Leia rapidamente a nova proposta de consenso da camada Ethereum Beam Chain de Justin

Escrito por: Tia, Techub News

No Mainstage do Devcon tailandês de ontem, o pesquisador da Ethereum Justin Drake fez o lançamento do Beam Chain em forma de palestra. O Beam Chain é uma proposta de redesign da camada de consenso da Ethereum feita por Justin, que visa aprimorar ainda mais o Beacon Chain, avançando em direção à visão final da Ethereum. Este artigo irá fornecer uma visão geral dos objetivos de melhoria da proposta Beam Chain e das implementações técnicas relacionadas.

Embora seja um redesenho da camada de consenso, o Beam Chain continuará a utilizar tokens da Ethereum, sem emitir novos tokens ou uma nova rede de emissão.

Porque propôr a Beam Chain?

Ethereum tem três camadas: a camada de execução, a camada de dados e a camada de consenso. A camada de execução é a parte do Ethereum que lida com transações e executa contratos inteligentes, gerenciando diretamente o estado e a lógica da aplicação. A camada de dados é responsável pelo armazenamento de uma grande quantidade de dados, envolvendo o armazenamento de dados de longo prazo necessários para a aplicação. Essas duas camadas pertencem às camadas que interagem diretamente com a aplicação, e qualquer alteração terá um impacto direto na compatibilidade destas camadas.

A camada de Consenso é responsável por garantir o consenso dos dados entre os nós da rede, sem lidar diretamente com o estado ou os dados da aplicação. Essa indireção torna mais fácil introduzir inovações e atualizações, sem afetar diretamente a aplicação. Portanto, melhorias na camada de Consenso, como a proposta do Beam Chain, podem oferecer espaço para inovação sem comprometer a compatibilidade da camada de aplicação.

Além disso, a Beacon Chain é um design de 5 anos atrás e está muito desatualizada. Após 5 anos, o mercado tem uma compreensão completa de alguns erros da Beacon Chain e uma compreensão mais aprofundada do MEV. Aproveitando o avanço da tecnologia SNARK, uma série de correções foram feitas na camada de consenso da ETH aproveitando esse avanço.

Objetivos do Beam Chain

Pode-se dividir o alvo em três partes: Bloco produção, stake, criptografia.

O Bloco tem três metas de produção, principalmente relacionadas ao MEV: primeiro, planeja aumentar a resistência à censura com a inclusão de listas; segundo, isolar os validadores da produção do Bloco por meio de separação de Attester Proposer e leilões de execução; terceiro, alcançar slots mais rápidos, reduzindo o tempo do slot para 4 segundos.

A meta da stake é melhorar a curva de emissão atual, reduzir o limite de stake de 32 ETH para 1 ETH e alcançar a finalidade rápida de um único slot.

O objetivo da seção criptográfica é usar o zkVM para tornar a cadeia snarkificada; manter a segurança criptográfica do ETH para que ela possa durar décadas ou até centenas de anos; e manter a forte aleatoriedade usando o MinRoot VDF, entre outros.

Para a realização desses objetivos, Justin dividiu esses objetivos em duas categorias. A parte verde deve ser concluída de forma gradual, enquanto a parte vermelha deve ser concluída simultaneamente como um todo.

A título de exemplo, no caso da snarkificação (uso da tecnologia zk-SNARKs para provar dados ou cálculos), se desejar alcançar provas em tempo real, é necessário fazer ajustes estruturais no sistema, incluindo funções hash, método de assinatura, bem como alterações na serialização e Merkleização. O método de assinatura deve ser capaz de gerar e verificar rapidamente, e requer serialização para permitir a transmissão e armazenamento de estruturas de dados complexas entre Nós, além de processar os dados serializados em uma árvore de Merkle para atender às necessidades de formatação e transformação verificáveis de dados para Prova de conhecimento zero, bem como eficiente verificação de estado.

Cadeia Beam com ZK

No passado, o Consenso do Ethereum passou por uma mudança de POW para POS, e no mecanismo da Beam Chain, o Consenso passará por uma atualização mais avançada - totalmente ZK, ou seja, aplicando snarks a toda a camada de Consenso.

Cadeia de snarkificação

É importante enfatizar que a parte snarkified existe apenas na transição de estados, mas alguns cálculos em nível fundamental (cálculos lógicos feitos antes da transação ou transição de estados pelo Mecanismo de consenso), na camada de rede (comunicação e transmissão de dados entre Nó), gestão de cache e otimização de desempenho permanecem inalterados e não são afetados pelo ZK.

O código de implementação da Beam Chain (por exemplo, a lógica central da Beam Chain escrita em Go ou Rust e o código do algoritmo de consenso) precisa ser convertido para um formato compreensível pelo zkVM. Após a compilação do código de implementação da Beam Chain para o formato de código zkVM, o zkVM pode executar esse código, ler as entradas externas da cadeia de blocos, verificar a legalidade do processo de transição de estado e gerar uma Prova de Conhecimento Zero.

zkVM é um ambiente que executa uma Máquina Virtual de prova de conhecimento zero (zk-SNARKs) e é capaz de entender códigos em formatos específicos para realizar a validação. O processo de compilar o código em um formato executável pelo zkVM pode envolver a transformação de uma linguagem de alto nível (como Go ou Rust) em um formato intermediário de baixo nível (como o conjunto de instruções RISC-V) e, em seguida, executá-lo no zkVM.

Atualmente, o RISC-V tornou-se o padrão da indústria para o zkVM. Atualmente, sete empresas oferecem Risc-v zkVM.

Attestation snarkification

Outra parte que utiliza snark é a assinatura agregável, ou seja, o processo de compressão das assinaturas de vários validadores e testemunhas, agregando grande quantidade de assinaturas em uma única prova verificável.

Esperamos ter segurança pós-quântica (resistente a ataques quânticos) para assinaturas agregadas, e é por isso que se espera usar a função hash aqui. As funções hash têm níveis de segurança pós-quântica e podem ser usadas como componentes básicos ou módulos fundamentais em sistemas criptográficos. Com snarks baseados em hash, milhares de assinaturas podem ser comprimidas em uma prova. Isso é a assinatura agregada pós-quântica. Além disso, essa assinatura agregada pós-quântica é infinitamente recursiva. Você pode sobrepor continuamente várias assinaturas agregadas para alcançar uma eficiência de compressão ainda maior, o que representa uma melhoria significativa em comparação com a agregação de assinaturas BLS tradicionais.

Nos últimos meses, a tecnologia de função de hash snark melhorou significativamente, permitindo a geração rápida de provas por meio de um notebook e a conclusão de cerca de 2 milhões de operações de hash por segundo. Essa melhoria de desempenho torna os esquemas de assinatura agregada pós-quântica mais práticos na realidade, possibilitando a encriptação eficiente e resistente a ataques quânticos.

Além disso, a Beam Chain snarkizada comprime os processos complexos de verificação, armazenamento e cálculo, permitindo que uma série de infraestruturas como libp2p, ssz, pyspec, protocolguild, que originalmente não poderiam ser usadas diretamente na Beacon Chain, sejam implementadas.

Plano de Cronograma

No planeamento da linha temporal, Justin planeia definir as especificações em 2025, construir em 2026 e testá-la em 2027. Atualmente, duas equipas estão dispostas a desenvolver o cliente Beam Chain Consenso: uma é a Zeam lambda da Índia e a outra é a Lambda da América do Sul.