โดย แอนดรูว์ เฟนตัน

รวบรวมโดย: imToken

หมายเหตุบรรณาธิการ: Ethereum กำลังมุ่งหน้าสู่ยุคใหม่ของการขยายขีดความสามารถด้วย 10,000 TPS และเทคโนโลยี Zero-Knowledge Proof (ZK) กำลังกลายเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญ บทความนี้เป็นบทความที่สองใน "แผนงาน Ethereum 10,000 TPS" ของเรา โดยมุ่งเน้นไปที่ปัญหาทางเทคนิคของ Real-time Proof ตรรกะการมีส่วนร่วมของ Prover ความท้าทายด้านความปลอดภัยระหว่างการเปลี่ยน L1 และวิธีที่ "Native Rollup" กลายมาเป็นที่สุดของการขยายขีดความสามารถของ ZK

หาก ZK-ization คือจุดเริ่มต้นของการสร้างเทคโนโลยีใหม่ของ Ethereum แล้ว "การพิสูจน์แบบเรียลไทม์" และ "Rollup ดั้งเดิม" ก็ถือเป็นหัวใจสำคัญของการปฏิวัติการขยายตัวครั้งนี้

ในบทความนี้ เราจะเจาะลึกต่อไปถึงวิธีการพิสูจน์ ZK แบบเรียลไทม์ 12 วินาทีบนเครือข่ายหลัก Ethereum เกณฑ์ฮาร์ดแวร์และกลไกจูงใจสำหรับการเป็นผู้พิสูจน์คืออะไร และ Rollup ดั้งเดิมจะเขียนภูมิทัศน์ของ Ethereum L2 ใหม่ได้อย่างไร

01 หลักฐานแบบเรียลไทม์: ชิ้นส่วนสำคัญของการปรับขนาด Ethereum

ในแผนงานของ Ethereum สู่ 10,000 TPS มีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ขาดไม่ได้: การพิสูจน์แบบเรียลไทม์

Uma Roy ผู้ร่วมก่อตั้ง Succinct อธิบายว่า “การพิสูจน์แบบเรียลไทม์หมายถึงความสามารถในการสร้างกระบวนการพิสูจน์ ZK สำหรับบล็อกบนเมนเน็ต Ethereum ให้เสร็จสิ้นภายในเวลาไม่ถึง 12 วินาที”

นั่นหมายความว่าอย่างไร? เมื่อพิสูจน์แบบเรียลไทม์สำเร็จ Ethereum จะสามารถนำตรรกะการตรวจสอบบล็อกมาใช้กับโปรโตคอลได้ และเพิ่มขีดจำกัดแก๊สได้แทบจะ "ตามอำเภอใจ" โดยไม่กระทบต่อความสามารถในการตรวจสอบ ส่งผลให้ระดับ L1 เพิ่มขึ้นอย่างมาก (หมายเหตุบรรณาธิการ: เวลาในการสร้างของแต่ละบล็อกบนเมนเน็ต Ethereum คือ 12 วินาที ดังนั้น "แบบเรียลไทม์" หมายความว่าการพิสูจน์เสร็จสมบูรณ์ภายในแต่ละรอบของบล็อก)

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เกิดการพิสูจน์แบบเรียลไทม์ เทคโนโลยี zkVM เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ และยังต้องมีการเปลี่ยนแปลงเลเยอร์โปรโตคอล Ethereum ด้วย

Ladislaus จาก Ethereum Foundation ชี้ให้เห็นว่ากลไกสำคัญคาดว่าจะเปิดตัวในการอัปเกรด Glamsterdam ในปีหน้า ซึ่งก็คือ "การแยกการตรวจสอบบล็อกออกจากการดำเนินการทันที" ซึ่งจะทำให้ Prover (prover) มีเวลาเพิ่มมากขึ้นในการสร้างหลักฐาน zkEVM ภายในสล็อตที่สมบูรณ์ จึงทำให้สามารถประมวลผลแบบเรียลไทม์ได้อย่างแท้จริง

ในด้านการใช้งานทางเทคนิค Succinct ได้เปิดตัว SP1 Hypercube zkVM รุ่นล่าสุด ซึ่งสามารถสร้างหลักฐานสำหรับบล็อกเมนเน็ต 93% จากทั้งหมด 10,000 บล็อกแบบเรียลไทม์บนคลัสเตอร์ GPU จำนวน 200 ตัว

รอยแสดงความมั่นใจว่าพวกเขาจะสามารถเพิ่มอัตราความสำเร็จนี้เป็น 99% ภายในสิ้นปีนี้ แม้ว่าบล็อกที่ยากบางบล็อกอาจยังทำให้ไม่สามารถสร้างหลักฐานในบล็อกจำนวนน้อยมากได้ แต่การออกแบบโปรโตคอลได้รวมกลไกการทนต่อความผิดพลาดไว้ด้วย เช่น การอนุญาตให้ข้ามบล็อกดังกล่าวและดำเนินการต่อกับบล็อกถัดไป

นอกจากนี้ Ethereum กำลังพิจารณาที่จะลดเวลาบล็อกจาก 12 วินาทีเป็น 6 วินาที (เป็นอีกหนึ่งข้อเสนอที่เป็นไปได้สำหรับ Glamsterdam) ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสบการณ์ของผู้ใช้และความเร็วในการยืนยันธุรกรรมได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่สิ่งนี้ยังเพิ่มแรงกดดันให้กับ ZK Prover อีกด้วย โดยสำหรับผู้พิสูจน์แล้ว ความยากของงานจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า

อย่างไรก็ตาม รอยไม่ได้กังวล เพราะประสิทธิภาพของเทคโนโลยี ZK สามารถพัฒนาได้ 10 เท่าทุกปี ดังนั้นจึงสามารถรับมือกับมันได้ แม้ว่าเวลาบล็อกจะลดลงครึ่งหนึ่งก็ตาม

ในเดือนมิถุนายน Linea ยังประกาศว่ากิจกรรมบนเครือข่าย 100% ครอบคลุมด้วย ZK proofs แม้ว่า TPS ปัจจุบันของ Linea จะอยู่ที่ 2 แต่ก็ไม่ได้เป็นข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ แต่ถูกจำกัดโดยความต้องการใช้งาน

ในเดือนมิถุนายน Linea ยังประกาศว่ากิจกรรมบนเครือข่าย 100% ครอบคลุมด้วย ZK proofs แม้ว่า TPS ปัจจุบันของ Linea จะอยู่ที่ 2 แต่ก็ไม่ได้เป็นข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ แต่ถูกจำกัดโดยความต้องการใช้งาน

สิ่งที่น่าสังเกตคือช่วงเวลาบล็อก Linea อยู่ที่เพียง 2 วินาที และหลักฐาน ZK จะถูกอัปโหลดไปยัง Ethereum L1 เพื่อยืนยันผ่านสัญญาอัจฉริยะ โมเดลนี้อาจเป็นต้นแบบของ "ZKization" ของเมนเน็ตในอนาคต

02 เกณฑ์ฮาร์ดแวร์สำหรับผู้พิสูจน์ Ethereum ZK สูงหรือไม่?

การสร้างหลักฐาน ZK แบบเรียลไทม์ต้องใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพ

เป้าหมายทางเทคนิคเบื้องต้นของมูลนิธิ Ethereum สำหรับ Prover คือการรักษาราคาฮาร์ดแวร์ให้อยู่ต่ำกว่า 100,000 ดอลลาร์ และการใช้พลังงานให้อยู่ต่ำกว่า 10 กิโลวัตต์ ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้พลังงานของแบตเตอรี่บ้าน Tesla Powerwall

ตัวเลขนี้ฟังดูไม่ “เบา” เลยแม้แต่น้อย จัสติน บอนส์ นักวิจารณ์ Ethereum (ผู้ก่อตั้ง Cyber Capital) เรียกมันว่า “ความต้องการฮาร์ดแวร์ที่บ้าคลั่งเกินกว่าโหนดตรวจสอบของ Solana มาก” แต่จริงๆ แล้วนี่กลับสร้างความสับสนให้กับสองบทบาทที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

Ladislaus จากทีมประสานงานโปรโตคอลของมูลนิธิ Ethereum ชี้ให้เห็นว่า Prover และ Validator มีหน้าที่รับผิดชอบที่แตกต่างกันและไม่ควรสับสนกัน Validator ทำหน้าที่รันโหนดและมีส่วนร่วมในกระบวนการฉันทามติ ขณะที่ Prover มีหน้าที่สร้างหลักฐาน ZK เมื่อหลักฐาน ZK ของธุรกรรมถูกสร้างขึ้นอย่างถูกต้อง เครือข่ายเพียงแค่ตรวจสอบว่าหลักฐานนั้นถูกต้องหรือไม่ โดยไม่จำเป็นต้องดำเนินการธุรกรรมซ้ำอีกครั้ง

ด้วยเหตุนี้ Ladislaus จึงแสดงความหวังว่า "ตราบใดที่สามารถหาผู้พิสูจน์ที่ซื่อสัตย์และตรงตามข้อกำหนดด้านฮาร์ดแวร์ Ethereum ก็สามารถดำเนินงานได้อย่างปลอดภัยต่อไป เราจงใจลดเกณฑ์ให้ต่ำกว่าศูนย์ข้อมูล แม้ว่าจะไม่ใช่สถาบันหรือศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ นักพัฒนารายบุคคลใดก็ตามที่มีความสามารถทางเทคนิคก็สามารถใช้งาน Prover ที่บ้านได้"

ปัจจุบัน การกำหนดค่าฮาร์ดแวร์มูลค่า 100,000 ดอลลาร์นี้เป็นเพียงเป้าหมายเบื้องต้นเท่านั้น โซเฟีย โกลด์ นักวิจัยจากมูลนิธิ Ethereum คาดการณ์ว่า Prover เวอร์ชันหลักจะบรรลุมาตรฐานก่อนการประชุมนักพัฒนา Devconnect Argentina ในเดือนพฤศจิกายนปีนี้

นายรอย ผู้ร่วมก่อตั้ง Succinct คาดว่าภายในต้นปีหน้า ความต้องการ GPU จะลดลงเหลือประมาณ 16 การ์ดจอ และต้นทุนรวมจะอยู่ที่ระหว่าง 10,000 ถึง 30,000 ดอลลาร์

ในเวลาเดียวกัน Succinct ได้สร้างเครือข่ายแบบกระจายอำนาจที่ประกอบด้วย "ผู้พิสูจน์หลายร้อยราย" บนเครือข่ายทดสอบ โดยสร้างการพิสูจน์ทั้งหมดหลายล้านรายการ

หลักการสำคัญของระบบนี้คือการพิสูจน์เชิงแข่งขัน กล่าวคือ ผู้พิสูจน์ทุกคนจะเข้าร่วมการประมูล และผู้ชนะการประมูลจะถูกเลือกในแต่ละรอบเพื่อดำเนินการพิสูจน์ zk เป้าหมายคือการช่วยให้ผู้เข้าร่วมที่มีเวลาและต้นทุนต่ำกว่าสามารถชนะการประมูลได้ ซึ่งก่อให้เกิดกลไกการประมูลที่มีประสิทธิภาพในการประมวลผล

ซึ่งหมายความว่าในอนาคตของ Ethereum ที่ขับเคลื่อนโดย ZK จิตวิญญาณของนักขุดจะปรากฏขึ้นอีกครั้งในรูปแบบอื่น - ยกเว้นว่าบทบาทของพวกเขาจะเปลี่ยนจากการคำนวณบล็อกไปเป็นการคำนวณหลักฐาน

03 Mainnet เปลี่ยนไปใช้สถาปัตยกรรม ZK: การโยกย้ายระบบที่ยากลำบาก

การเปลี่ยนเมนเน็ต Ethereum L1 ให้เป็นสถาปัตยกรรม Zero-Knowledge Proof (ZK) ถือเป็นความท้าทายทางเทคนิคอีกประการหนึ่งที่แทบจะเทียบเท่ากันหลังจากการเปลี่ยนผ่านจาก Proof-of-Work (PoW) ไปเป็น Proof-of-Stake (PoS) ในปี 2022 กระบวนการทั้งหมดนี้ไม่เพียงแต่ต้องมีการสร้างเลเยอร์โปรโตคอลขึ้นใหม่เท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงสถานการณ์ขอบเครือข่ายที่อาจเกิดขึ้นและความเสี่ยงด้านความปลอดภัยต่างๆ เพื่อป้องกันการหยุดชะงักของเครือข่ายอีกด้วย

ในการประชุม EthProofs เมื่อเดือนกรกฎาคมที่ผ่านมา นักวิจัย Justin Drake ได้ระบุถึงความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นหลายประการ ตัวอย่างเช่น ผู้โจมตีที่เป็นอันตรายอาจแทรกสิ่งที่เรียกว่า "prover killer" เข้าไปในบล็อก ซึ่งทำให้กลไกการตรวจสอบความถูกต้องของเครือข่ายทั้งหมดไม่มีประสิทธิภาพ อีกทางเลือกหนึ่งคือ การลดลงอย่างกะทันหันของกิจกรรมบนเครือข่ายอาจส่งผลให้ค่าธรรมเนียมการทำธุรกรรมไม่เพียงพอต่อต้นทุนในการสร้าง ZK proofs ซึ่งส่งผลกระทบต่อความยั่งยืนของเครือข่าย

ลาดิสเลาส์ จากทีมประสานงานโปรโตคอลของมูลนิธิอีเธอเรียม กล่าวว่ากระบวนการเปลี่ยนผ่านทั้งหมดอาจใช้เวลาหลายปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเสี่ยงด้านความปลอดภัย zkVM เป็นเทคโนโลยีที่ซับซ้อนซึ่งยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดช่องโหว่ต่างๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อระบบนิเวศมีความสมบูรณ์มากขึ้น ความเป็นไปได้และความทนทานของ zkVM บน Ethereum L1 สามารถพัฒนาได้อย่างต่อเนื่องผ่านการนำระบบพิสูจน์ที่หลากหลาย (ความหลากหลายของหลักฐาน) กลไกการสร้างแรงจูงใจที่ดีขึ้น และการตรวจสอบยืนยันอย่างเป็นทางการ

ในขณะเดียวกัน Ethereum ยังวางแผนที่จะปรับโครงสร้างชั้นฉันทามติ (consensus layer) ในระดับพื้นฐาน นั่นคือการสร้างโครงสร้างใหม่ที่ชื่อว่า "Beam Chain" โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ ZK-optimized และเป็นมิตรต่อผู้ใช้งานตั้งแต่เริ่มต้นการออกแบบ Drake ยังกล่าวอีกว่าในอนาคต งานตรวจสอบข้อมูลทั้งหมดของ Ethereum จะสามารถดำเนินการได้บน CPU ของแล็ปท็อปทั่วไป

04 Mainnet “Snarkization”: Native Rollup กำลังจะมา

04 Mainnet “Snarkization”: Native Rollup กำลังจะมา

ในขณะที่เมนเน็ตของ Ethereum กำลังบูรณาการ zkEVM วิสัยทัศน์ระยะยาวอีกประการหนึ่งก็ค่อยๆ ปรากฏออกมา: Native Rollup

Rollup ปัจจุบัน (ไม่ว่าจะเป็นประเภท Optimistic หรือ ZK) ทั้งหมดใช้ระบบพิสูจน์อิสระ ซึ่งความปลอดภัยนั้นอาศัยกลไกการตรวจสอบหรือการเรียงลำดับของตัวเอง และมีข้อสันนิษฐานความน่าเชื่อถือบางประการระหว่างระบบเหล่านี้กับเครือข่ายหลักของ Ethereum

วิสัยทัศน์ของ "Native Rollup" แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง - ด้วยการรวม zkEVM เข้ากับเมนเน็ต ผู้ตรวจสอบ Ethereum L1 สามารถตรวจสอบหลักฐานการเปลี่ยนสถานะของ Rollup ได้โดยตรง จึงทำให้ L2 ได้รับการตรวจสอบและรักษาความปลอดภัยโดยเมนเน็ตอย่างแท้จริง

การดำเนินการนี้จำเป็นต้องเพิ่มรหัสคีย์ "execute precompile" ลงในไคลเอ็นต์ Ethereum L1 เพื่อให้ผู้ตรวจสอบความถูกต้องสามารถตรวจสอบหลักฐานการถ่ายโอนสถานะ ZK ที่สร้างโดย L2 ได้โดยตรง ดังที่ Ladislaus ผู้ประสานงานโปรโตคอลของมูลนิธิ Ethereum กล่าวว่า "ผู้ตรวจสอบความถูกต้อง L1 จะใช้หลักฐานการดำเนินการของ Rollups เหล่านี้และตรวจสอบความถูกต้อง"

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หาก Rollup ดั้งเดิมกลายเป็นความจริง ในอนาคต ไม่ว่าจะเป็นธุรกรรมที่เกิดขึ้นบน L1 หรือธุรกรรมที่เกิดขึ้นบน Rollup ดั้งเดิม การชำระเงินขั้นสุดท้ายและความปลอดภัยจะได้รับการรับประกันโดยกลุ่มผู้ตรวจสอบ Ethereum กลุ่มเดียวกัน และระดับความน่าเชื่อถือจะเหมือนกันทุกประการ

ซึ่งหมายความว่าการฝากเงิน 10 ล้านดอลลาร์ใน Rollup ดั้งเดิมนั้นจะปลอดภัยเท่ากับการฝากโดยตรงบนเครือข่ายหลัก Ethereum

เดแคลน ฟ็อกซ์ หัวหน้าโครงการของ Linea กล่าวว่าเป้าหมายระยะยาวของพวกเขาคือการเป็น Rollup แบบเนทีฟ เขาเชื่อว่านี่คือ "เวอร์ชันอัปเกรด" ของโซลูชันการแบ่งส่วน ETH 2.0 โดยไม่ต้องรัน 64 shard chain ที่มีโครงสร้างเดียวกันอีกต่อไป แต่สร้างระบบ Rollup ที่หลากหลายในรูปแบบที่สามารถตั้งโปรแกรมและปรับแต่งได้สูง เพื่อรองรับสถานการณ์และความต้องการของผู้ใช้ที่แตกต่างกัน

สถาปัตยกรรมการแบ่งส่วนข้อมูลแบบเนื้อเดียวกันของ ETH 2.0 ในอดีตนั้น Rollup ดั้งเดิมสามารถมีความหลากหลายได้ ช่วยให้ผู้ใช้ปลายทางได้รับประสบการณ์การใช้งานแอปพลิเคชันที่หลากหลายและแตกต่างมากยิ่งขึ้น

แม้ว่า Rollup ดั้งเดิมจะยังไม่ได้ถูกเพิ่มเข้าในแผนงานของ Ethereum อย่างเป็นทางการ แต่ด้วยการเปิดตัว zkEVM อย่างเป็นทางการและการสร้างสถาปัตยกรรม L1 ขึ้นใหม่แบบค่อยเป็นค่อยไป การตั้งค่าอินเทอร์เฟซล่วงหน้าและตรรกะที่คอมไพล์ไว้ล่วงหน้าสำหรับสถาปัตยกรรมดังกล่าวได้กลายมาเป็นแนวโน้มทางเทคโนโลยีที่คาดการณ์ได้อย่างชัดเจน

Ladislaus สรุปว่า “Ethereum มีการทำงานร่วมกันทางเทคนิคในระดับสูงระหว่างการ Snarkifying EVM (เช่น การผสานรวมความสามารถในการพิสูจน์ ZK) และการส่งเสริม Rollups แบบดั้งเดิม เนื่องจากทั้งสองเทคโนโลยี ZK พื้นฐานร่วมกัน” แน่นอนว่ากระบวนการนี้ยังต้องผ่านการกำกับดูแลชุมชน Ethereum จัดทำ EIP (ข้อเสนอการปรับปรุง Ethereum) และท้ายที่สุดต้องนำไปใช้งานในรูปแบบฮาร์ดฟอร์ก

หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดีและเรามองโลกในแง่ดี EIP ที่เกี่ยวข้องอาจจะได้รับการส่งภายในสิ้นปีและเปิดตัวได้หลังการอัปเกรด Glamsterdam

อย่างไรก็ตาม ตารางเวลานี้ยังคงไม่แน่นอนอย่างมาก และต้องใช้การพิจารณาอย่างรอบคอบ