Escrito por: Tia, Techub News

No Mainstage de ontem na Devcon da Tailândia, o pesquisador da ETH, Justin Drake, lançou a proposta Beam Chain em forma de discurso. A Beam Chain é uma proposta de redesign da camada de consenso da ETH, que é uma atualização adicional para a Beacon Chain, avançando em direção à visão final da ETH. Este artigo apresentará uma visão geral dos objetivos de melhoria da proposta Beam Chain e de suas implementações técnicas relacionadas.

Embora seja um redesign da camada de consenso, o Beam Chain ainda usará Tokens da rede Ethereum, não emitirá novos Tokens e nem uma nova rede de emissão.

Por que propor o 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 processa 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 dessas camadas.

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

Além disso, a Beacon Chain foi projetada há 5 anos e já está muito desatualizada. Ao longo dos últimos 5 anos, o mercado tem uma compreensão completa de alguns erros da Beacon Chain e uma compreensão mais profunda do MEV. Com a tecnologia SNARK tendo avanços, aproveitamos a oportunidade para realizar uma série de reparos na camada de consenso do ETH.

Objetivos do Beam Chain

O destino pode ser dividido em três partes: produção de blocos, stake e criptografia.

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

O objetivo da seção de stake é melhorar a curva de emissão atual, reduzir o limite de entrada do stake de 32 ETH para 1 ETH e alcançar uma finalidade rápida e definitiva em um único slot.

O objetivo da seção de criptografia é realizar a snarkification da cadeia usando zkVM; manter a segurança criptográfica da Éter por dezenas ou até centenas de anos; e manter uma forte aleatoriedade usando MinRoot VDF, etc.

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

No exemplo da snarkifacation (usando a tecnologia zk-SNARKs para comprovar dados ou cálculos), se desejar realizar provas em tempo real, será necessário fazer ajustes estruturais no sistema, incluindo mudanças nas funções de hash, métodos de assinatura, serialização e merkleização. Os métodos de assinatura devem ser capazes de gerar e verificar rapidamente, e a serialização deve permitir a transmissão e armazenamento de estruturas de dados complexas entre nós, bem como a transformação dos dados serializados em uma árvore de Merkle, atendendo assim à necessidade de formatar e transformar os dados de forma verificável para Prova de Conhecimento Zero, e efetuar a verificação eficiente do estado.

Cadeia Beam com ZK

No passado, o Consenso do Ethereum passou por uma transição de POW para POS, enquanto no mecanismo da Beam Chain, o Consenso passará por uma atualização mais avançada - tornando-se completamente ZK, ou seja, aplicando snark em toda a camada de Consenso.

Cadeia de snarkification

É importante enfatizar que a parte que é snarkified só existe em transições de estado, mas alguns dos cálculos de nível básico (cálculos lógicos feitos pelo Mecanismo de consenso antes de processar transações ou transições de estado), a camada de rede (comunicação e transferência de dados entre Nó), gerenciamento de cache e otimizações de desempenho permanecem inalterados e não são afetados pelo ZK.

O código de implementação da Beam Chain (como a lógica central da Beam Chain e o código do algoritmo de consenso escritos em Go ou Rust) precisa ser convertido para um formato compreensível pelo zkVM. Depois que o código de implementação da Beam Chain é compilado para o formato de código zkVM, o zkVM pode executar esse código, ler a entrada externa da cadeia de blocos, verificar a legalidade do processo de transição de estado e gerar prova de conhecimento zero.

zkVM é um ambiente que executa Máquina virtual de conhecimento zero, capaz de entender códigos em formatos específicos para realizar a verificação de prova de conhecimento zero. O processo de compilar o código para um formato executável pelo zkVM pode envolver a conversão de linguagens de alto nível (como Go ou Rust) para um formato intermediário de baixo nível (como o conjunto de instruções RISC-V) e depois executá-lo no zkVM.

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

Atestação****snarkificação

Outra parte que utiliza snark é a assinatura agregável (aggregatable signatures), que é o processo de compressão das assinaturas de vários validadores e testemunhas (attesters), agregando um grande número de assinaturas em uma única prova verificável.

Esperamos ter segurança de assinatura agregada pós-quântica (resistente a ataques quânticos), portanto, espera-se o uso de funções hash aqui. Funções hash têm um nível de segurança pós-quântica e podem ser usadas como componentes básicos ou módulos fundamentais de sistemas criptográficos. Usando snarks baseados em hash, milhares de assinaturas podem ser comprimidas em uma prova. Isso é assinatura agregada pós-quântica. Além disso, essa assinatura agregada pós-quântica é recursiva ilimitada, você pode continuar agregando várias assinaturas agregadas para obter maior eficiência de compressão, o que representa uma grande melhoria em relação à assinatura agregada BLS tradicional.

Nos últimos meses, a tecnologia de função hash snark tem feito avanços significativos, permitindo a geração rápida de provas em laptops 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 vida real, proporcionando a possibilidade de criptografia eficiente e resistente a ataques quânticos.

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

Planeamento do Cronograma

No planeamento do cronograma, Justin planeia definir as especificações em 2025, construir em 2026 e testar em 2027. Atualmente, dois grupos estão dispostos a desenvolver o cliente Beam Chain Consenso, um é a Zeam lambda da Índia e o outro é a Lambda da América do Sul.