Nota do editor: O Ethereum está a avançar para uma nova era de escalabilidade com 10 mil TPS, e a tecnologia de provas de conhecimento zero (ZK) está a tornar-se o principal motor. Este é o segundo artigo da nossa compilação "Roteiro para Ethereum 10 mil TPS", que se concentrará nos desafios técnicos das provas em tempo real, na lógica de participação do Prover, nos desafios de segurança durante o processo de mudança de L1, e em como o "Rollup nativo" pode tornar-se a forma definitiva de escalabilidade ZK.
Se a ZK-ficação é o ponto de partida para a reestruturação da tecnologia Ethereum, então a "prova em tempo real" e o "Rollup nativo" são as etapas centrais desta revolução de escalabilidade.
Neste artigo, iremos continuar a explorar como implementar provas ZK em tempo real de nível de 12 segundos na mainnet do Ethereum, quais são as barreiras de hardware e os mecanismos de incentivo para se tornar um Prover, e como os Rollups nativos irão reescrever o panorama do L2 do Ethereum.
01、Prova em tempo real: a peça chave para a escalabilidade do Ethereum
No roteiro do Ethereum em direção a 10.000 TPS, há um ponto de ruptura tecnológica indispensável: prova em tempo real (real-time proving).
O cofundador da Succinct, Uma Roy, explicou da seguinte forma: "A prova em tempo real refere-se à capacidade de completar o processo de geração de uma prova ZK para um bloco na mainnet Ethereum em menos de 12 segundos."
O que isso significa? Uma vez que a prova em tempo real seja implementada, o Ethereum poderá incorporar sua lógica de validação de blocos no próprio protocolo e, sem sacrificar a verificabilidade, aumentar quase "ilimitadamente" o limite de Gas, permitindo a escalabilidade em larga escala do L1 (Nota do editor: O tempo de geração de cada bloco na mainnet do Ethereum é de 12 segundos, portanto "em tempo real" refere-se à conclusão da prova dentro de cada ciclo de bloco).
No entanto, para realizar a prova em tempo real, apenas a tecnologia zkVM não é suficiente, sendo necessárias alterações no nível do protocolo Ethereum.
Ladislaus da Fundação Ethereum apontou que um mecanismo chave será introduzido na atualização Glamsterdam do próximo ano - "desacoplamento da validação de blocos e execução imediata", o que proporcionará ao Prover (provador) mais tempo para gerar provas zkEVM dentro de um slot completo, permitindo assim um processamento verdadeiramente em tempo real.
Na área da implementação técnica, a Succinct lançou o seu mais recente SP1 Hypercube zkVM, que consegue gerar provas em tempo real para 93% dos 10.000 blocos da mainnet em um cluster de 200 GPUs.
Roy afirmou que eles estão confiantes de que, até o final deste ano, conseguirão aumentar essa taxa de sucesso para 99%. Embora alguns blocos difíceis de processar possam ainda resultar em uma pequena quantidade de blocos que não consigam gerar provas a tempo, o design do protocolo já considerou mecanismos de tolerância a falhas, como permitir a omissão desse bloco e continuar o processamento no próximo bloco.
Para ir mais além, o Ethereum está considerando reduzir o tempo de bloco de 12 segundos para 6 segundos (como outra proposta potencial de Glamsterdam), o que melhoraria significativamente a experiência do usuário e a velocidade de confirmação das transações, mas isso também trouxe uma pressão adicional ao ZK Prover — para os provadores, a dificuldade da tarefa dobrou.
No entanto, Roy não está preocupado, afinal a tecnologia ZK pode melhorar seu desempenho em 10 vezes a cada ano, mesmo que o tempo de bloco seja reduzido pela metade, ainda assim será capaz de lidar.
Em junho, a Linea também anunciou que 100% das atividades em sua rede podem ser cobertas por provas ZK, embora a TPS atual da Linea seja apenas 2, isso não é uma limitação de desempenho, mas sim uma restrição à demanda de uso.
É importante notar que o intervalo entre blocos da Linea é de apenas 2 segundos, e a prova ZK é enviada para validação no Ethereum L1 através de contratos inteligentes. Este modelo pode ser uma versão preliminar da futura "ZKização" da mainnet.
02, o hardware necessário para um provador ZK do Ethereum é alto?
Para gerar provas ZK em tempo real, é claro que não se pode prescindir de recursos computacionais robustos.
A Fundação Ethereum atualmente definiu como objetivo técnico preliminar para o Prover: controle de custo de hardware abaixo de 100 mil dólares, consumo de energia inferior a 10 quilowatts, aproximadamente equivalente ao nível de consumo de uma bateria doméstica Tesla Powerwall.
Este número não parece "leve"; o crítico do Ethereum, Justin Bons (fundador da Cyber Capital), referiu-se a ele como "exigências de hardware loucas que vão muito além dos nós de validação da Solana", mas isso na verdade confunde dois papéis completamente diferentes.
Ladislaus da equipe de coordenação do protocolo da Fundação Ethereum apontou: As responsabilidades de Prover e Validator (validador) são diferentes e não devem ser confundidas - os validadores operam nós e participam do consenso; enquanto a tarefa do Prover é gerar provas ZK, uma vez que a prova ZK de uma transação é gerada corretamente, a rede só precisa verificar se essa prova está correta, sem precisar executar a transação novamente.
Devido a isso, Ladislaus expressou otimismo, "desde que possamos encontrar um provedor honesto que atenda às condições de hardware, o Ethereum poderá continuar a operar de forma segura. Intencionalmente, colocamos a barreira abaixo dos centros de dados, e mesmo que não sejam grandes instituições ou centros de dados, qualquer desenvolvedor individual com capacidade técnica pode executar o Prover em casa."
Atualmente, esta configuração de hardware de 100 mil dólares é apenas um objetivo inicial. A pesquisadora da Fundação Ethereum, Sophia Gold, prevê que, até novembro deste ano, antes da conferência de desenvolvedores Devconnect na Argentina, os Provers principais devem estar em conformidade.
O cofundador da Succinct, Roy, prevê que até o início do próximo ano, a demanda por GPUs pode ser reduzida para cerca de 16 placas gráficas, e o custo total também será controlado entre 10.000 e 30.000 dólares.
Entretanto, a Succinct já construiu uma rede descentralizada composta por "centenas de Provers" na rede de testes, gerando milhões de provas.
A lógica central deste sistema é a prova competitiva, em que todos os Prover participam de uma licitação, escolhendo um vencedor a cada rodada para executar a prova zk, com o objetivo de permitir que o participante com menor tempo e custo vença, formando um mecanismo de licitação semelhante à capacidade de computação.
Isso significa que, no futuro do Ethereum impulsionado por ZK, o espírito minerador se manifestará de outra forma - apenas o papel mudou de calcular blocos para calcular provas.
03、A mudança da mainnet para a arquitetura ZK: uma migração de sistema de alta dificuldade
A transição da rede principal Ethereum L1 para uma arquitetura de prova de zero conhecimento (ZK) representa, após a transição de prova de trabalho (PoW) para prova de participação (PoS) em 2022, mais um desafio técnico de quase igual nível. Todo o processo não só requer uma reestruturação da camada de protocolo, mas também deve considerar cuidadosamente vários cenários de borda potenciais e riscos de segurança para evitar interrupções na operação da rede.
Na conferência EthProofs em julho deste ano, o pesquisador Justin Drake mencionou vários riscos potenciais. Por exemplo, atacantes maliciosos podem inserir o chamado "prover killer" (assassino de provadores) em um bloco, levando à falha do mecanismo de validação da rede; ou a atividade da rede pode diminuir drasticamente, resultando em receitas de taxas de transação insuficientes para cobrir os custos de geração de provas ZK, o que afetaria a sustentabilidade da rede.
Ladislaus, da equipe de coordenação do protocolo da Fundação Ethereum, afirmou que todo o processo de transição pode levar anos, especialmente em relação às questões de segurança. A ZK Virtual Machine (zkVM), como uma tecnologia complexa que ainda está em estágios iniciais, é muito propensa a apresentar várias vulnerabilidades. No entanto, à medida que o ecossistema amadurece, podemos gradualmente melhorar sua viabilidade e robustez no Ethereum L1 por meio da introdução de sistemas de provas diversificadas (proof diversity), aperfeiçoamento de mecanismos de incentivo e validação formal.
Ao mesmo tempo, o Ethereum também planeja uma reestruturação fundamental de sua camada de consenso, ou seja, construir uma nova estrutura chamada "Beam Chain", com o objetivo de ser otimizada para ZK desde o início do design. Drake até afirmou que, no futuro, todo o trabalho de validação de dados do Ethereum poderá ser realizado na CPU de um laptop comum.
04, Mainnet "Snark化": O Rollup nativo está a chegar
Enquanto a zkEVM é integrada na mainnet do Ethereum, outra ideia de longo prazo também começa a emergir gradualmente: Rollup nativo (Native Rollup).
Atualmente, os Rollups (tanto os do tipo Optimistic quanto os do tipo ZK) utilizam sistemas de prova independentes, cuja segurança depende de seus próprios mecanismos de validadores ou ordenadores, existindo uma certa hipótese de confiança em relação à rede principal do Ethereum.
A visão do "Rollup nativo" é completamente diferente - integrando o zkEVM à mainnet, permitindo que os validadores do Ethereum L1 verifiquem diretamente as provas de transição de estado do Rollup, alcançando assim um L2 verdadeiramente verificado e protegido pela mainnet.
Isto requer a adição de um trecho de código crítico "execute precompile" no cliente L1 do Ethereum, permitindo que os validadores verifiquem diretamente a prova de transferência de estado ZK gerada no L2, assim como disse Ladislaus, coordenador de protocolo da Fundação Ethereum, "os validadores L1 consumirã esses comprovantes de execução de Rollup e verificarão sua correção."
Em outras palavras, se o Rollup nativo se concretizar, no futuro, tanto uma transação ocorrendo em L1 quanto uma transação ocorrendo no Rollup nativo terão sua liquidação final e segurança garantidas pelo mesmo grupo de validadores do Ethereum, e o nível de confiança será completamente equivalente.
Isso significa que depositar 10 milhões de dólares em um Rollup nativo terá segurança equivalente a depositar diretamente na rede principal do Ethereum.
O responsável pelo projeto Linea, Declan Fox, afirmou que o seu objetivo a longo prazo é tornar-se um Rollup nativo. Ele acredita que esta é uma "versão melhorada" da solução de sharding ETH 2.0 - não mais executando rigidamente 64 cadeias de sharding idênticas, mas sim construindo um sistema Rollup heterogêneo de forma altamente programável e personalizável, atendendo a diferentes cenários e necessidades dos usuários.
Ao contrário da arquitetura de fragmentação homomórfica do ETH 2.0 no passado, o Rollup nativo pode ser heterogêneo, oferecendo aos usuários finais uma experiência de aplicação mais diversificada e diferenciada.
Apesar de o Rollup nativo ainda não ter sido formalmente incluído no roteiro do Ethereum, com o lançamento oficial do zkEVM e a reestruturação gradual da arquitetura L1, é evidente que a definição de suas interfaces e lógica de pré-compilação já se tornou uma tendência técnica previsível.
Ladislaus resumiu: "Na transformação do EVM em Snark (ou seja, na integração da capacidade de provas ZK) e na promoção de Rollups nativos, o Ethereum apresenta uma alta colaboração técnica, uma vez que ambos compartilham a pilha tecnológica ZK subjacente"; claro que esse processo ainda precisa passar pela governança da comunidade Ethereum, formar uma EIP (Proposta de Melhoria do Ethereum) e, finalmente, ser implementado em um hard fork.
Se tudo correr bem, com expectativas otimistas, talvez consigamos submeter o EIP relevante até ao final do ano e lançá-lo na bifurcação após a atualização de Glamsterdam.
No entanto, esse cronograma ainda apresenta uma alta incerteza e deve ser tratado com cautela.
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Do Proofs em Tempo Real ao Rollup Nativo: A Conclusão da Escalabilidade do Ethereum Impulsionada por ZK
Autor: imToken
Nota do editor: O Ethereum está a avançar para uma nova era de escalabilidade com 10 mil TPS, e a tecnologia de provas de conhecimento zero (ZK) está a tornar-se o principal motor. Este é o segundo artigo da nossa compilação "Roteiro para Ethereum 10 mil TPS", que se concentrará nos desafios técnicos das provas em tempo real, na lógica de participação do Prover, nos desafios de segurança durante o processo de mudança de L1, e em como o "Rollup nativo" pode tornar-se a forma definitiva de escalabilidade ZK.
Se a ZK-ficação é o ponto de partida para a reestruturação da tecnologia Ethereum, então a "prova em tempo real" e o "Rollup nativo" são as etapas centrais desta revolução de escalabilidade.
Neste artigo, iremos continuar a explorar como implementar provas ZK em tempo real de nível de 12 segundos na mainnet do Ethereum, quais são as barreiras de hardware e os mecanismos de incentivo para se tornar um Prover, e como os Rollups nativos irão reescrever o panorama do L2 do Ethereum.
01、Prova em tempo real: a peça chave para a escalabilidade do Ethereum
No roteiro do Ethereum em direção a 10.000 TPS, há um ponto de ruptura tecnológica indispensável: prova em tempo real (real-time proving).
O cofundador da Succinct, Uma Roy, explicou da seguinte forma: "A prova em tempo real refere-se à capacidade de completar o processo de geração de uma prova ZK para um bloco na mainnet Ethereum em menos de 12 segundos."
O que isso significa? Uma vez que a prova em tempo real seja implementada, o Ethereum poderá incorporar sua lógica de validação de blocos no próprio protocolo e, sem sacrificar a verificabilidade, aumentar quase "ilimitadamente" o limite de Gas, permitindo a escalabilidade em larga escala do L1 (Nota do editor: O tempo de geração de cada bloco na mainnet do Ethereum é de 12 segundos, portanto "em tempo real" refere-se à conclusão da prova dentro de cada ciclo de bloco).
No entanto, para realizar a prova em tempo real, apenas a tecnologia zkVM não é suficiente, sendo necessárias alterações no nível do protocolo Ethereum.
Ladislaus da Fundação Ethereum apontou que um mecanismo chave será introduzido na atualização Glamsterdam do próximo ano - "desacoplamento da validação de blocos e execução imediata", o que proporcionará ao Prover (provador) mais tempo para gerar provas zkEVM dentro de um slot completo, permitindo assim um processamento verdadeiramente em tempo real.
Na área da implementação técnica, a Succinct lançou o seu mais recente SP1 Hypercube zkVM, que consegue gerar provas em tempo real para 93% dos 10.000 blocos da mainnet em um cluster de 200 GPUs.
Roy afirmou que eles estão confiantes de que, até o final deste ano, conseguirão aumentar essa taxa de sucesso para 99%. Embora alguns blocos difíceis de processar possam ainda resultar em uma pequena quantidade de blocos que não consigam gerar provas a tempo, o design do protocolo já considerou mecanismos de tolerância a falhas, como permitir a omissão desse bloco e continuar o processamento no próximo bloco.
Para ir mais além, o Ethereum está considerando reduzir o tempo de bloco de 12 segundos para 6 segundos (como outra proposta potencial de Glamsterdam), o que melhoraria significativamente a experiência do usuário e a velocidade de confirmação das transações, mas isso também trouxe uma pressão adicional ao ZK Prover — para os provadores, a dificuldade da tarefa dobrou.
No entanto, Roy não está preocupado, afinal a tecnologia ZK pode melhorar seu desempenho em 10 vezes a cada ano, mesmo que o tempo de bloco seja reduzido pela metade, ainda assim será capaz de lidar.
Em junho, a Linea também anunciou que 100% das atividades em sua rede podem ser cobertas por provas ZK, embora a TPS atual da Linea seja apenas 2, isso não é uma limitação de desempenho, mas sim uma restrição à demanda de uso.
É importante notar que o intervalo entre blocos da Linea é de apenas 2 segundos, e a prova ZK é enviada para validação no Ethereum L1 através de contratos inteligentes. Este modelo pode ser uma versão preliminar da futura "ZKização" da mainnet.
02, o hardware necessário para um provador ZK do Ethereum é alto?
Para gerar provas ZK em tempo real, é claro que não se pode prescindir de recursos computacionais robustos.
A Fundação Ethereum atualmente definiu como objetivo técnico preliminar para o Prover: controle de custo de hardware abaixo de 100 mil dólares, consumo de energia inferior a 10 quilowatts, aproximadamente equivalente ao nível de consumo de uma bateria doméstica Tesla Powerwall.
Este número não parece "leve"; o crítico do Ethereum, Justin Bons (fundador da Cyber Capital), referiu-se a ele como "exigências de hardware loucas que vão muito além dos nós de validação da Solana", mas isso na verdade confunde dois papéis completamente diferentes.
Ladislaus da equipe de coordenação do protocolo da Fundação Ethereum apontou: As responsabilidades de Prover e Validator (validador) são diferentes e não devem ser confundidas - os validadores operam nós e participam do consenso; enquanto a tarefa do Prover é gerar provas ZK, uma vez que a prova ZK de uma transação é gerada corretamente, a rede só precisa verificar se essa prova está correta, sem precisar executar a transação novamente.
Devido a isso, Ladislaus expressou otimismo, "desde que possamos encontrar um provedor honesto que atenda às condições de hardware, o Ethereum poderá continuar a operar de forma segura. Intencionalmente, colocamos a barreira abaixo dos centros de dados, e mesmo que não sejam grandes instituições ou centros de dados, qualquer desenvolvedor individual com capacidade técnica pode executar o Prover em casa."
Atualmente, esta configuração de hardware de 100 mil dólares é apenas um objetivo inicial. A pesquisadora da Fundação Ethereum, Sophia Gold, prevê que, até novembro deste ano, antes da conferência de desenvolvedores Devconnect na Argentina, os Provers principais devem estar em conformidade.
O cofundador da Succinct, Roy, prevê que até o início do próximo ano, a demanda por GPUs pode ser reduzida para cerca de 16 placas gráficas, e o custo total também será controlado entre 10.000 e 30.000 dólares.
Entretanto, a Succinct já construiu uma rede descentralizada composta por "centenas de Provers" na rede de testes, gerando milhões de provas.
A lógica central deste sistema é a prova competitiva, em que todos os Prover participam de uma licitação, escolhendo um vencedor a cada rodada para executar a prova zk, com o objetivo de permitir que o participante com menor tempo e custo vença, formando um mecanismo de licitação semelhante à capacidade de computação.
Isso significa que, no futuro do Ethereum impulsionado por ZK, o espírito minerador se manifestará de outra forma - apenas o papel mudou de calcular blocos para calcular provas.
03、A mudança da mainnet para a arquitetura ZK: uma migração de sistema de alta dificuldade
A transição da rede principal Ethereum L1 para uma arquitetura de prova de zero conhecimento (ZK) representa, após a transição de prova de trabalho (PoW) para prova de participação (PoS) em 2022, mais um desafio técnico de quase igual nível. Todo o processo não só requer uma reestruturação da camada de protocolo, mas também deve considerar cuidadosamente vários cenários de borda potenciais e riscos de segurança para evitar interrupções na operação da rede.
Na conferência EthProofs em julho deste ano, o pesquisador Justin Drake mencionou vários riscos potenciais. Por exemplo, atacantes maliciosos podem inserir o chamado "prover killer" (assassino de provadores) em um bloco, levando à falha do mecanismo de validação da rede; ou a atividade da rede pode diminuir drasticamente, resultando em receitas de taxas de transação insuficientes para cobrir os custos de geração de provas ZK, o que afetaria a sustentabilidade da rede.
Ladislaus, da equipe de coordenação do protocolo da Fundação Ethereum, afirmou que todo o processo de transição pode levar anos, especialmente em relação às questões de segurança. A ZK Virtual Machine (zkVM), como uma tecnologia complexa que ainda está em estágios iniciais, é muito propensa a apresentar várias vulnerabilidades. No entanto, à medida que o ecossistema amadurece, podemos gradualmente melhorar sua viabilidade e robustez no Ethereum L1 por meio da introdução de sistemas de provas diversificadas (proof diversity), aperfeiçoamento de mecanismos de incentivo e validação formal.
Ao mesmo tempo, o Ethereum também planeja uma reestruturação fundamental de sua camada de consenso, ou seja, construir uma nova estrutura chamada "Beam Chain", com o objetivo de ser otimizada para ZK desde o início do design. Drake até afirmou que, no futuro, todo o trabalho de validação de dados do Ethereum poderá ser realizado na CPU de um laptop comum.
04, Mainnet "Snark化": O Rollup nativo está a chegar
Enquanto a zkEVM é integrada na mainnet do Ethereum, outra ideia de longo prazo também começa a emergir gradualmente: Rollup nativo (Native Rollup).
Atualmente, os Rollups (tanto os do tipo Optimistic quanto os do tipo ZK) utilizam sistemas de prova independentes, cuja segurança depende de seus próprios mecanismos de validadores ou ordenadores, existindo uma certa hipótese de confiança em relação à rede principal do Ethereum.
A visão do "Rollup nativo" é completamente diferente - integrando o zkEVM à mainnet, permitindo que os validadores do Ethereum L1 verifiquem diretamente as provas de transição de estado do Rollup, alcançando assim um L2 verdadeiramente verificado e protegido pela mainnet.
Isto requer a adição de um trecho de código crítico "execute precompile" no cliente L1 do Ethereum, permitindo que os validadores verifiquem diretamente a prova de transferência de estado ZK gerada no L2, assim como disse Ladislaus, coordenador de protocolo da Fundação Ethereum, "os validadores L1 consumirã esses comprovantes de execução de Rollup e verificarão sua correção."
Em outras palavras, se o Rollup nativo se concretizar, no futuro, tanto uma transação ocorrendo em L1 quanto uma transação ocorrendo no Rollup nativo terão sua liquidação final e segurança garantidas pelo mesmo grupo de validadores do Ethereum, e o nível de confiança será completamente equivalente.
Isso significa que depositar 10 milhões de dólares em um Rollup nativo terá segurança equivalente a depositar diretamente na rede principal do Ethereum.
O responsável pelo projeto Linea, Declan Fox, afirmou que o seu objetivo a longo prazo é tornar-se um Rollup nativo. Ele acredita que esta é uma "versão melhorada" da solução de sharding ETH 2.0 - não mais executando rigidamente 64 cadeias de sharding idênticas, mas sim construindo um sistema Rollup heterogêneo de forma altamente programável e personalizável, atendendo a diferentes cenários e necessidades dos usuários.
Ao contrário da arquitetura de fragmentação homomórfica do ETH 2.0 no passado, o Rollup nativo pode ser heterogêneo, oferecendo aos usuários finais uma experiência de aplicação mais diversificada e diferenciada.
Apesar de o Rollup nativo ainda não ter sido formalmente incluído no roteiro do Ethereum, com o lançamento oficial do zkEVM e a reestruturação gradual da arquitetura L1, é evidente que a definição de suas interfaces e lógica de pré-compilação já se tornou uma tendência técnica previsível.
Ladislaus resumiu: "Na transformação do EVM em Snark (ou seja, na integração da capacidade de provas ZK) e na promoção de Rollups nativos, o Ethereum apresenta uma alta colaboração técnica, uma vez que ambos compartilham a pilha tecnológica ZK subjacente"; claro que esse processo ainda precisa passar pela governança da comunidade Ethereum, formar uma EIP (Proposta de Melhoria do Ethereum) e, finalmente, ser implementado em um hard fork.
Se tudo correr bem, com expectativas otimistas, talvez consigamos submeter o EIP relevante até ao final do ano e lançá-lo na bifurcação após a atualização de Glamsterdam.
No entanto, esse cronograma ainda apresenta uma alta incerteza e deve ser tratado com cautela.