Comprendre l’orientation du développement d’Ethereum : comment fonctionne le mécanisme PoS de la chaîne Beacon ?

【TL ; DR】

1. La fondation Ethereum a récemment annoncé qu'elle allait bannir les termes "Ethereum 1.0" (ETH1) et Ethereum 2.0 (ETH2) et utiliser respectivement "couche exécutive" et "couche de consensus".

2. Slot, epoch et validator sont des termes clés du mécanisme PoS de la chaîne de balises.

3. Si la chaîne de balises est comparée au cœur de la nouvelle génération d'Ethereum, le slot et l'epoch sont les cycles de battement du cœur.

4. En raison de la conception de sécurité de l'algorithme Ethereum, ce mécanisme de consensus PoS est considéré comme sûr.


Le 25 janvier 2021, Vitalik Buterin, le fondateur d'Ethereum, a publié un article intitulé Paths toward single-slot finality sur ethereum.org, qui présentait ses derniers plans pour le développement d'Ethereum.

Comprendre son chemin de développement est très important pour comprendre Ethereum, mais il y a encore quelques problèmes conceptuels à résoudre avant de lire l'article publié par Vitalik Buterin. Après la mise à niveau d'Ethereum vers le mécanisme PoS, comment va-t-il générer et confirmer les blocs de la chaîne de balises et comment va-t-il assurer sa sécurité sont les questions que nous avons recherchées et auxquelles nous avons apporté des réponses.

Introduction au plan de mise à niveau d'Ethereum

Depuis la croissance rapide de l'application d'Ethereum, l'évolutivité a été un sujet de perplexité pour Ethereum et ses utilisateurs. En tant que projet blockchain de contrat intelligent le plus populaire à l'heure actuelle, Ethereum a un énorme volume de transactions, ce qui entraîne souvent une congestion, et les frais de traitement restent élevés, ce qui affecte grandement l'expérience d'utilisation des commerçants et la promotion de divers projets. Afin de résoudre le problème de performance du réseau Ethereum, les concepts de couche 2 et d'Ethereum 2.0 sont nés pour mettre Ethereum à l'échelle.

Ethereum 2.0 est une version améliorée d'Ethereum 1.0, avec le code de phase "Serenity". Ethereum 1.0 utilise le mécanisme de consensus PoW, qui est le même que celui du Bitcoin, tandis qu'Ethereum 2.0 utilise le mécanisme de consensus PoS, qui est plus économe en énergie et plus efficace que le mécanisme PoW. Après la mise à niveau, Ethereum formera une structure "beacon chain + shard chain + layer 2". Le bloc de la chaîne de balises contiendra directement les informations relatives aux transactions. Avant la mise à niveau, le contenu de la chaîne PoW sera transféré de manière transparente à la chaîne beacon. Ce processus est appelé "la fusion". Après la fusion, Ethereum se tournera complètement vers le mécanisme de consensus PoS.

Cependant, Ethereum 1.0 et Ethereum 2.0 ne sont pas la simple relation entre le second et le premier, qui est souvent mal comprise et même trompée par les hors-la-loi.

À l'approche de la fusion, la fondation Ethereum a également annoncé récemment qu'elle allait bannir l'utilisation des termes "Ethereum 1.0" (ETH1) et Ethereum 2.0 (ETH2) et utiliser respectivement "couche d'exécution" et "couche de consensus".

Parmi elles, la couche d'exécution stocke tous les contrats intelligents et les règles du réseau sur Ethereum, et la couche de consensus est chargée de gérer le consensus PoS. Après la fusion, les deux chaînes seront combinées en une seule et deviendront un Ethereum complet à l'avenir.



Le processus de mise à niveau d'Ethereum sera réalisé étape par étape. En décembre 2020, la chaîne de balises (précédemment connue sous le nom d'Ethereum 2.0) basée sur le mécanisme PoS a été lancée, et les utilisateurs ont misé des ETH dessus pour obtenir des revenus. La mise à niveau de Berlin et de Londres en 2021 a ajusté la chaîne beacon et introduit un mécanisme de destruction des frais pour contrôler temporairement les frais de gaz. En 2022, le réseau principal Ethereum actuel sera fusionné avec la chaîne de balises, c'est-à-dire que la "couche exécutive" et la "couche de consensus" mentionnées ci-dessus ainsi que l'histoire, le statut et le contrat intelligent du réseau principal d'origine seront complètement hérités. Le sharding peut se produire plus tard que la fusion, et devrait se produire en 2022 ou 2023.

Cela est principalement dû au développement vigoureux de la couche 2, qui allège la pression sur les performances d'Ethereum. L'objectif principal du sharding est d'améliorer encore les performances d'Ethereum et de réduire la congestion du réseau. Un total de 64 chaînes de sharding sera lancé à ce moment-là.

Pour une explication détaillée de la mise à niveau d'Ethereum, veuillez vous reporter à notre précédent article de blog :
La fin de la partie : Découvrir la solution optimale pour la mise à l'échelle de la blockchain avec Vitalik Buterin.
La couche 2 et la future mise à jour Sharding qui sera activée en 2022 seront-elles la solution ultime d'Ethereum pour augmenter l'évolutivité ?

Introduction au mécanisme PoS de la chaîne Beacon : Slot, Epoch et Validator

Le créneau, l'époque et le validateur mentionnés dans l'article de Vitalik sont des termes clés du mécanisme de PoS de la chaîne de balises.

La chaîne Beacon sera le cœur d'Ethereum à l'avenir. En plus de fournir une preuve d'enjeu (PoS) pour l'ensemble d'Ethereum et de former une couche de consensus, elle jouera également le rôle de synchronisation avec les autres liens transversaux de la chaîne shard. Les utilisateurs peuvent alors miser de l'ETH sur la chaîne beacon, déposer 32eth dans le compte du contrat de dépôt sur Ethereum 1.0, et devenir le validateur d'Ethereum. Ces validateurs sont des "mineurs virtuels" sur Ethereum, ce qui est particulièrement important pour le block out d'Ethereum.

Si nous comparons la chaîne de balises au cœur de la nouvelle génération d'Ethereum, le slot et l'epoch sont les cycles de battement du cœur. Chaque slot dure 12 secondes, et chaque époque est composée de 32 slots (une autre version de la spécification technique précédente disait qu'un slot unique durait 6 secondes et que 64 slots constituaient une époque). Toutes les chaînes de shards doivent être synchronisées avec les slots et les époques de la chaîne de balises. Par conséquent, chaque époque dure environ 6,4 minutes.


Sur Ethereum (Ethereum 1.0), qui utilise actuellement le mécanisme PoW, le système génère un bloc toutes les 15 secondes. Dans la future mise à niveau d'Ethereum, l'intervalle de temps entre chaque bloc est incertain ; cependant, dans le cadre du mécanisme PoS, pour chaque slot, la chaîne de balises sélectionnera aléatoirement un nœud du validateur pour devenir un proposant de bloc. Pour la chaîne shard, chaque slot génère également un proposant de bloc.


En outre, à chaque époque, la chaîne de balises répartira uniformément les validateurs dans chaque créneau, puis sélectionnera de manière aléatoire les nœuds du réseau (au moins 128 dans chaque groupe) parmi les validateurs de chaque créneau pour devenir les comités. Les nœuds du Comité seront chargés d'attester les blocs générés par la chaîne de balises et la chaîne de shards, pondérés par sa balance, la validité des blocs de la chaîne de balises et des blocs de shards est jugée par un vote. Si le comité parvient à un consensus sur la validité du bloc, le bloc sera confirmé sur la chaîne, un nœud sera sorti avec succès dans ce slot, les données du vote du certificateur seront enregistrées sur la chaîne, et le validateur sera récompensé.

Au contraire, si aucun consensus n'est atteint, le slot sera vide. De plus, si le proposant du bloc dans le slot est hors ligne, il y aura également un slot vide. En raison de l'existence de slots vides, le slot généré par le bloc n'est pas fixe. Après une époque entière (c'est-à-dire 32 créneaux ou environ 6,4 minutes), le système sélectionne à nouveau les nœuds parmi les validateurs, organise et forme à nouveau un comité de validation. Après le lancement officiel des shardings, chaque sharding aura également son propre proposant de bloc et son propre comité de validation dans chaque slot et chaque époque. Après avoir effectué la validation, les membres de la chaîne de sharding doivent également connecter la tête de la chaîne de sharding à la chaîne de balises. Ce processus est appelé réticulation ou création de liens transversaux.


Dans le mécanisme de consensus PoW actuel, chaque nœud doit valider et exécuter chaque transaction dans le réseau, ce qui entraîne une énorme surcharge. Relativement parlant, le mécanisme de consensus PoS fonctionne plus rapidement et consomme moins d'énergie. En outre, grâce à la conception de la sécurité de l'algorithme PoS d'Ethereum, ce mécanisme de consensus PoS est très sûr. Théoriquement, tant que tout validateur détient moins de 1/3 des enjeux de tous les validateurs, il peut garantir que le nombre de pirates potentiels dans chaque comité est inférieur à 1/3, et le système ne peut pas être piraté.

En ce qui concerne le nombre de nœuds, comme chaque comité a besoin de 128 nœuds pour assurer la sécurité, le nombre total de nœuds doit atteindre 128 * 32 = 4096 pour assurer la meilleure sécurité. Lorsque le nombre total de nœuds est supérieur à 4096 * 2 = 8192, chaque emplacement peut être attribué à deux ou plusieurs comités pour la validation.


Conclusion

La mise à niveau d'Ethereum va être un événement historique dans le domaine des crypto-monnaies. Dans le prochain article, nous continuerons à discuter de l'orientation du développement d'Ethereum publié par Vitalik.
Restez à l'écoute !


Auteur : Observateur Gate.io: Edward.H
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