Dalle Prove in Tempo Reale ai Rollup Nativi: La Fase Finale dello Scaling di Ethereum Guidata da ZK

Autore: imToken

Nota dell'editore: Ethereum si sta dirigendo verso una nuova era di scalabilità con 10.000 TPS, e la tecnologia di dimostrazione a conoscenza zero (ZK) sta diventando una forza trainante chiave. Questo articolo è il secondo della nostra "Roadmap Ethereum 10.000 TPS", incentrato sulle difficoltà tecniche delle prove in tempo reale, sulla logica di partecipazione del Prover, sulle sfide di sicurezza durante il passaggio a L1 e su come il "Rollup nativo" diventa la forma definitiva della scalabilità ZK.

Se la ZK-izzazione è il punto di partenza della ricostruzione tecnologica di Ethereum, allora la "prova in tempo reale" e il "Rollup nativo" sono i collegamenti di implementazione fondamentali di questa rivoluzione di espansione.

In questo articolo, continueremo a esplorare in profondità come ottenere una prova ZK in tempo reale di 12 secondi sulla mainnet Ethereum, quali sono la soglia hardware e il meccanismo di incentivazione per diventare un Prover, e come il Rollup nativo riscriverà il panorama di Ethereum L2.

01. Prova in Tempo Reale: Il Pezzo Chiave della Scalabilità di Ethereum

Nella roadmap di Ethereum verso i 10.000 TPS, c'è una svolta tecnologica indispensabile: la prova in tempo reale.

Il co-fondatore di Succinct Uma Roy ha spiegato: "La prova in tempo reale si riferisce alla capacità di completare il processo di generazione della prova ZK per un blocco sulla mainnet Ethereum in meno di 12 secondi."

Cosa significa questo? Una volta raggiunta la prova in tempo reale, Ethereum sarà in grado di incorporare la sua logica di verifica dei blocchi nel protocollo stesso e aumentare il limite di gas quasi "arbitrariamente" senza sacrificare la verificabilità, ottenendo così un'espansione massiccia di L1 (Nota dell'editore: Il tempo di generazione di ogni blocco sulla mainnet Ethereum è di 12 secondi, quindi "tempo reale" significa che la prova viene completata entro ogni ciclo di blocco).

Tuttavia, per ottenere una prova in tempo reale, la tecnologia zkVM da sola non è sufficiente, e sono necessarie anche modifiche al livello del protocollo Ethereum.

Ladislaus della Ethereum Foundation ha sottolineato che un meccanismo chiave dovrebbe essere introdotto nell'aggiornamento Glamsterdam del prossimo anno - "disaccoppiamento della verifica dei blocchi e dell'esecuzione immediata", che fornirà al Prover (verificatore) più tempo per generare la prova zkEVM all'interno di uno slot completo, realizzando così un vero e proprio elaborazione in tempo reale.

In termini di implementazione tecnica, Succinct ha rilasciato il suo ultimo zkVM SP1 Hypercube, che può generare prove per il 93% dei 10.000 blocchi della mainnet in tempo reale su un cluster di 200 GPU.

Roy ha espresso fiducia che potrebbero aumentare questo tasso di successo al 99% entro la fine dell'anno. Mentre alcuni blocchi difficili potrebbero ancora impedire la generazione di prove in un numero molto piccolo di blocchi, il design del protocollo incorpora meccanismi di tolleranza ai guasti, come consentire di saltare tali blocchi e continuare con quello successivo.

Inoltre, Ethereum sta considerando di ridurre il tempo di blocco da 12 secondi a 6 secondi (come un'altra potenziale proposta per Glamsterdam), il che migliorerà significativamente l'esperienza dell'utente e la velocità di conferma delle transazioni, ma questo mette anche ulteriore pressione sul ZK Prover - per il prover, la difficoltà del compito è raddoppiata.

Tuttavia, Roy non è preoccupato. Dopotutto, le prestazioni della tecnologia ZK possono essere migliorate di 10 volte ogni anno, quindi può far fronte anche se il tempo di blocco viene dimezzato.

A giugno, Linea ha anche annunciato che il 100% delle attività on-chain sulla sua rete è coperto da prove ZK. Sebbene il TPS attuale di Linea sia solo 2, questa non è una limitazione di prestazioni, ma è limitata dalle esigenze di utilizzo.

Vale la pena notare che l'intervallo di blocco di Linea è di soli 2 secondi, e la prova ZK viene caricata su Ethereum L1 per la verifica tramite smart contract. Questo modello potrebbe essere il precursore della "ZKizzazione" della futura mainnet.

02. La Soglia Hardware per il Prover ZK di Ethereum è Alta?

Generare prove ZK in tempo reale richiede potenti risorse di calcolo.

Gli obiettivi tecnici iniziali della Ethereum Foundation per il Prover sono di mantenere i costi hardware al di sotto di $100.000 e il consumo energetico al di sotto di 10 kilowatt, approssimativamente equivalente al consumo energetico di una batteria domestica Tesla Powerwall.

Questo numero non suona affatto "leggero". Il critico di Ethereum Justin Bons (fondatore di Cyber Capital) lo ha definito "requisiti hardware folli che superano di gran lunga i nodi validatori di Solana", ma questo in realtà confonde due ruoli completamente diversi.

Ladislaus del team di coordinamento del protocollo della Ethereum Foundation ha sottolineato che Prover e Validator hanno responsabilità diverse e non dovrebbero essere confusi. I validatori eseguono i nodi e partecipano al consenso, mentre il compito del Prover è generare prove ZK. Una volta che la prova ZK di una transazione è generata correttamente, la rete deve solo verificare se la prova è corretta, senza la necessità di rieseguire la transazione.

Per questo motivo, Ladislaus ha espresso ottimismo: "Finché si può trovare un prover onesto che soddisfi i requisiti hardware, Ethereum può continuare a operare in modo sicuro. Abbassiamo deliberatamente la soglia al di sotto del data center. Anche se non è una grande istituzione o un data center, qualsiasi sviluppatore individuale con capacità tecniche può eseguire Prover a casa."

Attualmente, questa configurazione hardware da $100.000 è solo un obiettivo iniziale. La ricercatrice della Ethereum Foundation Sophia Gold prevede che il Prover mainstream soddisferà lo standard prima della Conferenza degli sviluppatori Devconnect Argentina a novembre di quest'anno.

Il co-fondatore di Succinct Roy prevede che entro l'inizio del prossimo anno, il requisito GPU possa essere ridotto a circa 16 schede grafiche, e il costo totale sarà controllato tra $10.000 e $30.000.

Allo stesso tempo, Succinct ha costruito una rete decentralizzata composta da "centinaia di prover" sulla rete di test, generando milioni di prove in totale.

La logica di base di questo sistema è la prova competitiva, cioè tutti i Prover partecipano all'offerta, e in ogni round viene selezionato un vincitore per eseguire la prova zk. L'obiettivo è consentire ai partecipanti con tempi più brevi e costi inferiori di vincere, formando un meccanismo di offerta di potenza di calcolo.

Ciò significa che nel futuro di Ethereum guidato da ZK, lo spirito dei miner riapparirà in un'altra forma - tranne che il loro ruolo è cambiato dal calcolo dei blocchi al calcolo delle prove.

03. Passaggio della Mainnet all'Architettura ZK: Una Migrazione di Sistema Altamente Difficile

Passare la mainnet Ethereum L1 a un'architettura di dimostrazione a conoscenza zero (ZK) è un'altra sfida tecnica quasi dello stesso livello dopo la transizione da proof-of-work (PoW) a proof-of-stake (PoS) nel 2022. L'intero processo non solo richiede la ricostruzione del livello di protocollo, ma richiede anche un'attenta considerazione di vari potenziali scenari limite e rischi per la sicurezza per prevenire interruzioni della rete.

A una conferenza EthProofs a luglio, il ricercatore Justin Drake ha delineato diversi rischi potenziali. Ad esempio, un attaccante malintenzionato potrebbe inserire un cosiddetto "prover killer" in un blocco, rendendo inefficace l'intero meccanismo di verifica della rete. In alternativa, un improvviso calo dell'attività di rete potrebbe comportare commissioni di transazione insufficienti per coprire il costo di generazione delle prove ZK, influenzando la sostenibilità della rete.

Ladislaus del team di coordinamento del protocollo della Ethereum Foundation ha affermato che l'intero processo di transizione potrebbe richiedere diversi anni, con particolare attenzione ai rischi per la sicurezza. La macchina virtuale ZK (zkVM) è una tecnologia complessa ancora nelle sue prime fasi, e varie vulnerabilità sono altamente probabili. Tuttavia, man mano che l'ecosistema matura, la sua fattibilità e robustezza su L1 di Ethereum possono essere gradualmente migliorate attraverso l'introduzione di diversi sistemi di prova (diversità di prova), meccanismi di incentivazione migliorati e verifica formale.

Allo stesso tempo, Ethereum prevede anche di ristrutturare fondamentalmente il suo livello di consenso, ovvero costruire una nuova struttura chiamata "Beam Chain". L'obiettivo è essere ottimizzato per ZK e amichevole fin dall'inizio del design. Drake ha persino affermato che in futuro, l'intero lavoro di verifica dei dati di Ethereum potrà essere completato sulla CPU di un normale laptop.

04. "Snarkizzazione" della Mainnet: Il Rollup Nativo sta Arrivando

Mentre la mainnet Ethereum sta integrando zkEVM, un'altra visione a lungo termine sta gradualmente emergendo: il Rollup nativo.

I Rollup attuali (sia di tipo Optimistic che ZK) utilizzano tutti un sistema di prova indipendente, la cui sicurezza si basa sul proprio meccanismo di validatore o ordinatore, e ci sono alcune ipotesi di fiducia tra loro e la mainnet Ethereum.

La visione del "Rollup nativo" è completamente diversa - integrando zkEVM nella mainnet, i validatori Ethereum L1 possono verificare direttamente la prova di transizione di stato del Rollup, realizzando così L2 che è veramente verificato e protetto dalla mainnet.

Ciò richiede l'aggiunta di un codice chiave "execute precompile" al client Ethereum L1, consentendo ai validatori di verificare direttamente la prova di trasferimento di stato ZK generata da L2. Come ha detto Ladislaus, il coordinatore del protocollo della Ethereum Foundation, "I validatori L1 consumeranno le prove di esecuzione di questi Rollup e verificheranno la loro correttezza."

In altre parole, se il Rollup nativo diventa realtà, in futuro, sia che si tratti di una transazione che avviene su L1 o di una transazione che avviene su Rollup nativo, il suo regolamento finale e la sicurezza saranno garantiti dallo stesso gruppo di validatori Ethereum, e il livello di fiducia sarà esattamente lo stesso.

Ciò significa che depositare $10 milioni su un Rollup nativo sarà sicuro come depositarli direttamente sulla mainnet Ethereum.

Declan Fox, leader del progetto Linea, ha affermato che il loro obiettivo a lungo termine è diventare un Rollup nativo. Ritiene che questa sia una "versione aggiornata" della soluzione di sharding di ETH 2.0 - non più eseguendo rigidamente 64 catene di shard con la stessa struttura, ma costruendo un sistema Rollup eterogeneo in modo altamente programmabile e personalizzabile per servire diversi scenari e esigenze degli utenti.

A differenza dell'architettura di sharding omogenea di ETH 2.0 del passato, il Rollup nativo può essere eterogeneo, fornendo agli utenti finali un'esperienza applicativa più diversificata e differenziata.

Sebbene il Rollup nativo non sia ancora stato ufficialmente incluso nella roadmap di Ethereum, con il lancio ufficiale di zkEVM e la graduale ricostruzione dell'architettura L1, la preimpostazione di interfacce e logica precompilata per esso è chiaramente diventata una tendenza tecnologica prevedibile.

Ladislaus ha concluso: "Ethereum ha un alto grado di sinergia tecnica tra la Snarkificazione dell'EVM (cioè, l'integrazione delle capacità di prova ZK) e la promozione dei Rollup nativi, poiché i due condividono lo stack tecnologico ZK sottostante." Naturalmente, questo processo deve ancora passare attraverso la governance della comunità Ethereum, formare un EIP (Ethereum Improvement Proposal) e alla fine essere distribuito in un hard fork.

Se tutto va bene e siamo ottimisti, l'EIP pertinente potrebbe essere presentato entro la fine dell'anno e lanciato nel fork dopo l'aggiornamento Glamsterdam.

Tuttavia, questa tempistica rimane altamente incerta e deve essere vista con cautela.