Перший крок до модульності Ethereum: Основи Proto-danksharding та його принципи роботи

Ethereum робить важливий крок до масштабованості. Завдяки завершенню злиття та оновлення Шанхаю, Ethereum успішно перейшов з алгоритму доказу роботи на алгоритм доказу частки. Наступним великим проектом на дорожній карті є EIP-4844, тобто "proto-danksharding".

Ця зміна коду спрямована на покращення масштабованості rollup на базі Ethereum. Вона вводить новий тип транзакцій, званий blob, збільшуючи вимоги до даних і зберігання в блоках Ethereum, а також створює новий ринок зборів, який відокремлює ціну blob від звичайних транзакцій.

Rollup є протоколом, що покладається на Layer 2 блокчейни (, такі як Ethereum ), для забезпечення доступності даних ( DA ). Rollup на основі смарт-контрактів покладається не лише на DA Ethereum, а й на нього для розрахунку транзакцій ( та верифікації ). Ці rollup спеціально читають дані з DA-версій, таких як Ethereum, і виконують дійсні транзакції та код смарт-контрактів.

Зазвичай вартість публікації великої кількості даних в Ethereum є дуже високою, частково через те, що мережа зберігає дані як частину історії транзакцій у полі "CALLDATA". EIP-4844 створить додатковий простір даних розміром 512 кБ або 768 кБ для використання rollup у кожному блоці. Важливо, що дані, опубліковані в цьому просторі, зберігатимуться лише близько трьох тижнів.

Оскільки дані, перевірені через blob-транзакції, є тимчасовими, і через те, що незалежний ринок тарифікації blob відокремлений від інших типів транзакцій, теоретично вартість публікації даних rollup в Ethereum буде значно знижена. З часом розробники планують впровадити технологію вибіркового зразка даних, щоб дані blob не потрібно було завантажувати повністю для перевірки на повних вузлах Ethereum, що ще більше знизить витрати rollup.

Proto-danksharding є повним передвісником і "прототипом" danksharding, який дозволить вузлам Ethereum завантажувати фрагменти даних blob для визначення доступності повного blob. У цій статті детально розглянуто, як працює EIP-4844, обмеження proto-danksharding, план еволюції до повного danksharding, а також безпосередні переваги для кінцевих користувачів і розробників dapp.

Враховуючи, що основна мета повного данкшардингу полягає в підтримці екосистеми Layer 2 rollup і розширенні Ethereum через модульність, зміни коду, які будуть впроваджені в наступному оновленні Ethereum, стануть важливим тестовим полем для масштабного застосування теорії модульних блокчейнів на одній з найбільших публічних блокчейнів у світі.

Фон

EIP-4844 вважається оновленням масштабованості Ethereum. Але слід зауважити, що ця зміна коду не збільшила і не покращила фактичну здатність Ethereum обробляти транзакції. Proto-danksharding зменшує витрати на публікацію великої кількості даних в Ethereum, що знижує витрати на експлуатацію rollup. EIP-4844 вважається таким, що покращує масштабованість Ethereum, оскільки він робить мережі Layer 2 на базі Ethereum більш економічними, але ця зміна коду не підвищила масштабованість Ethereum як універсальної блокчейн-платформи для виконання транзакцій і смарт-контрактів.

Протягом останніх чотирьох років торговельна активність Ethereum rollup, така як Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync та Polygon zkEVM, продовжувала зростати. L2Beat.com оцінює, що загальний обсяг транзакцій, реалізований усіма Layer 2 мережами, становить (TPS), що в 3,8 рази перевищує середній денний TPS Ethereum.

Згідно з даними Blockworks Research, наданими Dune Analytics, rollup заощаджує понад 99% витрат на газ для кінцевих користувачів і розробників dapp у порівнянні з витратами на безпосереднє розгортання коду та транзакції в Ethereum.

Станом на 13 червня 2023 року, вартість здійснення транзакцій на двох найпопулярніших роллапах Ethereum, Optimism та Arbitrum, становила приблизно від 0,03 до 0,05 долара. Але під час частих ланцюгових активностей та заторів у мережі ці витрати іноді можуть стрибати вище 1 долара.

EIP-4844 має на меті зменшити витрати на rollup, запровадивши новий тип транзакції, а саме двійковий великий об'єкт (blob). Нижче наведено покроковий опис життєвого циклу blob-транзакцій, визначених у EIP-4844:

1. Користувач генерує blob-транзакцію та подає її до пам'яті Ethereum.
2. Верифікатори вибирають blob-транзакції з mempool і упаковують їх у блок.
3. Верифікатори поширюють блоки на інші вузли в мережі.
4. Інші вузли перевіряють блоки, включаючи blob-транзакції в них.
5. Як тільки блок буде підтверджено, дані blob зберігаються на сигнальному ланцюзі приблизно 3 тижні.
6. Через 3 тижні дані blob видаляються з вузлів, але їхнє зобов'язання залишається в ланцюзі.

EIP-4844 не вплине на те, як звичайні транзакції потрапляють до мемпулу Ethereum та блоків, і не вплине на ринкові збори, які визначають ціну на блок-простір Ethereum. Але EIP-4844 дійсно збільшує вимоги до зберігання блоків Етер. Додатковий простір для даних спеціально призначений для прикріплення blob-транзакцій до блоків.

Blob подібний до бокового причепа, може бути прикріплений до Ethereum-блоку, не впливаючи на існуючий блок простору для обробки звичайних транзакцій. Простір blob-блоку буде аукціонуватися на основі власного ринку зборів, подібно до дизайну ринку зборів EIP-1559. Спочатку вартість blob-транзакцій майже дорівнює нулю. Після цього, за кожне підтвердження блоку, якщо більше половини простору blob-блоку ( принаймні 256kB ) використовується, вартість blob-транзакцій зросте на 12,5%. Для кожного blob-блоку, який не був повністю використаний, тобто простір blob-блоку заповнений менше ніж на 50%, вартість blob зменшиться на 12,5%.

Blob-транзакції не будуть зберігатися безстроково в Ethereum, а зберігатимуться на консенсусному рівні Ethereum (CL), тобто на Beacon Chain, і будуть видалені з вузлів CL через три тижні. Proto-danksharding дозволить мати до 4 blob у кожному блоці, причому кожен blob може містити до 128kB додаткових даних. Максимальний ліміт простору blob у 512kB може змінитися в залежності від тестування EIP-4844. Розробники активно обговорюють можливість збільшення цього ліміту з 4 до 6 blob.

Кожен blob — це можливість для окремого сортувальника rollup опублікувати пакет транзакцій на Ethereum. Ethereum щодня генерує близько 7094 блоків, після EIP-4844, за умови, що в кожному блоці є обмеження на 4 blob, щодня можна обробити максимум 28376 blob. ( це теоретичний максимум, який на практиці може ніколи не бути досягнутий через динамічні зміни вартості blob. Безперервна обробка максимальної кількості blob у кожному блоці є дуже дорогою для сортувальника. )

Протягом останніх 6 місяців, сортувальник, що працює на Optimism (, за обсягом торговельної активності став другим за популярністю rollup Ethereum ), щодня подаючи приблизно 3126 пакетів транзакцій до Ethereum.

Обсяг транзакцій, підтверджених Arbitrum, приблизно вдвічі більший за обсяг транзакцій Optimism, і, як і Optimism, покладається на сортувальники для публікації даних на Ethereum через CALLDATA для завершення транзакцій. Інші популярні приклади роллапів на Ethereum включають, але не обмежуються, Polygon zkEVM, zkSync та StarkNet. На Optimism понад 90% витрат походять з витрат на CALLDATA Layer 1.

Введення спеціального простору для зберігання даних, незалежно від того, наскільки малим він є спочатку, має на меті зменшити витрати на використання Ethereum як DA-слою для всіх rollup на базі Ethereum. За консервативними оцінками, розробники rollup очікують, що з активацією EIP-4844, витрати на rollup знизяться на 100% до 900%. Проте ці оцінки можуть змінитися в залежності від зростання прийняття та активності rollup за кілька місяців до та після активації proto-danksharding.

Вартість транзакцій з blob, хоча спочатку може бути дешевшою, ніж звичайні транзакції на початку активації EIP-4844, може швидко зрости, якщо кількість rollup-ів на базі Ethereum збільшиться. Крім того, хоча кожен blob призначений для надання можливості окремому сортувальнику публікувати до 128 кБ даних, сортувальники rollup можуть координувати свої дії, щоб один blob містив дані з кількох rollup-ів. Розробники Ethereum усвідомлюють, що через обмежену кількість blob-ів у кожному блоці та те, що один пакет транзакцій може не повністю використовувати весь простір даних у 128 кБ для кожної blob-транзакції, може виникнути вторинний ринок для ціноутворення blob-ів. Хоча запобігання появі вторинних ринків поза ланцюгом є пріоритетом, не слід вводити більш високий рівень складності протоколу, щоб запобігти цій можливості. Наразі розробники використовують підхід "очікування та спостереження", вводячи blob через EIP-4844 і плануючи подальшу оптимізацію EIP-4844 в майбутньому.

Proto-danksharding заклав основу для впровадження більш передових технологій, щоб ще більше знизити витрати на blob без збільшення навантаження на обчислення вузлів. Називаний повним danksharding, повна концепція blob полягає в збільшенні максимальної кількості blob в кожному блоці з 4 до 64.

Повний Danksharding

4 блоби збільшують розмір блоку Ethereum на 512 кБ. 6 блобів додатково збільшать розмір блоку Ethereum на 768 кБ. Як було згадано раніше, додатковий простір блоку суворо використовується для блоб-транзакцій і не зберігає дані на постійній основі, як звичайний блоковий простір. Повна концепція EIP-4844 полягає в тому, щоб ввести до 64 блобів для Ethereum і зробити це без значного збільшення обчислювального навантаження на вузли для валідації блоків. Щоб реалізувати повний данкшардинг, Ethereum потрібно реалізувати дві технології: вибірковість доступності даних (DAS) та кодування з стиранням.

Зразок доступності даних ( DAS )

У контексті перевірки транзакцій Layer 2 rollup, метою DAS є забезпечення того, щоб усі фрагменти даних, згруповані сортувальником, були опубліковані в ланцюгу. Повні вузли випадковим чином обираються, завантажують шматок даних з blob і генерують доказ доступності даних. Чим більше разів повний вузол здійснює вибірку даних, тим більша ймовірність того, що всі дані були надані сортувальником без утримання важливих даних. Для вузла процес вибірки даних є менш обчислювально витратним, ніж завантаження всіх даних blob, але теоретично дає такі ж гарантії доступності даних. Як і в прототипі danksharding, повне вибірка даних blob під danksharding забезпечить, що транзакції від сортувальника були перевірені та опубліковані в ланцюгу для оцінки будь-якими користувачами або зацікавленими сторонами мережі. Потім у користувачів і зацікавлених сторін буде певний час, щоб переглянути ці транзакції, підтвердити, що вони остаточно завершені на DA-шарі, як Ethereum, і на основі попередньої партії транзакцій створити нові партії транзакцій.

За допомогою DAS розробники Ethereum мають впевненість у тому, що можуть збільшити кількість і обсяги blob, що публікуються в Ethereum, не підвищуючи навантаження на обчислення вузлів. Крім того, розробники планують у майбутніх оновленнях впровадити пропозиції, такі як історичне термінове зняття, для подальшого зменшення обчислювального навантаження на вузли. Як зазначив дослідник Ethereum Данкрат Файст, з часом Ethereum стане "публічним дошкою оголошень, а не архівною системою", покладаючи відповідальність за збереження повних копій історії транзакцій на мережевих учасників, які часто використовують ці дані, такі як Layer 2 rollup та компанії з блокчейн-інфраструктури, такі як Infura, Alchemy та Blockdaemon. Хоча EIP-4844 вводить blob, це є раннім прикладом того, що всі транзакції можуть стати тимчасовим сховищем в Ethereum в один прекрасний день.

Видалити коду

Техніка стирання коду підвищила можливості вибірки даних. Якщо зловмисний сортувальник утримує невелику кількість блоків даних, будь-де між 1% і 49% даних blob, вибірка транзакцій може ймовірнісно призвести до того, що певні зразки спочатку будуть повернуті як правильні, а не помилкові. Стирання коду забезпечує, що якщо принаймні половина blob буде перевірена, решта blob може бути відновлена. Ця технологія діє тільки тоді, коли дані представлені у вигляді поліномів, тобто виразу з двох або більше алгебраїчних членів. Найпоширеніша форма стирання коду залежить від коду Reed-Solomon(RS), який є складною математичною формулою, що дозволяє відновити відсутні дані на основі достатньої кількості відомих фрагментів даних. Інтуїтивно, лише вибірка може не забезпечити ефективну гарантію доступності великої кількості даних, особливо в припущенні, що зловмисний сортувальник утримав одне єдине дане з blob. Стирання коду вводить дані надмірності для blob, так що зловмисний сортувальник обов'язково повинен утримувати значну частку даних blob, щоб утримати будь-яку кількість даних.

Комбінація DAS та кодування з виправленням помилок є основою технології повного данкшардингу. Ці технології також є основою деяких DA-слоїв, таких як Polygon Avail та Celestia. У багатьох відношеннях бачення підтримки модульних блокчейн-обчислень реалізується через інші