ビームチェーン：「イーサリアム3.0」
閉会したばかりの 2024 年の Devcon カンファレンスは、バンコクに集まって盛況でした。この期間中、イーサリアムと関連するエコロジー プロジェクトは、一連の新しいアイデア、新しいトレンド、新しい計画を発表し、世界的な Web3 に火をつけました。 。
特に印象に残っているのは、イーサリアム財団の研究者ジャスティン・ドレイク氏が発表した「イーサリアム3.0」の提案書だ。
彼は、コミュニティー Beam Chain [1] によって「イーサリアム 3.0」と呼ばれるコンセンサス層のアップグレード提案を提案しました。中心的なアイデアは、ゼロ知識証明を使用してバリデーターの計算と通信の負担を軽減し、バリデーターになるために必要なしきい値を下げ、より多くのバリデーターがネットワークに参加できるようにして、セキュリティを強化し、計算の冗長性を減らし、全体の効率を向上させることです。ネットワークの。さらに、ジャスティンはコンセンサス層を攻撃する機会を利用して、時代の限界によりビーコンチェーンに残された技術的負債を解決し、将来の反量子セキュリティ要件に備えたいと考えています。
Vitalik の The Verge ロードマップでは、イーサリアムの SNARK 化は重要なタスクの 1 つであり、これにはコンセンサス層と実行層のゼロ知識証明変換が含まれます。 Vitalik の最新の解釈 [2] の中で、Vitalik はコンセンサス層の変換が課題であり、その後の作業で継続的に検討し最適化する必要があることを認めました。 Beam Chainの提案は、コンセンサス層をどう狙うかについてのVitalikの回答と見ることができる。
Beam Chain はコンセンサス層のみに焦点を当てます。しかし、コンセンサス層を攻撃することは、すべての部分を変革することを意味するわけではありません。ブロックチェーンの中核は状態遷移関数であるため、その変換には状態遷移関数を利用するだけで済みます。これはまさに ZK の得意分野です。コンセンサス層の場合、状態遷移関数には主に 3 つの部分、つまりスロットごとの遷移関数、ブロックごとの遷移関数、およびエポックごとの遷移関数が含まれます。これら 3 つの状態遷移機能には、コンセンサス アルゴリズムとステーキング ロジックの実行、ブロックの提案、実行層の結果の正確性の検証、マークル ツリー ルートの検証、コンセンサス署名の検証/集約、ハッシュ関数の計算、および誓約と償還が含まれます。アカウントの保管状況などにアクセスするための操作コンセンサス層を騙すということは、実際には上記の操作を騙すことです。コンセンサス層を攻撃するルートにおいて、イーサリアムは依然として分散化と多様性の目標を最優先に据えているため、ZK アルゴリズムとプロトコルは強制されず、提案者によって選択されることは注目に値します。
画像出典：https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg&t=8257s
主な難易度: リアルタイム証明
ビームチェーンの概念を実現するためには、証明効率を向上させること、つまり現状の数十秒、場合によっては数百秒の証明時間をいかにして第二レベルに圧縮するかが最大の課題となります。今年9月24日にAntChain OpenLabs、ZAN、Pharosが共催したZK Workshop II [3]で、ゲストのJustin氏は「Realtime Proving」というタイトルのレポートを共有したが、その時に彼が提起した核心的なポイントは「Ethereum 3.0」に関連したものだった。考え方は同じで、パフォーマンスのボトルネックを解決するためのソリューションが提案されています。これは、コミュニティが ASIC アクセラレーション手法を使用して、証拠の生成からチップ上の証明までのゼロ知識証明仮想マシンのプロセス全体を完了することを奨励しています。今後数年間で、証明の生成時間は 10 倍以上に増加します。リアルタイム証明を真に実現できます。
ゼロ知識証明テクノロジーのパフォーマンスとアプリケーションを強化: 私たちは常に前進しています
AntChain OpenLabs は、GPU、FPGA、ASIC などのハードウェア プラットフォームを使用して ZK 証明を高速化することに注力しており、Polygon ZKEVM Prover、Stone Prover、Halo2、Plonky2 などのさまざまな ZK システムを高速化して、複数の FPGA IP および GPU アクセラレーションを形成しています。解決策: 一部のコア オペレータは 100 倍以上の高速化を実現します。
CUDA ベースの AntChain OpenLabs によって加速された一部のオペレーターの相対的な CPU 加速率を表 (1) に示します。
(表1)
表 (2) に示すように、AntChain OpenLabs によって実装された GPU アクセラレーション MSM とオープンソース ICICLE (両方とも 4090GPU) のパフォーマンス比較。
(表2)
AntChain OpenLabs によって実装された GPU 高速化 Circle FFT と、16 コア CPU 上のオープンソース Stwo Prover のパフォーマンス比較を表 (3) に示します。
(表3)
さらに、AntChain OpenLabs は、AI+ZK 方向の大規模モデルの検証可能な計算のアプリケーション探索にも取り組んでおり、独自に設計された行列乗算、折りたたみ、Sumcheck プロトコルの GPU+CPU 協調最適化、および効率的な計算を使用します。 zkLLM [4][5] の最初のトークンである楕円曲線の実装 (元の実装にはコミットメントとオープンが含まれていません。LLama-7B モデルの場合、パフォーマンスはコミットメントとオープンを追加した後にテストされます)。生成時間は 4 時間から約 18 分に短縮されました。
AntChain OpenLabs は、GPU での蓄積に基づいて大規模モデルの検証可能な計算のパフォーマンスと可用性を継続的に最適化し、コミットメント ソリューションの置き換えと最適化、マルチインスタンスのフォールディング、およびマルチトークンプルーフの生成に継続的に取り組んでいます。効率的で使いやすい AI エコシステム。フレンドリーで検証可能なコンピューティング サービスは、ゼロ知識証明テクノロジーの大規模なアプリケーションの可能性を探り、Web3 と AI アプリケーションの間の橋渡しをします。
同時に、量子コンピューターの脅威に直面して、AntChain OpenLabs は、複数の NIST 標準ポスト量子アルゴリズムをサポートするために、OpenSSL [6] に基づく暗号ライブラリのポスト量子バージョンを積極的に探索および変換してきました。同時に、ポスト量子署名は ECDSA と比較して 40 倍以上のストレージ拡張があるという問題に直面していますが、コンセンサスプロセスと低レイテンシのメモリ読み取り最適化を通じて、反量子ブロックチェーンの TPS は約 50% に達します。オリジナルチェーンの。
上記の技術的探求が、ZAN によって開始された統合ソフトウェアおよびハードウェア アクセラレーション ソリューションである Power Zebra ( https://zan.top/home/power-zebra?chInfo=ch_WZ ) に実装されたことは注目に値します。マルチスカラー点乗算 MSM、数論変換 NTT、H 多項式解、多項式開証明、その他多くの主要コンポーネントを含む一般的に使用される演算子が、コンピューティング リソース、ストレージ帯域幅、PCIe を最大限に活用して高速化および最適化されていることを証明します。 GPUの。帯域幅が広くなり、コンピューティング効率が大幅に向上します。以前、zkWASM オープン ソース コミュニティ Delphinus Lab が ZAN の統合ソフトウェアおよびハードウェア アクセラレーション ソリューション Power Zebra を導入した後、GPU コンピューティング パフォーマンスが 20% 以上向上し、コミュニティ内の同様のサービスの最高記録を樹立しました。
予見する
長い間、イーサリアム コミュニティは、BlockGasLimit、L2s、その他の戦略の改善など、実行レイヤーの最適化に主に焦点を当ててきました。その中でも、実行層の Snarkization は、「ロールアップ セントリック」ロードマップの L2 の助けを借りて、すでにほとんどの作業が完了しており、多くの成果を上げています。ビームチェーンのアイデアは、コンセンサス層のスナーク化への扉を開きます。 Beam Chain の導入により、コミュニティがコンセンサス層の変革に焦点を当て、よりエキサイティングなアイデアをもたらすよう導き、刺激を受けることになると私は信じています。
コンセンサス層と実行層のスナーク化により、イーサリアムのスナーク化の最後のパズルが完成し、イーサリアムのスケーラビリティと分散化に大きく貢献することが期待できます。同時に、ビームチェーン提案の進展により、ゼロ知識証明技術に基づく仮想マシンがイーサリアムエコシステムの中核的な役割を果たすことになります。 SNARK 証明とポスト量子暗号を導入し、低いプレッジしきい値とより速いブロック確認時間と組み合わせることで、ビーム チェーンはイーサリアムに強力な分散化とより高いパフォーマンスをもたらします。
参考文献
[1] https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg
[2] https://vitalik.eth.limo/general/2024/10/23/futures4.html
[3] https://x.com/zan_team/status/1844947080642539752
[4] https://github.com/jvhs0706/zkllm-ccs2024
[5] https://arxiv.org/abs/2404.16109
[6] https://www.openssl.org/
