مقدمة

في عام 2024، حدث العديد من الأحداث الهامة المتعلقة بإثيريوم. في بداية العام، قدم إثيريوم الكتل من خلال ترقية دينكون. هذا التحديث قلل بشكل كبير من تكاليف المعاملات للمداخل الحالية، مما يمهد الطريق للتوسع السريع لنظم المداخل.

(تخفيض الرسوم في سلاسل OP بعد ترقية Dencun | المصدر: Optimism X)

ومع ذلك، مع تحول dapps داخل النظام البيئي إلى rollups قابلة للتوسيع بشكل كبير وشبكات Layer 1 (L1) بديلة، بدأت نشاط المستخدمين على إثيريوم نفسه بالانخفاض. بالإضافة إلى ذلك، مع توقف rollups عن تقديم رسوم مرتفعة إلى إثيريوم، بدأت مخاوف تنشأ داخل المجتمع.

وفي عام 2024، كانت سنة شهدت قوة كبيرة من قبل L1s المركزة على قدرة التوسع مثل سولانا وسوي. وقد أدى عدد عمليات التداول الهائل (TPS) الذي تم إنشاؤه عبر هذه الشبكات إلى جعل النشاط على ال rollups يبدو صغيرًا نسبيًا.

ظهرت انتقادات في هذا السياق ، مثل "خطة إثيريوم المركزة على rollup هي معيبة" أو "تطوير إثيريوم بطيء جدًا للنجاح". هل إثيريوم حقًا على الطريق الصحيح؟ كيف سيبدو إثيريوم في عام 2025 أو حتى 2030؟

تتناول هذه السلسلة أجزاء من خريطة طريق إثيريوم تحت موضوعين رئيسيين، محللة مستقبلها استنادًا إلى التفاصيل التقنية. يعد الموضوع الأول سلسلة Beam.

ما هو اقتراح سلسلة Beam، ولماذا يهمّ ذلك؟

إذا اضطر الشخص إلى اختيار أكثر المواضيع التي يتحدث عنها في مجتمع إثيريوم هذا العام، فمن المحتمل أن تكون إعلان باحث إثيريوم جاستن دريك عن سلسلة Beam في ديفكون هو الأكثر تناقشًا. لقد أثار هذا الإعلان اهتمامًا كبيرًا وبالتالي الكثير من الضجيج. دعنا نحلل ما تعنيه هذه الاقتراحات.

فكرة الأساسية لمقترح سلسلة Beam هي إعادة تصميم طبقة الاتفاق في إثيريوم تمامًا. قدم جاستن دريك الأسباب الثلاثة التالية لسبب تحتاج فيه الطبقة الحالية للاتفاق، وهي سلسلة Beacon، إلى إعادة التصميم:

• فهم أفضل لل MEV من خلال التجارب السابقة
• تقدم سريع في تكنولوجيا SNARK (على سبيل المثال، تطور zkVM بمعدل مدهش، أكثر من 10 مرات أسرع)
• التخلص من "الديون التقنية" الموجودة داخل سلسلة beacon

حاليًا ، تتضمن خارطة طريق طبقة الاتفاق في إيثريوم العناصر التالية:

من بين هذه، تمثل المناطق الأربع المعلمة بالعريض تغييرات أساسية تتجاوز مجرد تعديلات على سلسلة Beacon. على سبيل المثال، يشير snarkification السلسلة إلى تحويل معالجة الحالة في طبقة الاتفاق إلى تقنية ZK، مما يتطلب تغييرات أساسية تبدأ من وظائف الهاش إلى أساليب تجميع / تسلسل الحالة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن فتحات أسرع والتثبت النهائي أسرع هي تصميمات جديدة مقترحة لتحقيق تحسينات في الأداء مع الحفاظ على الأمان - عامل لم يكن متفرجًا في التصميمات الأولية. تنفيذ هذه التغييرات يتطلب تغييرات شاملة على طبقة الاتفاقية.

تقترح شبكة بيم تحقيق هذه التغييرات من خلال شوكة واحدة صعبة. لتلخيص:

1. تنفيذ خارطة الطريق لطبقة الاتفاق في إثيريوم يتطلب إعادة تصميم كامل لطبقة الاتفاق.
2. وسيتم تجميع التغييرات الرئيسية على خريطة الطريق في تحديث صعب يُسمى سلسلة Beam.
3. يتضمن أربعة عناصر: أوقات الكتلة الأسرع، النهاية الأسرع، تحويل سلسلة إلى سنارك، ومقاومة الكم.

ثم ، لنستكشف كيف يتم تنفيذ كل منها والتأثيرات التقنية التي تترتب عليها.

التفاصيل الفنية لتصميم سلسلة Beam

فتحات أسرع واستقرار أسرع

حاليًا ، يبلغ وقت فتحة إثيريوم 12 ثانية ، ويستغرق 2-3 حقب (حوالي 15 دقيقة) للكتلة المتصلة بفتحة للوصول إلى الاستقرار. ستؤثر تحسين هذه الأوقات بشكل إيجابي على مستخدمي إثيريوم والتطبيقات والتراكبات التي تعمل على إثيريوم.

الاستقرار النهائي الأقصر (أوربت SSF)

يهدف هذا الموضوع، المعروف بين الباحثين في إثيريوم باسم SSF (النهوض النهائي للفتحة الواحدة)، إلى تقليل الوقت الذي تستغرقه الكتل في إثيريوم للوصول إلى النهوض النهائي من حوالي 15 دقيقة إلى 12 ثانية، مما يوفر للمستخدمين تأكيدًا أسرع. من أجل فهم النهوض النهائي للفتحة الواحدة، يجب أن نفهم خوارزمية الاتفاق الحالية لإثيريوم، Gasper.

أحد مبادئ التصميم الرئيسية لـ Gasper هو ضمان أن يحصل كتلة مقترحة في فتحة على مستوى معين من الأمان الاقتصادي بعد وقت محدد مع الحد الأدنى للحمل التواصل على كل محقق. لتحقيق ذلك، يقسم إثيريوم مجموعة المحققين بأكملها إلى لجان موزعة عبر 32 فتحة. يمكن أن تحتوي كل فتحة على ما يصل إلى 64 لجنة، والهدف هو تكوين كل لجنة من 128 محققًا (على الرغم من أن هذا الرقم يمكن أن يزيد إذا زاد إجمالي عدد المحققين النشطين عن هذا العدد).

يقوم المراقبون ضمن كل لجنة بالتحقق من الكتلة بشكل مستقل والتصويت عليها باستخدام توقيعات BLS. يتيح آلية التوقيع BLS دمج توقيعات متعددة في توقيع واحد، مما يعني أن العقدة المعينة ضمن اللجنة تجمع هذه التوقيعات وتجمعها في حزمة بيانات مدمجة واحدة. من خلال بث هذا التوقيع المجمع، يمكن للمقترح التالي للكتلة التأكد بأدنى قدر من البيانات أن الكتلة تم التحقق منها بشكل صحيح.

(تجميع توقيع BLS بين محققي إثيريوم | المصدر: كتاب إيث2)

في الختام، يحقق Gasper لإثيريوم قابلية التوسع والأمان الاقتصادي من خلال الآليات التالية:

• يتم توزيع المحققون عبر فتحات في اللجان على مدار فترة تبلغ 6.4 دقيقة ، مما يقضي على الحاجة إلى التواصل المباشر بين جميع المحققين.
• يضمن عملية التوقيع المجمع أن يمكن التحقق من أصوات المحققين على الكتلة باستخدام كمية صغيرة من البيانات.

ومع ذلك، تنشأ مشكلة لأن Gasper يعمل على أساس العصر، ويجب التحقق من "الاتصال" بين العصور قبل أن يمكن للفتحة أن تصل إلى الاستقرار النهائي. في Gasper، يجب أن تمر ما لا يقل عن عصرين (64 فتحة) قبل تحقيق استقرار يعادل الأمان الاقتصادي الكامل لـ Ethereum.

ويؤدي هذا إلى التمثيل البياني التالي:

(الاستقرار الاقتصادي في Gasper | المصدر:مدار SSF)

هذا يقدم تحديات مختلفة ويقلل من تجربة المستخدم. على سبيل المثال:

• عند سحب الأموال من CEX (البورصة المركزية) إلى إثيريوم، أو العكس، قد يكون فترة التأكيد حوالي 10 دقائق، وهو مبالغ فيه نسبيًا.
• تواجه إثيريوم رولبس و تطبيقات الويب المستقبلية خطر عدم استكمال كتل L1 التي يعتمدون عليها و قد تصبح غير صالحة. إذا لم يتم تنفيذ تدابير الوقاية الصحيحة، فقد يتسبب هذا في حدوث مشاكل.

على سبيل المثال، في مارس 2024، توقفت Polygon zkEVM لمدة يومين تقريبًا بسبب التعامل غير السليم مع إعادة تنظيم إيثيريوم.

تقليل الوقت المستغرق للوصول إلى الانتهاء ليس مستحيلاً، كما يُظهره خوارزميات الاتفاق مثل Tendermint، التي تُطبق بالفعل في العديد من البروتوكولات. ومع ذلك، التحدي في اعتماد آلية Tendermint يكمن في التواصل النقطي إلى النقطي المتكرر بين العقد، مما يُدخل قيوداً على قدرة التوسع.

في تندرمينت ، إذا كان عدد العقد هو N ، فإن تعقيد الرسالة الخاصة به هو O(N^3). وهذا يعني أنه مع زيادة عدد العقد ، ينمو تردد التواصل بينهم بشكل أسي ، مما يقيد قابلية التوسع. وبالتالي ، لا يمكن لبروتوكولات مثل إثيريوم ، مع العديد من المصادقين ، أن تعتمد تندرمينت مباشرة كما هو.

يجب إجراء مزيد من العمل لمعالجة هذه المشاكل لتطبيق توافق نمط Tendermint على إثيريوم.

نظرة عامة على مقترح Orbit SSF

تهدف شبكة Orbit SSF إلى تعديل آلية لجنة Gasper لتقليل الوقت اللازم لاستقرار الفتحة مع الحفاظ على أمان اقتصادي عالي.

المقترح هو تقليل حجم الحقبة من 32 فتحة إلى فتحة واحدة (~12 ثانية). ومع ذلك، كما ذُكر سابقًا، فإن هذا سيزيد من استخدام الموارد لاتصال الكاشف، مما سيؤثر سلبًا على لامركزية إثيريوم.

لمعالجة هذا، تقترح Orbit SSF الأفكار التالية:

زيادة الحد الأقصى لمبلغ الرهان لكل محقق إيثيريوم يمكن أن تحقق نفس مستوى الأمان الاقتصادي مع أقل عدد من المحققين.

بدلاً من وجود لجان متعددة لكل فتحة ، تقترح Orbit SSF إدخال لجنة واحدة 'سوبر'. سيتم دمج المحققون ذوو مبالغ أكبر في الرهان تقريبًا دائمًا بنسبة متناسبة في اللجنة ، مما يضمن الحفاظ على نفس مستوى الأمان الاقتصادي حتى مع وجود لجان أقل.

الترقية التالية لإثيريوم ، Pectra ، تتضمن EIP-7251 ، الذي يقترح رفع الحد الأقصى لمبلغ التجزئة (MaxEB) للمدققين من 32 إثريوم إلى 2048 إثريوم. بينما هذا الاقتراح جذاب لمشغلي بنية تحتية لعقد إثيريوم ، إلا أنه أيضًا شرط أساسي لـ Orbit SSF.

ومع ذلك ، إذا تم تضمين المصادقين ذوي المبالغ الكبيرة في المحافل تقريبًا دائمًا ، فقد يواجه المصادقون الفرديون الأصغر حجمًا تقليصًا في المكافآت ، مما قد يؤثر سلبًا على تمركز إثيريوم. لمنع ذلك ، يقوم Orbit SSF بضبط المكافآت بحيث يزيد النسبة السنوية للعائد على الاستثمار بشكل خطي مع مبلغ الاستثمار مع ضمان تضمين المصادقين الأكبر حجمًا في المحافل بشكل أكثر تواترًا.

(المكافأة والاحتمالية للانضمام إلى اللجنة في أوربيت SSF | المصدر:Orbit SSF)

بالإضافة إلى ذلك، ينتقل Orbit SSF نحو "الإستقرار النهائي القائم على اللجان". في Gasper، يمكن للجان أن تسهم فقط في الاستقرار بعد مرور فترتين أو أكثر، ولكن Orbit SSF يسمح لكل لجنة معينة بالفتح أن تسهم في الاستقرار في الوقت الحقيقي. إنه يهدف إلى جعل اللجان مساهمين أكثر نشاطًا في الاستقرار وتحقيق قابلية التوسع بشكل أسرع.

(Finality in Orbit SSF using Cap-and-slow-rotate | المصدر:مدار SSF)

المفتاح هنا يكمن في تكوين أعضاء اللجان. تقترح Orbit SSF آلية "الدوران البطيء" حيث يتم تحديد المحققون ذوو الحصص الكبيرة تقريبًا رياضيًا ضمن اللجان بينما يتم تدوير المحققون الأصغر حجمًا داخل اللجان وخارجها. يسمح هذا بتعيين قيمة F التي تمثل عتبة الأمان الاقتصادية عالية جدًا مع الحفاظ على أدنى فوقية اتصال بين المحققين وضمان بقاء أوقات الاستقرار منخفضة.

على سبيل المثال، إذا تم تعيين n = 3 و F كبير بشكل كبير، فإنه يمكن لـ Ethereum تحقيق الاستقرار في حوالي ثلاث فتحات، وبالتالي تحقيق رؤية Justin Drake لـ 3 فتحات FFG.

ومع ذلك، رفع F إلى مستوى مجموعة الفاحصين الكاملة لإثيريوم ليس سهلاً. يمكن أن يقلل من تكلفة القيام بهجوم بنسبة 51٪ على إثيريوم. وعلى هذا النحو، فإن التحدي الرئيسي لشبكة Orbit SSF في المستقبل هو تحديد كيفية زيادة F تقنيًا لضمان أن أمان إثيريوم يظل قويًا دون التضحية باللامركزية كثيرًا.

أوقات فتحة أقصر (فتحات بمدة 4 ثوانٍ) حتى إذا تم تحقيق SSF (أو الاستقرار في 3 فتحات)، سيظل مستخدمو إثيريوم يواجهون وقت تأكيد للمعاملة الأدنى يبلغ 12 ثانية. وهذا يؤدي إلى عيوب رئيسية للمستخدمين:

1. تأخر طويل مقارنة بالبلوكشينات الأخرى مثل سولانا وسوي
2. زيادة الضعف في MEV (تنخفض MEV بمجرد قصر وقت الكتلة، مما يجعل مستخدمي Ethereum أكثر عرضة للتعرض لـ MEV)

علاوة على ذلك ، فإن وقت الكتلة البالغ 12 ثانية غير مواتٍ بشكل خاص لـ rollups ، وخاصة الـ based rollups. على سبيل المثال ، ينفذ Taiko based rollup عن طريق نشر كل كتلة L2 على L1. نتيجة لذلك ، يمكن أن يزيد وقت كتلة Taiko إلى الحد الأدنى من 12 ثانية ويتجاوز في بعض الأحيان 24 ثانية.

تمت اقتراح حلولان لمعالجة هذه المسألة:

a. تقليل وقت كتل Ethereum إلى 4 أو 8 ثوانٍ

b. استخدم قبل التأكيدات

تقليل وقت كتلة إثيريوم

تقليص وقت بلوك إثيريوم هو موضوع نقاش نشط. تم توحيد ذلك كـ EIP-7782، الذي يقترح تقليل وقت الفتحة من 12 ثانية إلى 8 ثوانٍ، مما يزيد من قدرة توسع إثيريوم بنسبة 33%. ومع ذلك، قد لا يكون وقت الفتحة لمدة 8 ثوانٍ مثلى بالنسبة لتجربة المستخدم أو استناد اللفات. يبدو أن تحقيق وقت فتحة أقصر هو أكثر رغبة.

ومع ذلك، قد تؤدي فترات الكتل الأقصر إلى زيادة تركيز مجموعة المحقق. نظرًا للقيود الفيزيائية، يواجه المحققون البعيدون جغرافيًا أوقات اتصال أطول، وقد يجعل وقت فتحة 4 ثوانٍ الاتصال غير قابل للتنفيذ في سيناريوهات معينة.

إحصاءات وقت انتشار كتلة Ethereum mainnet توفر رؤية حول إمكانية وقت كتلة 4 ثوانٍ. يوضح الرسم البياني أدناه توزيع أوقات انتشار الكتل.

(CDF of أوقات وصول الرسالة | المصدر:تأخير انتشار رسالة Gossipsub)

تم توزيع حوالي 98% من الكتل في غضون 4 ثوانٍ، بينما تستغرق حوالي 2% وقتًا أطول. بناءً على هذه البيانات، قد يبدو وقت الكتلة البالغ 4 ثوانٍ ممكنًا. ومع ذلك، يشمل وقت الكتلة أكثر من مجرد الاتصال بل يتضمن أيضًا التنفيذ والتصويت. باعتبار هذه العوامل، ستكون متاحة فقط حوالي 2 ثانية من وقت الكتلة البالغ 4 ثوانٍ للاتصال. في ظل هذه الظروف، تحقيق وقت الكتلة البالغ 4 ثوانٍ أمرًا صعبًا.

لمعالجة هذا الأمر، يجب تقليل حجم البيانات المنقولة، وتحسين أداء مكونات P2P في العملاء، أو يجب أن يصبح التواصل الفعلي أكثر كفاءة.

استخدام التأكيدات المسبقة

في الوقت الحالي، يمكن أن تحسن الإجابات المسبقة تجربة المستخدم. تتيح الإجابات المسبقة لكيانات إنتاج الكتلة أن يعدوا المستخدمين بأن "سيتم تضمين عمليتك في الكتلة التالية"، مما يوفر النتائج للمستخدمين بشكل أسرع من وقت الفتحة.

ميزة التأكيد المسبق هي أن يمكن للمحققين L1 استخدامها دون الحاجة إلى شوكة أو تعديلات على العميل. على سبيل المثال ، يعد Commit-Boost برنامجًا يمكّن المحققين في Ethereum من توليد ونشر التأكيدات المسبقة بأمان.

كوميت-بوست، مثل MEV-Boost، هو ملحق اختياري للمراجعين، مما يتيح لهم توليد ونشر "التزامات" بأمان. حسب الحالة الاستخدام، يمكن أن تأخذ هذه التزامات أشكالًا مختلفة:

من خلال استخدام النوع الثالث من هندسة التأكيد المسبق ، يمكن تقليل الكمون المدرك للمستخدمين بشكل كبير حتى مع زمن تكوين أطول للكتل. عندما يتلقى المعتمد معاملة المستخدم ، يمكنه تنفيذها وإرجاع النتيجة إلى المستخدم. نظرًا لأن هذه النتيجة تعتمد على التزام المعتمد وليس على إنشاء الكتلة ، يمكن للمستخدمين تلقيها في غضون ميلي ثانية.

ومع ذلك، يعتمد تأثير Commit-Boost على قبول المحقق. إذا كان عدد قليل فقط من المحققين يستخدمونه، فسيكون تأثيره على تجربة المستخدم أدنى. ومع ذلك، فقد حظي Commit-Boost بدعم قوي من مجتمع إثيريوم ولديه القدرة على أن يصبح طبقة وسيطة واسعة الانتشار مثل MEV-Boost. لقد حصل على تأييد من مشغلين محققين معروفين مثل Rocket Pool، Renzo، SSV، Luganodes، Nethermind، Puffer، A41، وFigment. بالإضافة إلى ذلك، فقد حصل على منح من EF وLido وEigenlayer ويتمتع بدعم قوي من بناء الكتل Titan.

ومع ذلك، كما ذكر سابقا، من المرجح أن يتم استخدام ما قبل التأكيد كجانب خارجي خارج السلسلة مثل MEV-Boost بدلاً من أن يتم دمجه مباشرة في البروتوكول.

دور سلسلة Beam في فتحات أسرع

كما تم مناقشته في عرض جاستن دريك ، فإن هدف سلسلة Beam هو تقليل أوقات الكتل. وبالتالي ، سيتم التركيز في الأبحاث والتنفيذ على الأرجح على تقليل وقت الفتح إلى 4 ثوانٍ دون التضحية باللامركزية. يمكن حلها باستخدام snarkification الكامل لـ Ethereum ، والذي سيتم شرحه في الجزء الأخير من هذه المقالة.

تسلسل snarkification والمقاومة الكمية

ذكر جاستن في عرضه أن هدف سلسلة Beam هو تطبيق تقنية ZK لتحقيق الاحتمالية المتناظرة في العميل المتفق عليه. ماذا يعني هذا؟ وكيف يمكن تحقيقه؟ ولماذا يعد ذلك ضروريًا؟

تسلسل snarkification

حاليا، تحقق سلسلة البيانات الفاتحة لإثيريوم من التوافق عن طريق إعادة تنفيذ كل كتلة للتحقق من صحة جذر الحالة الناتجة. هذه العملية تقدمية تقدمية تقدمية وتعمل كحاجز لخفض متطلبات الأجهزة للمحققين.

تهدف شبكة Beam Chain إلى استبدال عملية إعادة التنفيذ هذه بـ "التحقق" باستخدام تكنولوجيا ZK. سيقلل ذلك بشكل كبير من متطلبات الأجهزة الخاصة بالمدققين ويمكّن أي شخص من تشغيل عقد Ethereum من أي مكان. ولتحقيق ذلك، ستستخدم شبكة Beam Chain وEthereum ZK SNARKs.

ZK في بروتوكول إثيريوم

لدينا ZK SNARKs الخاصة الخاصة بالخصائص التالية:

1. إنهم يسمحون بالتحقق من حقيقة أن تم تنفيذ حساب معين دون الحاجة إلى إعادة تنفيذ الحساب
2. حجم البرهان مضغوط مقارنةً بالبيانات الأصلية

الفكرة هي تطبيق ZK على العمليات والبيانات المطلوبة للتوافق في إثيريوم، مولّدةًًا إثبات أن المنطق المحدد قد تم اتّباعه. وهذا يعني أنّ الفاحصين يمكنهم تحقيق التوافق عن طريق التحقّق من إثبات ZK بدلاً من إعادة تنفيذ الكتلة بأكملها وتخزين الحالة المحدّثة. التحقّق من إثبات ZK أكثر كفاءة بشكل كبير من حيث حجم البيانات وقابلية التوسع من إعادة التنفيذ.

ونتيجة لذلك، يمكن تقليل متطلبات الأجهزة بشكل كبير لمحققي الإثيريوم. على سبيل المثال، أعرب فيتاليك في مقال The Verge عن الهدف من تمكين المحققين من العمل حتى في بيئات محدودة الموارد مثل الساعات الذكية.

ما الذي يجب القيام به؟

أول خطوة هي تحويل وظيفة انتقال الحالة إلى شكل سنارك. وظيفة انتقال الحالة عمومًا تأخذ الشكل التالي:

f(S,B)=S’

هنا:

• S: الحالة السابقة للبلوكشين
• B: الكتلة المعطاة
• S’: حالة ما بعد الحالة في سلسلة الكتل بعد تنفيذ الكتلة
• f: وظيفة انتقال الحالة

تعتمد جميع سلاسل الكتل على وظائف انتقال الحالة الحتمية، وإثيريوم ليست استثناءً. إثيريوم لديها وظائف انتقال حالة مختلفة لطبقات الاتفاق والتنفيذ الخاصة به. سيجعل تطبيق الخوارزميات الصورية على كلتا هاتين الطبقتين من الممكن التحقق من نظام إثيريوم بأكمله باستخدام ZK، مما يتيح للمحققين الخفيفين بشكل كامل.

في سلسلة Beam ، الهدف هو تحويل وظيفة انتقال الحالة في طبقة التوافق إلى Snarkify. حاليًا ، يتم تنفيذ وظيفة انتقال الحالة داخل طبقة التوافق في كل فتحة وتنفذ الإجراءات التالية:

• تحديثات فتحة ومعلومات رأس الكتلة بعد استلام كتلة
• يتحقق من توقيع المعالج الذي اقترح الكتلة
• يُحقق المعاملات داخل الكتلة
• يقوم بمعالجة السحب والتخفيض وإنهاء الكتل وغيرها من المعلومات كلما تم تحويل الحقبة

يتم تنفيذ هذه الوظيفة في كل مرة يتلقى فيها المعتمد كتلة من معتمد آخر. إذا تم تنفيذ هذه الوظيفة بشكل سناركي، فإنه لم يعد بحاجة المعتمدون إلى تنفيذ وظيفة انتقال الحالة مباشرة. بدلاً من ذلك، يمكنهم التحقق من دليل يظهر أن الوظيفة تم تنفيذها بشكل صحيح.

في هذه الحالة، من يقوم بإنشاء دليل ZK؟ عادةً ما يمكن أن يفترض أن المقترح للكتلة هو المسؤول أيضًا عن إنشاء دليل ZK. ومع ذلك، من المهم أن نلاحظ أنه ليس جميع المحققين يمكنهم إنشاء الدليل ZK.

يهدف Beam Chain إلى تحقيق أداء يمكن فيه إنشاء دليل ZK في غضون 3 ثوانٍ على حاسوب عادي. ومع ذلك، حتى إذا تم تحقيق هذا الهدف، قد لا يكون لدى الموثقين العاملين على أجهزة مثل الساعات الذكية أو الهواتف الذكية موارد كافية لإنشاء أدلة ZK.

هنا يمكن للشبكة الاعتماد على الإيثار. يتطلب فقط إثبات ZK واحد لانتقال الحالة من طبقة التوافق في كل كتلة، ولا يتعين بالضرورة أن يتم إنشاؤها بواسطة مقترح الكتلة. بعبارة أخرى، طالما يقوم كيان واحد على الأقل في الشبكة بإنشاء إثبات ZK لكل كتلة، يمكن أن يضمن أن تتم إنتاج كتل Beam Chain بشكل صحيح.

المستقبل: تشفير كامل لإثيريوم

هذا التغيير وحده قد لا يحسن أداء المصدق بشكل كبير. وظيفة انتقال الحالة في طبقة الاتفاق تشمل إجراءات خفيفة نسبيا مقارنة بوظيفة انتقال الحالة في طبقة التنفيذ. ومع ذلك، فإن العائق الأساسي ليس في الموارد المطلوبة لتنفيذ وظيفة انتقال الحالة بل في عرض النطاق الترددي للشبكة. يكافح المصدقون لتحقيق اتفاق داخل الوقت المخصص عندما يزداد حجم البيانات (الكتل) التي يتبادلونها. وهذا هو سبب أحد أسباب أن إثيريوم حافظت على حد الغاز البالغ 30 مليون لمدة ثلاث سنوات.

إذا تم تنفيذ هذا التغيير جنبا إلى جنب مع إجراء تغييرات في طبقة التنفيذ، فإن المحققين سيحتاجون فقط إلى تبادل كميات أصغر بكثير من البيانات مقارنة بالكتل بأكملها. وذلك لأن دلائل SNARK تكون أكثر كفاءة بشكل كبير من البيانات الأصلية. وسيقوم المحققون الخاصة بإثيريوم المحسنة ب SNARK بتبادل بيانات أقل، مما يقلل من متطلبات الشبكة مقارنة بالنظام الحالي.

في الخلاصة، يتضمن مزايا تحويل إثيريوم الكامل إلى snarkification للمحققين الآتي:

1. يحتاج المحققون فقط إلى التحقق من الأدلة، دون إعادة تنفيذ العمليات الحسابية، مما يقلل من الاحتياجات الحسابية
2. يتبادل المحققون بيانات البرهان بدلاً من بيانات الكتلة الكاملة، مما يقلل من متطلبات عرض النطاق الترددي للشبكة

نتيجة لذلك ، يمكن أن يتغير نظام إيثيريوم بشكل كبير. على سبيل المثال:

• يمكن أن تسمح أشياء مثل تطبيقات العقد Ethereum للمحققين بالعمل على الأجهزة المحمولة.
• أي شخص يلتقي بمتطلبات الرهان الدنيا يمكنه تشغيل عقدة إثيريوم، مما يخفض بشكل كبير حاجز الدخول ليصبح موثقًا.

هذا سيجعل مشاركة المُصدقين أكثر إمكانية الوصول ولامركزية.

توقيعات مقاومة للكم

هل يكفي تحويل وظيفة انتقال الحالة بسرية لسلسلة Beam كطبقة توافق؟

ما المشاكل التي ستواجهها إثيريوم في عالم ما بعد الكم؟

هناك منطقة أخرى يهدف سلسلة الشعاع إلى تحويل التوقيع: توليد التوقيع. تستخدم طبقة الاتفاق في إثيريوم حاليًا تواقيع المحقق كبيانات الشهادة لاستكمال الكتل وتحديد السلسلة الصحيحة في حالة الشوكة.

يستخدم Ethereum حاليًا توقيعات BLS لهذا الغرض، التي، كما هو موضح سابقًا، تتمتع بخاصية التجميع، مما يتيح دمج توقيعات متعددة في واحد. يعزز هذا التجميع بشكل كبير كفاءة عملية التوافق في Ethereum. ومع ذلك، فإن هذا الآلية للتوقيع تعاني من مشكلة أساسية: إنها عُرضة للكمبيوترات الكمومية.

تعتمد توقيعات BLS المستخدمة في سلسلة البيانات الشعاعية لإثيريوم على المنحنيات الناقصة. أمان آليات توقيع المنحنى الناقص يعتمد على مشكلة اللوغاريتم التكاملي (DLP)، التي يمكن أن يعرض القوة الحسابية الفائقة للحواسيب الكمية آليات توقيع المنحنى الناقص للتهديد. وهذا يجعل توقيعات المنحنى الناقص ضعيفة أساسيا أمام الحواسيب الكمية.

تطور الحوسبة الكمية بسرعة كبيرة، كما يدل على ذلك التطورات الأخيرة التي قامت بها Google في مجال رقائق الحوسبة الكمية مثل Willow. تدعي Google أن Willow يمكنها إجراء حسابات في 5 دقائق تستغرق الحواسيب العملاقة 10^25 سنة لإجرائها. على الرغم من أن هذا لا يهدد بشكل أساسي أمان الأنماط البيضوية، إلا أن التطورات المستمرة بهذا الوتيرة يمكن أن تضع أنظمة البلوكشين في خطر خلال بضع سنوات.

(الانتقال إلى معايير التشفير ما بعد الكمية | المصدر: NIST IR 8547)

بدأ معهد القياسات والتقنية الوطني الأمريكي (NIST) بالفعل جهودًا لتوحيد خوارزميات التوقيع المقاومة للكم لمعالجة الانهيار المتوقع للأنظمة الحالية بسبب الكمبيوترات الكمومية.

إثيريوم أيضًا تأخذ هذه المسألة على محمل الجد. في سلسلة Beam، الهدف هو تحقيق خوارزميات توقيع مقاومة للكم.

هناك عدة أنواع من التواقيع المقاومة للكم، ولكن عرض سلسلة Justin's Beam تحدث عن خوارزميات التوقيع المعتمدة على التجزئة الهاش بشكل خاص. على عكس المنحنيات البيضاوية، فإن التواقيع المعتمدة على التجزئة الهاش لا تعتمد على الآليات الرياضية، مما يجعلها أصعب بكثير للحواسيب الكمية للاختراق. ونتيجة لذلك، تعتبر التواقيع المعتمدة على التجزئة الهاش مقاومة للكم، وتهدف سلسلة Beam Chain إلى اعتماد مثل هذه التواقيع.

التحديات ودور ZK

التحدي الرئيسي هو أن التوقيعات المستندة إلى الهاش تفتقر إلى خاصية التجميع الموجودة في توقيعات BLS. يعتمد Ethereum على تجميع التوقيعات أثناء الإجماع لتحقيق الكفاءة. بدون التجميع، لن يكون بإمكان Ethereum استيعاب مجموعة محققين كبيرة بعد الآن.

يمكن استخدام ZK للتعامل مع هذا. ينطوي ذلك على استغلال Proof Aggregation، وهي تكنولوجيا تجمع بين عدة دلائل ZK في دليل واحد. يعمل الآلية على النحو التالي:

(مخطط لتجميع الإثبات | المصدر: Figment Capital)

1. يقوم المدققون بتوقيع كتلة باستخدام خوارزمية مقاومة للكم.
2. يتم إرسال التواقيع إلى مجمع**أو لجنة التجميع.
3. يولّد المُجمع دليلاً ZK يتحقق من صحة التواقيع.
4. باستخدام تقنيات تجميع البراهين، يقوم المجمع بدمج البراهين الجديدة مع البراهين الحالية بمجرد استلام التوقيعات الجديدة.

هذا النهج يتيح لإيثريوم تحقيق نفس كفاءة تجميع توقيع BLS مع تحقيق مقاومة الكم على مستوى التوافق.

أدوار ZK في سلسلة Beam

في الختام، سلسلة Beam مع ZK ستجلب المزايا التالية:

1. تمكين المدققين من إجراء التحقق من الإثبات بدلا من إعادة التنفيذ لوظيفة انتقال حالة طبقة الإجماع مما يساهم في متطلبات المدقق الخفيف.
2. تعمل كأساس لخوارزمية التجميع للتواقيع المقاومة للكم، مما يحسن كفاءة طبقة الاتفاق.

zkVM كأساس لـ ZK في سلسلة Beam

نظام البرهان الذي يكمن وراء ZK في سلسلة Beam سيكون zkVM. zkVM القائم على Risc-V يسمح ببرهان أي برنامج بأي لغة، مما يوفر مرونة أكبر.

(تحول حالة Beam إلى ترجمة إلى Risc-V وإثبات في zkVMs | المصدر: إعلان شبكة BEAM بواسطة جستن دريك)

هذا متوافق تمامًا مع نظام عملاء إثيريوم الحالي، الذي تم تطويره بلغات متعددة، مما يحافظ على تنوع إثيريوم وتحمل الأخطاء. في سلسلة Beam المستقبلية، سيكتب العملاء المختلفون وظيفة تحول الحالة بلغات برمجة متعددة، ويتم تجميعها إلى Risc-V، ويُسمح بإثباتها في أي zkVMs معتمدة على Risc-V. لهذا السبب، zkVM هو خيار طبيعي لسلسلة Beam.

استنتاج

إذا تم تنفيذ سلسلة Beam بنجاح، فمن المحتمل أن يكون لدى إثيريوم الميزات التالية:

1. سيتمكن المستخدمون من تجربة تأكيدات العمليات في غضون 4 ثوانٍ، مع تحقيق النهوض في غضون 12 ثانية.
2. سيقوم المحققون بالتحقق من انتقالات الحالة في طبقة الاتفاق باستخدام البراهين ZK. إذا كانت طبقة التنفيذ مثلما تم استخدام snarkified ، فسيحتاج المحققون فقط إلى كميات قليلة من البيانات للمشاركة في الاتفاق.
3. توقيعات المحقق ستكون مقاومة للكم
4. t، مما يمنع أجهزة الكمبيوتر الكمية من المساس بالتوافق في إثيريوم.

حاليًا ، لم يتم الاعتراف رسميًا بسلسلة Beam كجزء من خطة إثيريوم. ستتطلب تنفيذها أبحاث وتطويرًا واختبارات مكثفة على مدى فترة طويلة. ومع ذلك ، إذا قامت إثيريوم بالمتابعة مع شوكة سلسلة Beam ، فإن تحسينات تجربة المستخدم الناتجة يمكن أن تكون محورية.

يُخْتَتِمُ بِذلكَ استكشافُنا لكيفيّة تطوُّر إيثيريوم خلال خمسِ سنواتٍ مِنْ خِلال عدسةِ سلسلةِ Beam. في المقالةِ القادمةِ، سننظرُ في كيفيّةِ ظهورِ إيثيريوم في عامِ 2025 من منظورين: تجربةِ المستخدمِ ومقاومةِ الرقابةِ.

الملحق: الأسئلة الشائعة حول سلسلة الشعاع

(س): تمت مناقشة اقتراح جاستن دريك بشكل خاص. هل هذا يتعارض مع القيمة الأساسية لإثيريوم في أن يكون "مفتوحًا"؟

(ج): لا، ليس كذلك. يقترح اقتراح Beam Chain ببساطة تنفيذ أجزاء معينة من خارطة طريق Ethereum الحالية دفعة واحدة. ما إذا كان سيتم تنفيذه أم لا هو شيء لا يزال يتطلب مناقشة المجتمع. جميع الموضوعات التي تمت مناقشتها أعلاه لها بالفعل EIPs أو منشورات مرتبطة على Ethresear.ch. هذا ، بشكل أو بآخر ، يدل على أن سلسلة الشعاع ليست اقتراحا يقترح اتجاها جديدا لم يتم الكشف عنه سابقا ل Ethereum. علاوة على ذلك ، يتم إجراء المناقشات المتعلقة بخارطة طريق Ethereum علنا خلال مكالمة All Core Devs كل أسبوعين ، والتي يمكن لأي شخص المشاركة فيها. إذا كان شخص ما لا يوافق على خارطة الطريق أو لديه أفكار جديدة ، فيمكنه التعبير عن آرائه خلال هذه المكالمات أو تقديم مقترحات جديدة في شكل EIPs أو منشورات على Ethresear.ch.

في الختام، لا تتعلق مقترحات جاستن بشأن شبكة Beam بتغيير خريطة الطريق، بل تجميع أجزاء من الخريطة تحت اسم واحد أو ميم.

(س): أليست 5 سنوات طويلة جدا لتنفيذ سلسلة الشعاع؟

(A): قد يشعر الخمس سنوات بأنها فترة طويلة، ولكن يجب مراعاة عاملين:

1. إثيريوم مبني على بنية متعددة العملاء.
2. إثيريوم لديها أكبر عدد من المدققين في أي سلسلة كتلية.

(تنوع عميل التوافق | المصدر: تنوع عميل إثيريوم)

يتبع آلية التوافق في إثيريوم بروتوكولًا قائمًا على BFT حيث إذا تصرف أكثر من ثلث المحققين بشكل مختلف عن الآخرين، فإنه لا يمكن تأكيد الكتل. إذا تم بناء إثيريوم باستخدام عميل واحد أو اثنين فقط، يمكن أن يؤدي أي خلل في هذه العملاء إلى تعطيل إنتاج الكتل. لذلك، كان لدى إثيريوم دائمًا هدفًا لبنية متعددة العملاء التي تم تطويرها بلغات برمجة متعددة. هذا التنوع واضح في نظام العملاء الحالي لإثيريوم.

كما هو موضح في الصورة، يعمل طبقة الاتفاق في إثيريوم حاليًا بأربعة عملاء على الأقل. لاستبدال سلسلة Beacon بسلسلة Beam، يجب على جميع فرق العملاء الأربعة التعاون في التطوير. نظرًا لهذا ولمجموعة محققي إثيريوم الكبيرة، يجب أن يعطي عملية تطوير سلسلة Beam الأولوية للثبات ولا يمكن تسريعها لتصبح في إطار زمني يتراوح بين بضعة أشهر أو 1-2 سنة.

اخلاء المسؤوليه:

1. تمت إعادة طبع هذه المقالة من [2077research]. جميع حقوق النشر محفوظة للمؤلف الأصلي [‎sm-stack]. إذا كانت هناك اعتراضات على هذا النشر المعاد طبعه، يرجى التواصل مع بوابة تعلمالفريق، وسوف يتعاملون معها بسرعة.
2. إخلاء المسؤولية: الآراء ووجهات النظر الواردة في هذه المقالة هي آراء المؤلف فقط ولا تشكل أي نصيحة استثمارية.
3. يقوم فريق Learn بترجمة المقالات إلى لغات أخرى. ما لم يذكر غير ذلك، يُحظر نسخ أو توزيع أو نسخ المقالات المترجمة.