Повна картина еволюції архітектури EVM: поетапна стратегія масштабування Ethereum

Екосистема Ethereum швидко розширюється, і питання про те, як масштабувати мережу, зберігаючи безпеку та децентралізацію, стало найважливішим викликом. Ця технологічна дорожня карта, яку представив Віталік Бутерін, пропонує всебічний підхід до оптимізації та розширення EVM. Це стратегія, яка поступово підвищує обробну спроможність Ethereum на двох різних рівнях: короткостроковий та довгостроково.

Ethereum EVM короткострокова оптимізація: оптимізація Gas та паралелізація перевірки блоків

Короткостроковий стратегічний підхід до масштабування зосереджується на максимізації ефективності роботи, використовуючи існуючий дизайн EVM-машини. Завдяки технічним вдосконаленням, зосередженим навколо оновлення Glamsterdam, очікується, що мережа поступово покращить свою обробну здатність.

Введення механізму списку доступу на рівні блоків дозволить паралелізувати процес валідації блоків EVM. Раніше валідаційні роботи виконувалися послідовно, але тепер їх можна обробляти одночасно в кількох процесах, що скоротить загальний час генерації блоків. Це покращення безпосередньо пов’язане зі збільшенням швидкості обробки транзакцій в усій мережі.

Також заплановане впровадження ePBS (Encrypted Proposer-Builder Separation) у Glamsterdam має кілька важливих функцій. Особливо слід звернути увагу на те, що час, виділений на верифікацію блоків у кожному слоті, можна розширити з традиційних кількох сотень мілісекунд до більшого відсотка часу. Це дозволить створити запас часу в процесі верифікації і безпечніше обробляти більше даних.

Мультидимензіональна газова система: інновації в дизайні EVM

Механізм повторної оцінки газу означає не просто коригування тарифів, а фундаментальний зсув в проектуванні EVM. Якщо газові витрати різних операцій точно відповідатимуть їхньому часу виконання та споживанню ресурсів, це дозволить більш ефективно розподіляти мережеві ресурси.

Впровадження багатовимірного газу еволюціонуватиме механізм газу, який раніше управлявся в єдиному вимірі, у структуру, що дозволяє незалежне управління верхніми межами для кількох типів ресурсів. На першому етапі в оновленні Glamsterdam планується відокремлення «вартості створення стану» від «вартості виконання та calldata».

Конкретно, у поточній операції SSTORE, коли змінюється слот сховища з нуля на ненульове, витрачається 20000 газу. Після повторної оцінки в Glamsterdam, очікується, що ця вартість суттєво зросте до приблизно 60000 газу. Ця, здавалося б, негативна зміна насправді має стратегічну мету. Розширивши газовий ліміт одночасно, можна суттєво перевищити швидкість розширення можливостей виконання верифікації блоків над швидкістю розширення розміру стану блокчейну.

У існуючому проектуванні EVM газ реалізований як єдиний вимір. Тому всі операційні коди, такі як GAS і CALL, базуються на цьому припущенні, але перехід до багатовимірного газу повинен здійснюватися без зміни цього основного припущення, при цьому необхідно зберегти зворотну сумісність.

Прийняте рішення повинно дотримуватися таких незмінних умов. По-перше, якщо виклик розпочато з X газу, то цей виклик повинен використовуватися для володіння X газом, а також для звичайних операцій або створення станів, чи може бути використано в інших вимірах, які можуть бути додані в майбутньому. По-друге, якщо в даний час відображається Y газ для команди GAS, то навіть якщо буде випущено виклик, що споживає X газ, то після повернення виклику повинно залишитися принаймні Y − X газу, який можна використовувати для наступних операцій.

У конкретній реалізації вводиться N+1 газових вимірів. За замовчуванням N=1 (створення стану), а додатковий один вимір називається «резервуаром». Логіка виконання EVM споживає газ з спеціалізованих вимірів в першу чергу, а в разі недостатності здійснює додаткове споживання з резервуара.

Наприклад, у ситуації, коли є газ (100000, газ для створення стану, 100000 резервуар ), якщо використовувати SSTORE для створення нового стану 3 рази, то зміни газу будуть такими: (100000, 100000) → (45000, 95000) → (0, 80000) → (0, 20000). У цьому дизайні, опкод GAS повертає резервуар, а CALL передає вказану кількість газу з резервуара, а також одночасно передає весь газ, що не є резервуаром.

Впровадження багатовимірного ціноутворення, яке передбачає застосування різних змінних газових тарифів до кількох вимірів ресурсів, очікується, що підвищить довгострокову економічну стійкість та забезпечить більш ефективний розподіл ресурсів.

Довгостроковий масштабувальний шлях: злиття ZK-EVM та Blobs

короткострокове покращення підвищує ефективність існуючих EVM машин, в той час як довгострокова стратегія масштабування має на увазі більш фундаментальні зміни в дизайні. Два основні технологічні напрямки, ZK-EVM (EVM виконання з перевіркою нульових знань) та Blobs (блобс), сформують майбутнє Ethereum.

На даний момент, у 2026 році, поява клієнтів, сумісних із ZK-EVM, нарешті стає реальністю. Ноди наближаються до етапу, коли вони можуть брати участь у атестації (підтвердження підпису в мережі) з використанням ZK-EVM. Однак на цьому початковому етапі ці клієнти все ще не досягли достатнього рівня безпеки, тому мережа не може повністю покладатися на них. Дозволено, щоб приблизно 5% нод у мережі використовували ZK-EVM, але рішення про прийняття більшого відсотка залишається на розгляді. На цьому етапі, якщо виникнуть проблеми з доказами ZK-EVM, стейкінгові винагороди окремих нод не будуть конфісковані, але можуть виникнути можливості для побудови недійсних блоків, що може призвести до втрати доходу цієї ноди.

У 2027 році рекомендується перейти до етапу, на якому більша кількість вузлів буде виконувати ZK-EVM. Це період, коли акцент робиться на формальній перевірці та безперервному покращенні безпеки. Важливо, що лише 20% вузлів мережі використовують ZK-EVM, що дозволяє забезпечити низькозатратний шлях верифікації для соло-стейкерів і значно підвищити газовий ліміт. Враховуючи, що загальна кількість соло-стейкерів є меншою за 20% від мережі, ці покращення на цьому етапі принесуть вигоду багатьом користувачам.

На етапі, коли технологія достатньо дозріла, планується впровадження механізму примусового підтвердження 3 з 5. Це означає, що для визнання блоку дійсним необхідно включити принаймні 3 з 5 різних систем підтвердження. Цей різноманітний механізм підтвердження зменшує ризики, пов’язані з залежністю від єдиної технології, і може ще більше підвищити стійкість мережі. На наступному етапі очікується перехід більшості вузлів до стану, в якому вони залежать від підтвердження ZK-EVM, за винятком вузлів, які потребують індексних функцій.

Довгостроково, планується подальше зміцнення та поліпшення ZK-EVM, а також проведення більш суворої формальної верифікації. На цьому етапі також розглядаються структурні зміни на рівні віртуальних машин, включаючи напрямки, такі як RISC-V. Це вказує на можливість радикальної еволюції самого проектування EVM.

Еволюція до Blobs та розширеного рівня даних

Щодо Blobs, завдяки постійному вдосконаленню транспортного рівня PeerDA, в кінцевому підсумку планується досягти приблизно 8 МБ/с пропускної здатності даних. Цей рівень обробки даних здатний задовольнити потреби самого Ethereum в достатній мірі. Однак Ethereum не має на меті стати глобальним рівнем даних, а лише задовольнити потреби як незалежна мережа.

Зараз Blobs в основному використовуються для зберігання даних рішень другого рівня (L2). У майбутньому розглядається можливість безпосереднього запису даних з блоків Ethereum у Blobs. Метою цієї зміни є надзвичайна важливість. Це дозволить перевіряти високо масштабовану мережу Ethereum без необхідності завантажувати та повторно виконувати повний ланцюг.

Для реалізації цієї мети поєднуються дві важливі технології. По-перше, ZK-SNARKs (недоступні знання компактні неінтерактивні докази) усувають необхідність у повторному виконанні процесу. По-друге, завдяки PeerDAS та Blobs стає можливим перевіряти доступність даних без завантаження всіх даних. Поєднання цих технологій робить можливим повну участь у перевірці мережі навіть для легких вузлів.

Стратегія масштабування Ethereum в цілому демонструє підхід, який поступово розширює ємність мережі, знаходячи баланс між короткостроковою ефективністю та довгостроковою структурною еволюцією. Постійна оптимізація EVM та поетапне впровадження нових технологій верифікації визначатимуть розвиток мережі Ethereum у найближчі кілька років.