빔 체인: “이더리움 3.0”
막 종료된 2024 데브콘 컨퍼런스는 방콕에 모였으며 이 기간 동안 이더리움 및 관련 생태 프로젝트는 일련의 새로운 아이디어, 새로운 트렌드 및 새로운 계획을 발표하여 글로벌 Web3를 촉발시켰습니다. .
특히 인상적인 것은 이더리움재단 연구원 저스틴 드레이크가 내놓은 '이더리움 3.0' 제안이다.
그는 커뮤니티에서 "이더리움 3.0"이라는 합의 계층 업그레이드 제안인 빔 체인(Beam Chain)을 제안했습니다. 핵심 아이디어는 영지식 증명을 사용하여 검증인의 계산 및 통신 부담을 줄이고, 검증인이 되기 위해 필요한 임계값을 낮추며, 더 많은 검증인이 네트워크에 참여할 수 있도록 하여 보안을 강화하고, 계산 중복성을 줄이고, 전반적인 효율성을 향상시키는 것입니다. 네트워크의. 또한 저스틴은 시대적 한계로 인해 비콘체인에 남겨진 기술적 부채를 해결하고 미래의 반양자 보안 요구 사항에 대비하기 위해 합의 계층을 스나크하는 기회를 잡기를 원합니다.
Vitalik의 The Verge 로드맵에서 Ethereum의 SNARKification은 합의 계층과 실행 계층의 영지식 증명 변환을 포함하는 중요한 작업 중 하나입니다. Vitalik의 최신 해석[2]에서 Vitalik은 합의 계층의 변형이 하나의 과제이며 후속 작업에서 지속적으로 고려되고 최적화되어야 함을 인정했습니다. 빔 체인의 제안은 합의 계층을 비웃는 방법에 대한 Vitalik의 대응으로 볼 수 있습니다.
빔 체인은 합의 계층에만 중점을 둡니다. 그러나 합의 계층을 비웃는 것이 모든 부분을 변형한다는 의미는 아닙니다. 블록체인의 핵심은 상태 전환 기능이므로 이를 변환하려면 상태 전환 기능만 사용하면 됩니다. 이것이 바로 ZK가 잘하는 일입니다. 합의 계층의 경우 상태 전이 기능은 주로 슬롯별 전이 기능, 블록별 전이 기능 및 에포크별 전이 기능의 세 부분으로 구성됩니다. 이 세 가지 상태 전이 기능에는 합의 알고리즘 및 스테이킹 로직의 실행, 블록 제안, 실행 레이어 결과의 정확성 검증, 머클 트리 루트 검증, 합의 서명 검증/집합, 해시 함수 계산, 약속 및 상환이 포함됩니다. 계정 저장 상태 등에 접근하기 위한 작업 합의 계층을 스나크하는 것은 실제로 위의 작업을 스나크하는 것입니다. 합의 계층을 비웃는 과정에서 이더리움은 여전히 분산화와 다양성의 목표를 최우선으로 두므로 ZK 알고리즘과 프로토콜은 의무화되지 않지만 제안자가 선택하게 된다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
이미지 출처: https://www.youtube.com/watch?v=rGE_RDumZGg&t=8257s
핵심 난이도: 실시간 증명
빔체인 개념을 구현하기 위한 핵심난이도는 증명효율을 향상시키는 것, 즉 현재의 수십초, 심지어 수백초의 증명시간을 어떻게 2단계로 압축할 것인가이다. 올해 9월 24일 AntChain OpenLabs, ZAN, Pharos가 공동 주최한 ZK 워크샵 II[3]에서 게스트 Justin은 당시 제기한 핵심 사항이 "이더리움 3.0"과 관련된 보고서를 공유했습니다. 아이디어는 동일하며 성능 병목 현상을 해결하기 위한 솔루션이 제안됩니다. 이는 커뮤니티가 ASIC 가속 방법을 사용하여 증거 생성부터 칩 증명까지 영지식 증명 가상 머신의 전체 프로세스를 완료하도록 권장합니다. 향후 몇 년 내에 증명 생성 시간이 10배 이상 증가할 것입니다. 실시간 증명이 실제로 실현될 수 있습니다.
영지식 증명 기술의 성능 및 적용 강화: 우리는 항상 이동 중입니다.
AntChain OpenLabs는 GPU, FPGA 및 ASIC과 같은 하드웨어 플랫폼을 사용하여 ZK 증명을 가속화하는 데 전념해 왔으며 Polygon ZKEVM Prover, Stone Prover, Halo2 및 Plonky2를 포함한 다양한 ZK 시스템을 가속화하여 여러 FPGA IP 및 GPU 가속을 형성했습니다. 솔루션: 일부 핵심 운영자는 100배 이상의 속도 향상을 달성합니다.
CUDA 기반 AntChain OpenLabs로 가속된 일부 사업자의 상대적인 CPU 가속 비율은 표(1)과 같습니다.
(표 1)
AntChain OpenLabs에 의해 구현된 GPU 가속 MSM과 오픈 소스 ICICLE(둘 다 4090GPU) 간의 성능 비교는 표(2)에 나와 있습니다.
(표 2)
AntChain OpenLabs로 구현된 GPU 가속 Circle FFT와 16코어 CPU의 오픈 소스 Stwo Prover 간의 성능 비교는 표 (3)에 나와 있습니다.
(표 3)
또한 AntChain OpenLabs는 AI+ZK 방향의 대규모 모델 검증 가능 계산에서 응용 프로그램 탐색에 전념하고 있으며 Sumcheck 프로토콜의 GPU+CPU 협업 최적화 및 독립적으로 설계된 행렬 곱셈을 사용합니다. 4개의 GPU에서 zkLLM의 첫 번째 토큰인 타원 곡선 구현[4][5](원래 구현에는 확약 및 개방이 포함되지 않았으며 LLama-7B 모델의 경우 확약 및 개방을 추가한 후 성능이 테스트되었습니다) 생성 시간은 4시간에서 약 18분으로 단축되었습니다.
AntChain OpenLabs는 GPU 축적을 기반으로 대규모 모델 검증 가능한 계산의 성능과 가용성을 지속적으로 최적화하고, 구축을 목표로 솔루션 교체 및 최적화, 다중 인스턴스 폴딩 및 다중 토큰 증명 생성에 대한 노력을 계속하고 있습니다. 효율적이고 사용하기 쉬운 AI 생태계 친숙하고 검증 가능한 컴퓨팅 서비스는 영지식 증명 기술의 대규모 적용을 위한 가능한 방향을 탐색하고 Web3와 AI 애플리케이션 간의 가교를 구축합니다.
동시에, 양자 컴퓨터의 위협에 직면하여 AntChain OpenLabs는 여러 NIST 표준 포스트 양자 알고리즘을 지원하기 위해 OpenSSL[6]을 기반으로 하는 암호화 라이브러리의 포스트 양자 버전을 적극적으로 탐색하고 변환했습니다. 동시에, 포스트퀀텀 서명이 ECDSA에 비해 40배 이상 저장 확장이 가능하다는 문제에 직면하여 합의 프로세스와 저지연 메모리 읽기 최적화를 통해 반양자 블록체인의 TPS는 약 50%에 도달할 수 있습니다. 원래 체인의.
위의 기술 탐구는 ZAN이 출시한 통합 소프트웨어 및 하드웨어 가속 솔루션인 Power Zebra( https://zan.top/home/power-zebra?chInfo=ch_WZ )에서 구현되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 지식 다중 스칼라 포인트 곱셈 MSM, 수론 변환 NTT, H 다항식 솔루션, 다항식 공개 증명 및 기타 여러 핵심 구성 요소를 포함하여 일반적으로 사용되는 연산자가 가속화되고 최적화되어 컴퓨팅 리소스, 스토리지 대역폭 및 PCIe를 최대한 활용한다는 것을 증명합니다. GPU의. 대역폭을 높여 컴퓨팅 효율성을 크게 향상시킵니다. 이전에는 zkWASM 오픈 소스 커뮤니티 Delphinus Lab이 ZAN의 통합 소프트웨어 및 하드웨어 가속 솔루션인 Power Zebra를 도입한 후 GPU 컴퓨팅 성능이 20% 이상 향상되어 커뮤니티 내 유사 서비스 중 최고 기록을 세웠습니다.
예견하다
오랫동안 이더리움 커뮤니티는 BlockGasLimit, L2s 및 기타 전략 개선을 포함하여 실행 계층 최적화에 주로 중점을 두었습니다. 그 중 실행 계층의 Snarkization은 이미 "Rollup Centric" 로드맵에서 L2의 도움으로 대부분의 작업을 완료했으며 많은 것을 얻었습니다. 빔 체인의 아이디어는 합의 계층의 스나크화(Snarkization)에 대한 문을 엽니다. 저는 빔 체인의 도입으로 커뮤니티가 합의 계층의 변화에 집중하고 더 흥미로운 아이디어를 가져올 수 있도록 안내하고 영감을 줄 것이라고 믿습니다.
합의 계층과 실행 계층의 스나크화는 이더리움 스나크화의 마지막 퍼즐을 완성하고 이더리움의 확장성과 탈중앙화에 큰 기여를 할 것으로 예상할 수 있습니다. 동시에 빔체인 제안이 발전함에 따라 영지식증명 기술을 기반으로 한 가상머신은 이더리움 생태계에서 핵심적인 역할을 하게 될 것입니다. SNARK 증명과 포스트퀀텀 암호화를 도입하고 더 낮은 서약 임계값과 더 빠른 블록 확인 시간을 결합함으로써 Beam Chain은 이더리움에 더 강력한 분산화와 더 높은 성능을 가져올 것입니다.
참고자료
[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/
