành công, nó sẽ giải quyết hoàn toàn nút cổ chai về hiệu suất của Ethereum. Với quy mô sinh thái lớn nhất hiện tại, phí gas thấp hơn và tốc độ giao dịch nhanh hơn sau khi nâng cấp, cùng với trải nghiệm nhà phát triển tốt hơn của eWASM và khả năng tiếp cận cao hơn, Ethereum sẽ trở thành một sự tồn tại không bị gián đoạn trong lĩnh vực chuỗi công cộng.

3.1.2 Thúc đẩy thịnh vượng sinh thái

tiêu đề phụ

3.2 Rủi ro

3.2.1 Rủi ro hạ cánh

Sự phát triển của Ethereum 2.0 khó khăn hơn, mặc dù khuôn khổ của Ethereum đã được xác định nhưng nhiều chi tiết vẫn đang được thảo luận và sửa đổi, đồng thời có những rủi ro khi triển khai. Có thể thấy từ sơ đồ kiến trúc rằng việc hoàn thành Ethereum 2.0 đòi hỏi một số đổi mới công nghệ lớn.Việc thực hiện bảo vệ hợp đồng thông minh và bản thân bảo vệ trạng thái là cực kỳ khó thiết kế và phát triển.Ngoài ra, cần xem xét việc tích hợp với chuỗi gốc. Quá trình chuyển đổi và khả năng tương thích càng làm tăng độ khó thực hiện. Là một nền tảng đã được phát triển trong vài năm, cấu trúc mã của Ethereum đã trở nên rất phức tạp, lớp dưới cùng rất nặng và rất khó sửa đổi, việc sửa đổi cấu trúc ban đầu sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể, cần nhiều yếu tố được xem xét.

3.2.2 Rủi ro cạnh tranh

Mô tả hình ảnh