A ETH está enfrentando o gargalo de prova de 80% enquanto Vitalik propõe árvores de estado binário e trocas de VM RISC-V de longo prazo.
resumo
EIP-7864 substitui a árvore hexadecimal keccak Merkle Patricia por uma árvore de estado binário unificada usando BLAKE3 (ou futuro Poseidon2), reduzindo o tamanho da prova Merkle em aproximadamente 75% e ramificando por um fator de 3-4. Como os grupos de armazenamento baseados em páginas têm de 64 a 256 slots contíguos, o DAPP de slot inicial pode economizar mais de 10.000 gas por transação. Também melhora a auditoria com uma profundidade mais simples e uniforme e expiração de estado futuro. No longo prazo, Vitalik propõe substituir EVM por VM RISC-V, argumentando que árvores de estado e VMs representam mais de 80% dos custos de prova e que a pilha RISC-V pode funcionar com provadores ZK existentes, reduzir a pré-compilação e preservar contratos antigos por meio de uma migração gradual.
De acordo com as propostas descritas no EIP-7864 e documentos relacionados, o cofundador da Ethereum (ETH), Vitalik Buterin, propôs duas mudanças técnicas destinadas a enfrentar os desafios de eficiência de prova em redes blockchain.
A proposta de curto prazo, designada como EIP-7864, substituiria a atual árvore hexadecimal Kecak-Markle-Patricia da Ethereum por uma estrutura de árvore binária que utiliza uma função hash mais eficiente. De acordo com a proposta, a estrutura existente do Hexari foi projetada com prioridades diferentes das arquiteturas de prova de conceito atualmente buscadas pelos desenvolvedores do Ethereum.
De acordo com as especificações técnicas da proposta, a estrutura da árvore binária produz ramos Merkle quatro vezes mais curtos que o sistema atual. Isso ocorre porque as operações binárias requerem 32 vezes log(n), enquanto hexadecimais requerem 512 vezes log(n) dividido por 4.
Esta redução reduzirá o custo de validação de agência do lado do cliente e reduzirá a largura de banda de dados exigida por ferramentas como o Helios e o sistema de recuperação de informações pessoais pelo mesmo fator, afirma a proposta.
Demonstrar ganhos de eficiência vai além de melhorar o comprimento das filiais. A proposta mostra que, além de otimizar a função hash, ramificações mais curtas podem proporcionar uma melhoria de 3 a 4x. O documento afirma que a implementação do blake3 em vez do keccak fornece uma melhoria adicional de 3x, enquanto a variante Poseidon oferece uma melhoria de 100x, embora seja necessária uma análise de segurança adicional antes da implantação do Poseidon.
O design da árvore binária inclui um sistema de armazenamento baseado em páginas que agrupa slots de armazenamento adjacentes em páginas de 64 a 256 slots (aproximadamente 2 a 8 KB). Como o cabeçalho do bloco e os primeiros 1 a 4 kilobytes de código e armazenamento compartilham a mesma página, os contratos que leem a partir do primeiro slot de armazenamento podem se beneficiar da eficiência do lote em vez dos custos de acesso individual. A proposta estima que isso poderia economizar mais de 10.000 gás por transação para aplicativos descentralizados que carregam dados do slot de armazenamento inicial, o que representa uma parcela significativa dos contratos implantados ativamente.
Segundo a proposta, as árvores binárias simplificam o processo de implementação e auditoria. Essa estrutura fornece profundidade de acesso mais previsível em contratos de diferentes tamanhos, reduz a variação nos custos de execução e cria espaço para incorporar metadados necessários para o desenvolvimento de prazos de expiração de estados futuros.
As propostas de longo prazo incluem a substituição da máquina virtual Ethereum por uma máquina virtual mais eficiente, como o RISC-V. A proposta argumenta que a arquitetura do EVM não está otimizada para blockchains com muitas provas, e que as ineficiências fundamentais podem ser resolvidas substituindo o EVM em vez de gerenciá-lo com pré-compilação cumulativas e soluções alternativas.
A proposta de Buterin lista quatro vantagens do RISC-V sobre o EVM. Primeiro, eficiência bruta de execução. O RISC-V é superior ao EVM na medida em que a computação subjacente pode ser executada de forma eficiente dentro da própria VM, eliminando a necessidade de muita pré-compilação. Em segundo lugar, a eficiência do provador: os provadores de conhecimento zero são atualmente escritos em RISC-V, criando um alinhamento natural com as infraestruturas de prova existentes. Terceiro, provas do lado do cliente: as VMs RISC-V permitem que os usuários gerem localmente provas de conhecimento zero sobre suas contas e interações de dados específicas, permitindo aplicativos de privacidade e verificação atualmente não suportados em EVM sem ferramentas externas. Quarto, simplicidade. De acordo com a proposta, o interpretador RISC-V poderia ser implementado em algumas centenas de linhas de código.
O roteiro de implantação descrito na proposta inclui três etapas. Inicialmente, a nova máquina virtual (possivelmente RISC-V) lidará apenas com pré-compilação, e as pré-compilação atuais e novas se tornarão blobs de código dentro da nova VM. Na segunda etapa, os usuários podem implantar contratos diretamente em novas VMs. Na terceira fase, o EVM é desativado e reimplementado como um contrato inteligente escrito em uma nova VM para manter a compatibilidade retroativa com os contratos existentes. A principal mudança são os ajustes nos custos do gás, mas esperamos que isto seja ofuscado por desenvolvimentos de escala simultâneos.
Buterin caracteriza ambas as mudanças como abordando o mesmo desafio fundamental de ângulos diferentes. De acordo com a nossa proposta, as árvores de estado e as VMs juntas respondem por mais de 80% do gargalo nas provas eficientes. Abordar um componente, mas não o outro, deixa o problema maior parcialmente sem solução, mas abordar ambos produzirá um protocolo que é estruturalmente consistente com a arquitetura focada em prova de conhecimento zero que Ethereum está desenvolvendo, em vez de adaptar essa arquitetura em uma infraestrutura projetada para diferentes requisitos.
A proposta reconhece que a substituição da VM não tem atualmente consenso dentro da comunidade de desenvolvimento Ethereum e a descreve como uma mudança que se tornará mais aparente quando as mudanças na árvore de estado forem concluídas. Esta proposta apresenta alterações de forma sequencial. A árvore binária é feita primeiro e, em seguida, as VMs são substituídas quando a infraestrutura se mostra madura com base na nova estrutura de estado. A EVM acumulou complexidade através de adições incrementais ao longo dos anos, e a proposta afirma que atender aos requisitos funcionais da Ethereum requer abordar a VM em vez de implementar continuamente soluções alternativas.
