Para alcançar a descentralização, aproveite a falta de confiança inerente da criptografia, os incentivos econômicos naturais do MEV para impulsionar a adoção em massa, o potencial da tecnologia ZK e a necessidade de computação de uso geral descentralizada, incluindo aprendizado de máquina, o surgimento do mundo supercomputadores tornou-se necessário.
Título original: "Towards World Supercomputer"
Escrito por: msfew, Kartin, Xiaohang Yu, Qi Zhou
Compilação: Deep Tide TechFlow
introduzir
Quão perto está o Ethereum de eventualmente se tornar o supercomputador desse mundo?
Do algoritmo de consenso ponto a ponto do Bitcoin ao EVM do Ethereum e ao conceito de nação em rede, um dos objetivos da comunidade blockchain sempre foi construir um supercomputador mundial, mais especificamente, um estado unificado descentralizado, imparável, confiável e escalável. máquina.
Embora se saiba há muito tempo que tudo isso é teoricamente possível, a maioria dos esforços em andamento até o momento tem sido muito fragmentada e tem sérios trade-offs e limitações.
Neste artigo, exploramos algumas das compensações e limitações enfrentadas pelas tentativas existentes de construir um computador mundial, depois analisamos os componentes necessários para tal máquina e, finalmente, propomos uma nova arquitetura de supercomputador mundial.
Uma nova possibilidade, digna de nossa compreensão.
1. Limitações do método atual
a) Rollups de Ethereum e L2
O Ethereum foi a primeira tentativa real de construir o supercomputador do mundo e, sem dúvida, o mais bem-sucedido. No entanto, durante seu desenvolvimento, o Ethereum priorizou muito a descentralização e a segurança em relação à escalabilidade e ao desempenho. Portanto, embora confiável, o Ethereum regular está longe de ser o supercomputador do mundo - ele simplesmente não escala.
A solução atual é o L2 Rollups, que se tornou a solução de dimensionamento mais amplamente adotada para melhorar o desempenho dos computadores no mundo Ethereum. Como uma camada adicional construída sobre o Ethereum, os L2 Rollups oferecem vantagens significativas e são suportados pela comunidade.
Embora existam várias definições de rollups L2, é geralmente aceito que Rollups L2 são redes com duas características principais: disponibilidade de dados on-chain e execução de transações off-chain no Ethereum ou outras redes subjacentes. Basicamente, o estado histórico ou os dados de transação de entrada são acessíveis publicamente e comprometidos com a verificação no Ethereum, mas todas as transações individuais e transições de estado são movidas para fora da rede principal.
Embora os L2 Rollups tenham realmente melhorado muito o desempenho desses "computadores globais", muitos deles apresentam um risco sistêmico de centralização, o que mina fundamentalmente os princípios do blockchain como uma rede descentralizada. Isso ocorre porque a execução off-chain envolve não apenas transições de estado individuais, mas também o sequenciamento ou lote dessas transações. Na maioria dos casos, o ordenador L2 faz a ordenação, enquanto os validadores L2 calculam o novo estado. No entanto, fornecer esse recurso de pedido para pedidos L2 cria um risco de centralização, onde o pedido centralizado pode abusar de seu poder de censurar transações arbitrariamente, interromper a atividade da rede e lucrar com a captura de MEV.
Embora tenha havido muitas discussões sobre maneiras de reduzir o risco de centralização L2, como por meio de compartilhamento, terceirização ou soluções baseadas em pedidos, soluções de pedidos descentralizados (como PoA, seleção de líder PoS, leilão MEV e PoE), entre eles muitos tentativas ainda estão em fase de projeto conceitual e estão longe de ser uma panacéia para este problema. Além disso, muitos projetos L2 parecem relutantes em implementar uma solução de classificador descentralizada. Por exemplo, a Arbitrum propõe um classificador descentralizado como um recurso opcional. Além do problema do pedido centralizado, o L2 Rollup pode ter problemas de centralização de requisitos de hardware de nó completo, risco de governança e tendências de rollup de aplicativos.
b) L2 Rollups e o Trilema do Computador Mundial
Todos esses problemas de centralização que vêm com a dependência de L2 Rollups para escalar o Ethereum revelam um problema fundamental, o "trilema do computador mundial", que é derivado do clássico "trilema" da blockchain:
Diferentes prioridades para este trilema resultarão em diferentes trade-offs:
Livro-razão de consenso forte: requer essencialmente armazenamento e cálculo repetidos, portanto, não é adequado para expandir armazenamento e cálculo.
Forte poder de computação: é necessário reutilizar o consenso ao executar um grande número de tarefas de computação e prova, portanto, não é adequado para armazenamento em grande escala.
Forte capacidade de armazenamento: É necessário reutilizar o consenso ao realizar provas de espaço de amostragem aleatória frequentes, portanto, não é adequado para computação.
O esquema L2 tradicional é, na verdade, construir o computador mundial de maneira modular. No entanto, como as diferentes funções não são particionadas com base nas prioridades mencionadas, o World Computer mantém a arquitetura de mainframe original do Ethereum, mesmo com escala. Essa arquitetura não pode satisfazer outras funções, como descentralização e desempenho, e não pode resolver o trilema do computador mundial.
Em outras palavras, L2 Rollups realmente implementam as seguintes funções:
Modularização do computador mundial (mais experimentos na camada de consenso e alguma confiança externa no ordenador centralizado);
Melhorias na taxa de transferência do World Computer (embora não sejam estritamente "expandidas");
Inovação aberta do computador mundial.
No entanto, L2 Rollups não fornecem:
Descentralização da informática mundial;
Aprimoramento de desempenho do computador mundial (o máximo de TPS combinado de Rollups não é suficiente, e L2 não pode ter finalização mais rápida que L1);
Computação pelo World Computer (envolve computação além do processamento de transações, como aprendizado de máquina e oráculos).
Embora a arquitetura mundial de computadores possa ter blockchains L2 e modulares, isso não resolve o problema fundamental. L2 pode resolver o trilema da blockchain, mas não o trilema do próprio computador mundial. Portanto, como vimos, as abordagens atuais não são suficientes para realmente realizar o supercomputador mundial descentralizado que a Ethereum originalmente imaginou. Precisamos de expansão de desempenho e descentralização, não expansão de desempenho e descentralização gradual.
2. Objetivos de design dos supercomputadores do mundo
Para isso, precisamos de uma rede que possa resolver computações intensivas de uso geral (especialmente aprendizado de máquina e oráculos), mantendo a descentralização total do blockchain da camada base. Além disso, devemos garantir que a rede seja capaz de suportar cálculos intensivos, como aprendizado de máquina (ML), que podem ser executados diretamente na rede e, por fim, verificados no blockchain. Além disso, precisamos fornecer armazenamento e poder de computação suficientes sobre as implementações de computadores existentes no mundo, os objetivos e métodos de design são os seguintes:
a) Requisitos de cálculo
Para atender às necessidades e propósitos de um computador mundial, estendemos o conceito de computador mundial descrito pela Ethereum e pretendemos alcançar um supercomputador mundial.
O supercomputador do mundo primeiro precisa concluir as tarefas que os computadores podem concluir agora e no futuro de maneira descentralizada. Para se preparar para a adoção em massa, os desenvolvedores precisam dos supercomputadores do mundo para acelerar o desenvolvimento e a adoção do aprendizado de máquina descentralizado para executar inferência e validação de modelo.
Para tarefas com uso intensivo de recursos de computação, como aprendizado de máquina, atingir esse objetivo requer não apenas técnicas de computação que minimizam a confiança, como provas de conhecimento zero, mas também maior capacidade de dados na rede descentralizada. Isso não pode ser alcançado em uma única rede P2P (como o blockchain tradicional).
b) Soluções para gargalos de desempenho
Nos primórdios da computação, nossos pioneiros enfrentaram gargalos de desempenho semelhantes à medida que faziam concessões entre poder de computação e capacidade de armazenamento. Tome o menor componente de um circuito como exemplo.
Podemos comparar a computação a uma lâmpada/transistor e o armazenamento a um capacitor. Em um circuito, uma lâmpada requer uma corrente elétrica para emitir luz, semelhante a uma tarefa computacional que requer computação para ser executada. Os capacitores, por outro lado, armazenam carga, de maneira semelhante à forma como o armazenamento pode armazenar dados.
Para a mesma tensão e corrente, pode haver um trade-off na distribuição de energia entre a lâmpada e o capacitor. Normalmente, computações mais altas requerem mais corrente para executar a tarefa de computação e, portanto, requerem menos energia para ser armazenada pelo capacitor. Capacitores maiores podem armazenar mais energia, mas podem resultar em menor desempenho computacional em cargas computacionais mais altas. Essa compensação torna impossível combinar computação e armazenamento em alguns casos.
Na arquitetura do computador von Neumann, levou ao conceito de separar o dispositivo de armazenamento da unidade central de processamento. Semelhante à separação da lâmpada do capacitor, isso poderia resolver o gargalo de desempenho dos sistemas de supercomputadores do mundo.
Além disso, os bancos de dados distribuídos tradicionais de alto desempenho adotam um esquema de design que separa armazenamento e computação. Esse esquema foi adotado por ser totalmente compatível com as características dos supercomputadores mundiais.
c) Nova topologia de arquitetura
A principal diferença entre blockchains modulares (incluindo L2 Rollups) e arquiteturas de computadores mundiais é sua finalidade:
Blockchain modular: visa criar novos blockchains selecionando módulos (consenso, camada de disponibilidade de dados DA, liquidação e execução) e combinando-os em blockchains modulares.
World Supercomputer: Visa construir um computador/rede descentralizado global combinando redes (blockchain de camada base, rede de armazenamento, rede de computação) em um computador mundial.
Propomos uma alternativa de que o eventual supercomputador mundial consistirá em três redes P2P topologicamente heterogêneas conectadas por barramentos (conectores) sem confiança, como tecnologia à prova de conhecimento zero: ledger de consenso, rede de computação e rede de armazenamento. Essa configuração básica permite que os supercomputadores do mundo resolvam o trilema do computador do mundo, e outros componentes podem ser adicionados conforme necessário para um aplicativo específico.
Vale a pena notar que a heterogeneidade topológica envolve não apenas diferenças arquitetônicas e estruturais, mas também diferenças fundamentais nas formas topológicas. Por exemplo, enquanto Ethereum e Cosmos são heterogêneos em termos de camadas de rede e interconexões, eles ainda são equivalentes em termos de heterogeneidade topológica (blockchains).
Nos supercomputadores do mundo, o blockchain do ledger de consenso adota a forma de blockchain e os nós adotam a forma de um gráfico completo, enquanto a rede zkOracle como o Hyper Oracle é uma rede sem ledgers e os nós formam um gráfico cíclico, enquanto a rede estrutura para armazenar Rollup é outra variante, partições formam sub-redes.
Usando provas de conhecimento zero como barramento de dados, podemos obter um supercomputador mundial totalmente descentralizado, imparável, sem permissão e escalável, conectando três redes ponto a ponto topologicamente heterogêneas.
3. Arquitetura Mundial de Supercomputadores
Semelhante à construção de um computador físico, devemos reunir a rede de consenso, a rede de computação e a rede de armazenamento mencionadas anteriormente em um supercomputador mundial.
A seleção e conexão adequadas de cada componente nos ajudará a alcançar um equilíbrio entre o livro de consenso, o poder de computação e o trilema da capacidade de armazenamento e, finalmente, garantir a descentralização, o alto desempenho e a segurança dos supercomputadores do mundo.
A arquitetura dos supercomputadores do mundo é descrita a seguir de acordo com suas funções:
A estrutura de nós de uma rede mundial de supercomputadores com rede de consenso, computação e armazenamento é semelhante à seguinte:
Para lançar a rede, os nós do supercomputador mundial serão baseados na infraestrutura descentralizada da Ethereum. Os nós com alto desempenho de computação podem ingressar na rede de computação do zkOracle para gerar provas para computação geral ou aprendizado de máquina, enquanto os nós com alta capacidade de armazenamento podem ingressar na rede de armazenamento do EthStorage.
Os exemplos acima descrevem nós executando Ethereum e redes de computação/armazenamento. Para nós que executam apenas redes de computação/armazenamento, eles podem acessar os blocos mais recentes da Ethereum ou provar a disponibilidade de dados armazenados por meio de um barramento de tecnologias de prova de conhecimento zero, como zkPoS e zkNoSQL sem confiança.
a) Consenso Ethereum
Atualmente, a rede de consenso dos supercomputadores do mundo usa exclusivamente Ethereum. Ethereum tem um forte consenso social e segurança no nível da rede, garantindo um consenso descentralizado.
Os supercomputadores do mundo são construídos em uma arquitetura centralizada em livro-razão de consenso. O registro de consenso serve a dois propósitos principais:
Fornecer consenso para todo o sistema;
Defina o ciclo de clock da CPU com o intervalo de bloco.
Comparado com redes de computação ou redes de armazenamento, o Ethereum não pode lidar com um grande número de tarefas de computação ao mesmo tempo, nem pode armazenar grandes quantidades de dados de uso geral.
Entre os supercomputadores do mundo, o Ethereum é uma rede de consenso para armazenamento de dados, como o L2 Rollup, para chegar a um consenso para a rede de computação e armazenamento e para carregar dados importantes para que a rede de computação possa realizar cálculos fora da cadeia.
b) Conjunto de lojas
O Proto-danksharding e o Danksharding da Ethereum são essencialmente formas de escalar a rede de consenso. Para atingir a capacidade de armazenamento exigida pelos supercomputadores do mundo, precisamos de uma solução que seja nativa do Ethereum e suporte o armazenamento permanente de grandes quantidades de dados.
Os pacotes cumulativos de armazenamento, como o EthStorage, escalam essencialmente o Ethereum para armazenamento massivo. Além disso, como aplicativos com uso intensivo de recursos computacionais, como aprendizado de máquina, exigem grandes quantidades de memória para serem executados em computadores físicos, é importante observar que a "memória" do Ethereum não pode ser superdimensionada. Os Storage Rollups são necessários para a "troca" que permite que os supercomputadores do mundo executem tarefas computacionalmente intensivas.
Além disso, o EthStorage fornece um protocolo de acesso web3:// (ERC-4804), que é semelhante ao URI nativo ou endereçamento de recurso de armazenamento dos supercomputadores do mundo.
c) rede de computação zkOracle
A rede de computação é o elemento mais importante dos supercomputadores do mundo porque determina o desempenho geral. Deve ser capaz de lidar com cálculos complexos, como oráculos ou aprendizado de máquina, e deve ser mais rápido que as redes de consenso e armazenamento em termos de acesso e processamento de dados.
A rede zkOracle é uma rede de computação descentralizada e de confiança minimizada, capaz de processar cálculos arbitrários. Qualquer programa em execução gera uma prova ZK, que quando usada pode ser facilmente verificada por consenso (Ethereum) ou outros componentes.
Hyper Oracle é uma rede de zkOracles, alimentada por zkWASM e EZKL, que pode executar qualquer computação usando rastreamentos de prova de execução.
A rede zkOracle é uma blockchain sem registro (sem estado global) que segue a estrutura da cadeia do blockchain original (Ethereum), mas opera como uma rede de computação sem registros. A rede zkOracle não garante validade computacional por meio de reexecução como blockchains tradicionais; em vez disso, fornece verificabilidade computacional por meio de provas geradas. O design sem registro e a configuração de nó dedicado para computação permitem que as redes zkOracle (como o Hyper Oracle) se concentrem em computação de alto desempenho e confiança minimizada. O resultado do cálculo é enviado diretamente para a rede de consenso em vez de gerar um novo consenso.
Na rede de computação do zkOracle, cada unidade de computação ou arquivo executável é representado por um zkGraph. Esses zkGraphs definem o comportamento de computação e geração de prova, assim como os contratos inteligentes definem a computação de uma rede de consenso.
I. Computação off-chain geral
O programa zkGraph na computação do zkOracle pode ser usado sem uma pilha externa para dois casos de uso principais:
indexação (acesso a dados blockchain);
Automação (chamadas de contratos inteligentes automatizadas);
Qualquer outro cálculo fora da cadeia.
Esses dois casos podem atender aos requisitos de middleware e infraestrutura de qualquer desenvolvedor de contrato inteligente. Isso significa que, como desenvolvedor do supercomputador mundial, você pode passar por todo o processo de desenvolvimento descentralizado de ponta a ponta ao criar um aplicativo descentralizado completo, incluindo contratos inteligentes na cadeia da rede de consenso e cadeias na rede de computação. calcular.
II. Cálculos de ML / AI
Para alcançar a adoção em escala da Internet e oferecer suporte a qualquer cenário de aplicativo, os supercomputadores do mundo precisam oferecer suporte à computação de aprendizado de máquina de maneira descentralizada.
Por meio da tecnologia de prova de conhecimento zero, o aprendizado de máquina e a inteligência artificial podem ser integrados aos supercomputadores do mundo e verificados na rede de consenso da Ethereum para obter computação on-chain real.
Neste caso, o zkGraph pode ser conectado a pilhas de tecnologia externas, combinando assim o próprio zkML com a rede de computação dos supercomputadores do mundo. Isso permite que todos os tipos de aplicativos zkML:
ML/AI para proteção da privacidade do usuário;
ML/AI para proteção de privacidade do modelo;
ML/AI com eficiência computacional.
Para alcançar o poder de computação de aprendizado de máquina e inteligência artificial dos supercomputadores do mundo, o zkGraph será combinado com as seguintes pilhas avançadas de tecnologia zkML, fornecendo-lhes integração direta com redes de consenso e redes de armazenamento.
EZKL: Realize inferência em zk-snark para modelos de aprendizado profundo e outros gráficos computacionais.
Restante: operações rápidas de aprendizado de máquina no Halo2 Prover.
circomlib-ml: biblioteca de circuitos circom para aprendizado de máquina.
e) zk como barramento de dados
Agora que temos todos os componentes básicos do supercomputador mundial, precisamos de um componente final para conectá-los. Precisamos de um barramento verificável e de confiança minimizada para comunicar e coordenar entre os componentes.
O Hyper Oracle zkPoS é um candidato adequado para o zk Bus para os supercomputadores do mundo usando o Ethereum como uma rede de consenso. zkPoS é um componente chave do zkOracle, que verifica o consenso do Ethereum através do ZK, para que o consenso do Ethereum possa ser propagado e verificado em qualquer ambiente.
Como um barramento descentralizado e com minimização de confiança, o zkPoS pode conectar todos os componentes dos supercomputadores do mundo por meio do ZK, quase sem sobrecarga de cálculo de verificação. Enquanto houver um barramento como o zkPoS, os dados podem fluir livremente dentro dos supercomputadores do mundo.
Quando o consenso do Ethereum pode ser passado da camada de consenso para o barramento como os dados iniciais de consenso dos supercomputadores do mundo, o zkPoS pode provar isso por meio de prova de estado/evento/transação. Os dados gerados podem então ser passados para a rede de computação da rede zkOracle.
Além disso, para o barramento da rede de armazenamento, a EthStorage está desenvolvendo o zkNoSQL para permitir provas de disponibilidade de dados, permitindo que outras redes verifiquem rapidamente se um BLOB possui réplicas suficientes.
f) Outro caso: Bitcoin como rede de consenso
Como muitos rollups soberanos de segunda camada, uma rede descentralizada como o Bitcoin pode servir como a rede de consenso que sustenta os supercomputadores do mundo.
Para suportar esse supercomputador mundial, precisamos substituir o barramento zkPoS, porque o Bitcoin é uma rede blockchain baseada no mecanismo PoW.
Podemos usar o ZeroSync para implementar o zk como o barramento do supercomputador mundial Bitcoin. O ZeroSync é semelhante ao "zkPoW", que sincroniza o consenso do Bitcoin por meio de provas de conhecimento zero, permitindo que qualquer ambiente de computação verifique e obtenha o status mais recente do Bitcoin em milissegundos.
g) Fluxo de trabalho
A seguir, uma visão geral do processo de transação do supercomputador mundial baseado em Ethereum, dividido em várias etapas:
Consenso: Use Ethereum para processar e alcançar o consenso da transação.
Computação: A rede zkOracle realiza computações off-chain relevantes (definidas pelo zkGraph carregado do EthStorage) verificando rapidamente provas e dados de consenso entregues pelo zkPoS como um barramento.
Consenso: Em alguns casos, como automação e aprendizado de máquina, a rede de computação passará dados e transações de volta para Ethereum ou EthStorage por meio de provas.
Armazenamento: Para armazenar grandes quantidades de dados do Ethereum (como metadados NFT), o zkPoS atua como um mensageiro entre os contratos inteligentes do Ethereum e o EthStorage.
Ao longo do processo, o ônibus desempenha um papel vital na conexão de cada etapa:
Quando os dados de consenso são passados do Ethereum para a computação da rede zkOracle ou o armazenamento do EthStorage, o zkPoS e as provas de estado/evento/transação geram provas que o receptor pode verificar rapidamente para obter os dados exatos, como a transação correspondente.
Quando a rede zkOracle precisa carregar dados do armazenamento para cálculo, ela usa zkPoS para acessar o endereço dos dados da rede de consenso e, em seguida, usa zkNoSQL para obter os dados reais do armazenamento.
Quando os dados da rede zkOracle ou Ethereum precisam ser exibidos no formulário de saída final, o zkPoS gera provas para clientes (como navegadores) para verificação rápida.
para concluir
O Bitcoin estabeleceu uma base sólida para a criação do computador mundial v0 e construiu com sucesso o "livro-razão mundial". Posteriormente, a Ethereum demonstrou efetivamente o paradigma do "computador mundial" ao introduzir um mecanismo de contrato inteligente mais programável. Para alcançar a descentralização, aproveitando a falta de confiança inerente da criptografia, os incentivos econômicos naturais do MEV, impulsionando a adoção em massa, o potencial da tecnologia ZK e a necessidade de computação de uso geral descentralizada, incluindo aprendizado de máquina, o surgimento dos supercomputadores mundiais tornou-se necessário.
Nossa solução proposta construirá um supercomputador mundial conectando redes P2P topologicamente heterogêneas usando provas de conhecimento zero. Como um registro de consenso, o Ethereum fornecerá o consenso básico e usará o intervalo de bloco como o ciclo de relógio de todo o sistema. Como uma rede de armazenamento, um rollup de armazenamento armazenará grandes quantidades de dados e fornecerá padrões de URI para acessar os dados. Como uma rede de computação, a rede zkOracle executará cálculos com uso intensivo de recursos e gerará provas verificáveis de computação. Como um barramento de dados, a tecnologia de prova de conhecimento zero conectará vários componentes e permitirá que dados e consenso sejam vinculados e verificados.
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Rumo ao supercomputador mundial: um novo paradigma para execução descentralizada em hiperescala
Título original: "Towards World Supercomputer"
Escrito por: msfew, Kartin, Xiaohang Yu, Qi Zhou
Compilação: Deep Tide TechFlow
introduzir
Quão perto está o Ethereum de eventualmente se tornar o supercomputador desse mundo?
Do algoritmo de consenso ponto a ponto do Bitcoin ao EVM do Ethereum e ao conceito de nação em rede, um dos objetivos da comunidade blockchain sempre foi construir um supercomputador mundial, mais especificamente, um estado unificado descentralizado, imparável, confiável e escalável. máquina.
Embora se saiba há muito tempo que tudo isso é teoricamente possível, a maioria dos esforços em andamento até o momento tem sido muito fragmentada e tem sérios trade-offs e limitações.
Neste artigo, exploramos algumas das compensações e limitações enfrentadas pelas tentativas existentes de construir um computador mundial, depois analisamos os componentes necessários para tal máquina e, finalmente, propomos uma nova arquitetura de supercomputador mundial.
Uma nova possibilidade, digna de nossa compreensão.
1. Limitações do método atual
a) Rollups de Ethereum e L2
O Ethereum foi a primeira tentativa real de construir o supercomputador do mundo e, sem dúvida, o mais bem-sucedido. No entanto, durante seu desenvolvimento, o Ethereum priorizou muito a descentralização e a segurança em relação à escalabilidade e ao desempenho. Portanto, embora confiável, o Ethereum regular está longe de ser o supercomputador do mundo - ele simplesmente não escala.
A solução atual é o L2 Rollups, que se tornou a solução de dimensionamento mais amplamente adotada para melhorar o desempenho dos computadores no mundo Ethereum. Como uma camada adicional construída sobre o Ethereum, os L2 Rollups oferecem vantagens significativas e são suportados pela comunidade.
Embora existam várias definições de rollups L2, é geralmente aceito que Rollups L2 são redes com duas características principais: disponibilidade de dados on-chain e execução de transações off-chain no Ethereum ou outras redes subjacentes. Basicamente, o estado histórico ou os dados de transação de entrada são acessíveis publicamente e comprometidos com a verificação no Ethereum, mas todas as transações individuais e transições de estado são movidas para fora da rede principal.
Embora os L2 Rollups tenham realmente melhorado muito o desempenho desses "computadores globais", muitos deles apresentam um risco sistêmico de centralização, o que mina fundamentalmente os princípios do blockchain como uma rede descentralizada. Isso ocorre porque a execução off-chain envolve não apenas transições de estado individuais, mas também o sequenciamento ou lote dessas transações. Na maioria dos casos, o ordenador L2 faz a ordenação, enquanto os validadores L2 calculam o novo estado. No entanto, fornecer esse recurso de pedido para pedidos L2 cria um risco de centralização, onde o pedido centralizado pode abusar de seu poder de censurar transações arbitrariamente, interromper a atividade da rede e lucrar com a captura de MEV.
Embora tenha havido muitas discussões sobre maneiras de reduzir o risco de centralização L2, como por meio de compartilhamento, terceirização ou soluções baseadas em pedidos, soluções de pedidos descentralizados (como PoA, seleção de líder PoS, leilão MEV e PoE), entre eles muitos tentativas ainda estão em fase de projeto conceitual e estão longe de ser uma panacéia para este problema. Além disso, muitos projetos L2 parecem relutantes em implementar uma solução de classificador descentralizada. Por exemplo, a Arbitrum propõe um classificador descentralizado como um recurso opcional. Além do problema do pedido centralizado, o L2 Rollup pode ter problemas de centralização de requisitos de hardware de nó completo, risco de governança e tendências de rollup de aplicativos.
b) L2 Rollups e o Trilema do Computador Mundial
Todos esses problemas de centralização que vêm com a dependência de L2 Rollups para escalar o Ethereum revelam um problema fundamental, o "trilema do computador mundial", que é derivado do clássico "trilema" da blockchain:
Diferentes prioridades para este trilema resultarão em diferentes trade-offs:
O esquema L2 tradicional é, na verdade, construir o computador mundial de maneira modular. No entanto, como as diferentes funções não são particionadas com base nas prioridades mencionadas, o World Computer mantém a arquitetura de mainframe original do Ethereum, mesmo com escala. Essa arquitetura não pode satisfazer outras funções, como descentralização e desempenho, e não pode resolver o trilema do computador mundial.
Em outras palavras, L2 Rollups realmente implementam as seguintes funções:
No entanto, L2 Rollups não fornecem:
Embora a arquitetura mundial de computadores possa ter blockchains L2 e modulares, isso não resolve o problema fundamental. L2 pode resolver o trilema da blockchain, mas não o trilema do próprio computador mundial. Portanto, como vimos, as abordagens atuais não são suficientes para realmente realizar o supercomputador mundial descentralizado que a Ethereum originalmente imaginou. Precisamos de expansão de desempenho e descentralização, não expansão de desempenho e descentralização gradual.
2. Objetivos de design dos supercomputadores do mundo
Para isso, precisamos de uma rede que possa resolver computações intensivas de uso geral (especialmente aprendizado de máquina e oráculos), mantendo a descentralização total do blockchain da camada base. Além disso, devemos garantir que a rede seja capaz de suportar cálculos intensivos, como aprendizado de máquina (ML), que podem ser executados diretamente na rede e, por fim, verificados no blockchain. Além disso, precisamos fornecer armazenamento e poder de computação suficientes sobre as implementações de computadores existentes no mundo, os objetivos e métodos de design são os seguintes:
a) Requisitos de cálculo
Para atender às necessidades e propósitos de um computador mundial, estendemos o conceito de computador mundial descrito pela Ethereum e pretendemos alcançar um supercomputador mundial.
O supercomputador do mundo primeiro precisa concluir as tarefas que os computadores podem concluir agora e no futuro de maneira descentralizada. Para se preparar para a adoção em massa, os desenvolvedores precisam dos supercomputadores do mundo para acelerar o desenvolvimento e a adoção do aprendizado de máquina descentralizado para executar inferência e validação de modelo.
Para tarefas com uso intensivo de recursos de computação, como aprendizado de máquina, atingir esse objetivo requer não apenas técnicas de computação que minimizam a confiança, como provas de conhecimento zero, mas também maior capacidade de dados na rede descentralizada. Isso não pode ser alcançado em uma única rede P2P (como o blockchain tradicional).
b) Soluções para gargalos de desempenho
Nos primórdios da computação, nossos pioneiros enfrentaram gargalos de desempenho semelhantes à medida que faziam concessões entre poder de computação e capacidade de armazenamento. Tome o menor componente de um circuito como exemplo.
Podemos comparar a computação a uma lâmpada/transistor e o armazenamento a um capacitor. Em um circuito, uma lâmpada requer uma corrente elétrica para emitir luz, semelhante a uma tarefa computacional que requer computação para ser executada. Os capacitores, por outro lado, armazenam carga, de maneira semelhante à forma como o armazenamento pode armazenar dados.
Para a mesma tensão e corrente, pode haver um trade-off na distribuição de energia entre a lâmpada e o capacitor. Normalmente, computações mais altas requerem mais corrente para executar a tarefa de computação e, portanto, requerem menos energia para ser armazenada pelo capacitor. Capacitores maiores podem armazenar mais energia, mas podem resultar em menor desempenho computacional em cargas computacionais mais altas. Essa compensação torna impossível combinar computação e armazenamento em alguns casos.
Na arquitetura do computador von Neumann, levou ao conceito de separar o dispositivo de armazenamento da unidade central de processamento. Semelhante à separação da lâmpada do capacitor, isso poderia resolver o gargalo de desempenho dos sistemas de supercomputadores do mundo.
Além disso, os bancos de dados distribuídos tradicionais de alto desempenho adotam um esquema de design que separa armazenamento e computação. Esse esquema foi adotado por ser totalmente compatível com as características dos supercomputadores mundiais.
c) Nova topologia de arquitetura
A principal diferença entre blockchains modulares (incluindo L2 Rollups) e arquiteturas de computadores mundiais é sua finalidade:
Propomos uma alternativa de que o eventual supercomputador mundial consistirá em três redes P2P topologicamente heterogêneas conectadas por barramentos (conectores) sem confiança, como tecnologia à prova de conhecimento zero: ledger de consenso, rede de computação e rede de armazenamento. Essa configuração básica permite que os supercomputadores do mundo resolvam o trilema do computador do mundo, e outros componentes podem ser adicionados conforme necessário para um aplicativo específico.
Vale a pena notar que a heterogeneidade topológica envolve não apenas diferenças arquitetônicas e estruturais, mas também diferenças fundamentais nas formas topológicas. Por exemplo, enquanto Ethereum e Cosmos são heterogêneos em termos de camadas de rede e interconexões, eles ainda são equivalentes em termos de heterogeneidade topológica (blockchains).
Nos supercomputadores do mundo, o blockchain do ledger de consenso adota a forma de blockchain e os nós adotam a forma de um gráfico completo, enquanto a rede zkOracle como o Hyper Oracle é uma rede sem ledgers e os nós formam um gráfico cíclico, enquanto a rede estrutura para armazenar Rollup é outra variante, partições formam sub-redes.
Usando provas de conhecimento zero como barramento de dados, podemos obter um supercomputador mundial totalmente descentralizado, imparável, sem permissão e escalável, conectando três redes ponto a ponto topologicamente heterogêneas.
3. Arquitetura Mundial de Supercomputadores
Semelhante à construção de um computador físico, devemos reunir a rede de consenso, a rede de computação e a rede de armazenamento mencionadas anteriormente em um supercomputador mundial.
A seleção e conexão adequadas de cada componente nos ajudará a alcançar um equilíbrio entre o livro de consenso, o poder de computação e o trilema da capacidade de armazenamento e, finalmente, garantir a descentralização, o alto desempenho e a segurança dos supercomputadores do mundo.
A arquitetura dos supercomputadores do mundo é descrita a seguir de acordo com suas funções:
A estrutura de nós de uma rede mundial de supercomputadores com rede de consenso, computação e armazenamento é semelhante à seguinte:
Para lançar a rede, os nós do supercomputador mundial serão baseados na infraestrutura descentralizada da Ethereum. Os nós com alto desempenho de computação podem ingressar na rede de computação do zkOracle para gerar provas para computação geral ou aprendizado de máquina, enquanto os nós com alta capacidade de armazenamento podem ingressar na rede de armazenamento do EthStorage.
Os exemplos acima descrevem nós executando Ethereum e redes de computação/armazenamento. Para nós que executam apenas redes de computação/armazenamento, eles podem acessar os blocos mais recentes da Ethereum ou provar a disponibilidade de dados armazenados por meio de um barramento de tecnologias de prova de conhecimento zero, como zkPoS e zkNoSQL sem confiança.
a) Consenso Ethereum
Atualmente, a rede de consenso dos supercomputadores do mundo usa exclusivamente Ethereum. Ethereum tem um forte consenso social e segurança no nível da rede, garantindo um consenso descentralizado.
Os supercomputadores do mundo são construídos em uma arquitetura centralizada em livro-razão de consenso. O registro de consenso serve a dois propósitos principais:
Comparado com redes de computação ou redes de armazenamento, o Ethereum não pode lidar com um grande número de tarefas de computação ao mesmo tempo, nem pode armazenar grandes quantidades de dados de uso geral.
Entre os supercomputadores do mundo, o Ethereum é uma rede de consenso para armazenamento de dados, como o L2 Rollup, para chegar a um consenso para a rede de computação e armazenamento e para carregar dados importantes para que a rede de computação possa realizar cálculos fora da cadeia.
b) Conjunto de lojas
O Proto-danksharding e o Danksharding da Ethereum são essencialmente formas de escalar a rede de consenso. Para atingir a capacidade de armazenamento exigida pelos supercomputadores do mundo, precisamos de uma solução que seja nativa do Ethereum e suporte o armazenamento permanente de grandes quantidades de dados.
Os pacotes cumulativos de armazenamento, como o EthStorage, escalam essencialmente o Ethereum para armazenamento massivo. Além disso, como aplicativos com uso intensivo de recursos computacionais, como aprendizado de máquina, exigem grandes quantidades de memória para serem executados em computadores físicos, é importante observar que a "memória" do Ethereum não pode ser superdimensionada. Os Storage Rollups são necessários para a "troca" que permite que os supercomputadores do mundo executem tarefas computacionalmente intensivas.
Além disso, o EthStorage fornece um protocolo de acesso web3:// (ERC-4804), que é semelhante ao URI nativo ou endereçamento de recurso de armazenamento dos supercomputadores do mundo.
c) rede de computação zkOracle
A rede de computação é o elemento mais importante dos supercomputadores do mundo porque determina o desempenho geral. Deve ser capaz de lidar com cálculos complexos, como oráculos ou aprendizado de máquina, e deve ser mais rápido que as redes de consenso e armazenamento em termos de acesso e processamento de dados.
A rede zkOracle é uma rede de computação descentralizada e de confiança minimizada, capaz de processar cálculos arbitrários. Qualquer programa em execução gera uma prova ZK, que quando usada pode ser facilmente verificada por consenso (Ethereum) ou outros componentes.
Hyper Oracle é uma rede de zkOracles, alimentada por zkWASM e EZKL, que pode executar qualquer computação usando rastreamentos de prova de execução.
A rede zkOracle é uma blockchain sem registro (sem estado global) que segue a estrutura da cadeia do blockchain original (Ethereum), mas opera como uma rede de computação sem registros. A rede zkOracle não garante validade computacional por meio de reexecução como blockchains tradicionais; em vez disso, fornece verificabilidade computacional por meio de provas geradas. O design sem registro e a configuração de nó dedicado para computação permitem que as redes zkOracle (como o Hyper Oracle) se concentrem em computação de alto desempenho e confiança minimizada. O resultado do cálculo é enviado diretamente para a rede de consenso em vez de gerar um novo consenso.
Na rede de computação do zkOracle, cada unidade de computação ou arquivo executável é representado por um zkGraph. Esses zkGraphs definem o comportamento de computação e geração de prova, assim como os contratos inteligentes definem a computação de uma rede de consenso.
I. Computação off-chain geral
O programa zkGraph na computação do zkOracle pode ser usado sem uma pilha externa para dois casos de uso principais:
Esses dois casos podem atender aos requisitos de middleware e infraestrutura de qualquer desenvolvedor de contrato inteligente. Isso significa que, como desenvolvedor do supercomputador mundial, você pode passar por todo o processo de desenvolvimento descentralizado de ponta a ponta ao criar um aplicativo descentralizado completo, incluindo contratos inteligentes na cadeia da rede de consenso e cadeias na rede de computação. calcular.
II. Cálculos de ML / AI
Para alcançar a adoção em escala da Internet e oferecer suporte a qualquer cenário de aplicativo, os supercomputadores do mundo precisam oferecer suporte à computação de aprendizado de máquina de maneira descentralizada.
Por meio da tecnologia de prova de conhecimento zero, o aprendizado de máquina e a inteligência artificial podem ser integrados aos supercomputadores do mundo e verificados na rede de consenso da Ethereum para obter computação on-chain real.
Neste caso, o zkGraph pode ser conectado a pilhas de tecnologia externas, combinando assim o próprio zkML com a rede de computação dos supercomputadores do mundo. Isso permite que todos os tipos de aplicativos zkML:
Para alcançar o poder de computação de aprendizado de máquina e inteligência artificial dos supercomputadores do mundo, o zkGraph será combinado com as seguintes pilhas avançadas de tecnologia zkML, fornecendo-lhes integração direta com redes de consenso e redes de armazenamento.
e) zk como barramento de dados
Agora que temos todos os componentes básicos do supercomputador mundial, precisamos de um componente final para conectá-los. Precisamos de um barramento verificável e de confiança minimizada para comunicar e coordenar entre os componentes.
O Hyper Oracle zkPoS é um candidato adequado para o zk Bus para os supercomputadores do mundo usando o Ethereum como uma rede de consenso. zkPoS é um componente chave do zkOracle, que verifica o consenso do Ethereum através do ZK, para que o consenso do Ethereum possa ser propagado e verificado em qualquer ambiente.
Como um barramento descentralizado e com minimização de confiança, o zkPoS pode conectar todos os componentes dos supercomputadores do mundo por meio do ZK, quase sem sobrecarga de cálculo de verificação. Enquanto houver um barramento como o zkPoS, os dados podem fluir livremente dentro dos supercomputadores do mundo.
Quando o consenso do Ethereum pode ser passado da camada de consenso para o barramento como os dados iniciais de consenso dos supercomputadores do mundo, o zkPoS pode provar isso por meio de prova de estado/evento/transação. Os dados gerados podem então ser passados para a rede de computação da rede zkOracle.
Além disso, para o barramento da rede de armazenamento, a EthStorage está desenvolvendo o zkNoSQL para permitir provas de disponibilidade de dados, permitindo que outras redes verifiquem rapidamente se um BLOB possui réplicas suficientes.
f) Outro caso: Bitcoin como rede de consenso
Como muitos rollups soberanos de segunda camada, uma rede descentralizada como o Bitcoin pode servir como a rede de consenso que sustenta os supercomputadores do mundo.
Para suportar esse supercomputador mundial, precisamos substituir o barramento zkPoS, porque o Bitcoin é uma rede blockchain baseada no mecanismo PoW.
Podemos usar o ZeroSync para implementar o zk como o barramento do supercomputador mundial Bitcoin. O ZeroSync é semelhante ao "zkPoW", que sincroniza o consenso do Bitcoin por meio de provas de conhecimento zero, permitindo que qualquer ambiente de computação verifique e obtenha o status mais recente do Bitcoin em milissegundos.
g) Fluxo de trabalho
A seguir, uma visão geral do processo de transação do supercomputador mundial baseado em Ethereum, dividido em várias etapas:
Ao longo do processo, o ônibus desempenha um papel vital na conexão de cada etapa:
para concluir
O Bitcoin estabeleceu uma base sólida para a criação do computador mundial v0 e construiu com sucesso o "livro-razão mundial". Posteriormente, a Ethereum demonstrou efetivamente o paradigma do "computador mundial" ao introduzir um mecanismo de contrato inteligente mais programável. Para alcançar a descentralização, aproveitando a falta de confiança inerente da criptografia, os incentivos econômicos naturais do MEV, impulsionando a adoção em massa, o potencial da tecnologia ZK e a necessidade de computação de uso geral descentralizada, incluindo aprendizado de máquina, o surgimento dos supercomputadores mundiais tornou-se necessário.
Nossa solução proposta construirá um supercomputador mundial conectando redes P2P topologicamente heterogêneas usando provas de conhecimento zero. Como um registro de consenso, o Ethereum fornecerá o consenso básico e usará o intervalo de bloco como o ciclo de relógio de todo o sistema. Como uma rede de armazenamento, um rollup de armazenamento armazenará grandes quantidades de dados e fornecerá padrões de URI para acessar os dados. Como uma rede de computação, a rede zkOracle executará cálculos com uso intensivo de recursos e gerará provas verificáveis de computação. Como um barramento de dados, a tecnologia de prova de conhecimento zero conectará vários componentes e permitirá que dados e consenso sejam vinculados e verificados.