الطريق التكنولوجي لتطور نظام تصديق إثيريوم

مؤسس إثيريوم المشارك فيتالك بوتيرين نشر مؤخرًا سلسلة من المقالات التي تستكشف الاتجاهات المستقبلية لبروتوكول إثيريوم. تغطي هذه المقالات ستة أجزاء رئيسية من خارطة طريق إثيريوم، بما في ذلك The Merge وThe Surge وThe Scourge وThe Verge وThe Purge وThe Splurge. ستتناول هذه المقالة تحليل الجزء الأول من الخارطة – The Merge، واستكشاف التحسينات الممكنة في تصميم آلية تصديق (PoS)، بالإضافة إلى الطرق المحتملة لتحقيق هذه التحسينات.

"الدمج" يُعتبر من أهم الأحداث التاريخية في إثيريوم، حيث يرمز إلى الانتقال من إثبات العمل (PoW) إلى إثبات الحصة (PoS). الآن، أصبحت إثيريوم كنظام PoS يعمل بشكل مستقر لمدة تقارب السنتين، حيث قدمت أداءً ممتازًا من حيث الاستقرار والأداء واللامركزية. ومع ذلك، لا يزال هناك بعض المجالات الرئيسية في آلية إثبات الحصة تحتاج إلى تحسينات إضافية.

سيركز مسار تطوير إثيريوم لعام 2023 على جانبين: الأول هو تحسين الخصائص التقنية، مثل زيادة الاستقرار والأداء وإمكانية وصول المدققين على نطاق صغير؛ والثاني هو إجراء تعديلات على النموذج الاقتصادي للتعامل مع مخاطر المركزية. ومن الجدير بالذكر أن فيتاليك أكد أن هذه ليست قائمة شاملة للتحسينات على التصديق، بل هي أفكار قيد النظر النشط في الوقت الحالي.

الهدف الرئيسي من الدمج

1. تحقيق الحتمية في فترة زمنية واحدة (SSF): حالياً تحتاج كتل إيثريوم إلى حوالي 15 دقيقة لتأكيدها نهائياً. من خلال تحسين كفاءة آلية الإجماع، يمكن تقليل هذا الوقت بشكل كبير، مما يسمح بطرح الكتل وتأكيدها نهائياً في نفس الفترة الزمنية.

2. مع الحفاظ على اللامركزية، تأكيد وإتمام المعاملات بأسرع سرعة.

3. زيادة إمكانية مشاركة المدققين المستقلين.

4. تعزيز استقرار النظام.

5. تعزيز مقاومة إثيريوم لهجمات 51% وقدرته على الاستعادة، بما في ذلك منع الانعكاسات النهائية، ومنع النهائي، والرقابة.

تحديد الوقت الأحادي والديمقراطية في التصديق

حاليًا، يتطلب تأكيد كتلة إثيريوم النهائية من 2-3 عصور (حوالي 15 دقيقة)، ويتطلب أن تصبح مُصادقًا 32 ETH. هذه نتيجة للتوازن بين ثلاثة أهداف:

• زيادة عدد المشاركين في التصديق (خفض عتبة التصديق)
• تقليل زمن النهائية
• تقليل نفقات تشغيل العقدة

هذه الأهداف الثلاثة متعارضة. لتحقيق النهائية الاقتصادية (أي أن المهاجم يحتاج إلى دفع ثمن باهظ لاستعادة الكتل المؤكدة)، يحتاج كل مصادق إلى توقيع رسالتين في كل مرة يتم فيها التأكيد النهائي. لذلك، إذا كان عدد المصادقين كبيرًا، فإما أن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لمعالجة جميع التوقيعات، أو تحتاج العقدة إلى أداء قوي للغاية لمعالجة عدد كبير من التوقيعات في نفس الوقت.

واحد من الأهداف الأساسية لإثيريوم هو التأكد من أن حتى الهجمات الناجحة ستكلف المهاجمين تكلفة باهظة، وهذا هو معنى "النهائية الاقتصادية". على العكس من ذلك، فإن البلوكشين الذي لا يمتلك "النهائية الاقتصادية" (مثل Algorand) يقوم بتحديد كل فترة زمنية من خلال اختيار لجنة عشوائية. لكن المشكلة في هذه الطريقة هي أنه إذا كان المهاجم يسيطر على 51% من المصادقين، فإن تكلفة الهجوم تكون منخفضة للغاية: فقط بعض العقد في اللجنة ستُكتشف على أنها تشارك في الهجوم وستتعرض للعقاب، مما يعني أن المهاجم يمكنه تكرار الهجوم على السلسلة عدة مرات.

لذلك، إذا كانت إثيريوم تريد تحقيق النهائية الاقتصادية، فإن الطريقة البسيطة القائمة على اللجنة غير قابلة للتطبيق، بل تحتاج إلى مشاركة جميع المدققين.

في الوضع المثالي، تأمل إثيريوم في تحسين الوضع الحالي في جانبين مع الحفاظ على النهائية الاقتصادية.

1. إكمال تأكيد الكتلة في فترة زمنية (slot) واحدة (يفضل أن يتم الحفاظ على طول الفترة الزمنية الحالي البالغ 12 ثانية أو تقليله) بدلاً من 15 دقيقة.

2. خفض عتبة الرهن من 32 ايثر إلى 1 ايثر، مما يسمح لمزيد من المستخدمين بالمشاركة في الرهن.

النقطة الأولى يمكن أن تضمن أن جميع مستخدمي إثيريوم يمكنهم الاستفادة من مستوى أعلى من الحماية الأمنية. حاليًا، لا يرغب معظم المستخدمين في الانتظار لمدة 15 دقيقة، مما يحرمهم من هذه الحماية. من خلال آلية الحتمية في فترة زمنية واحدة، يمكن للمستخدمين رؤية تأكيد الصفقة نهائيًا تقريبًا بعد تأكيد المعاملة. بالإضافة إلى ذلك، إذا لم يكن على المستخدمين والتطبيقات القلق بشأن إمكانية تراجع السلسلة، فسوف يبسط ذلك بشكل كبير البروتوكولات والبنية التحتية المحيطة.

النقطة الثانية تهدف إلى دعم المراهنين المستقلين. أظهرت عدة استطلاعات رأي أن الحد الأدنى البالغ 32 ايثر هو العامل الرئيسي الذي يعيق المراهنة المستقلة. خفض العتبة إلى 1 ايثر سيساهم بفعالية في حل هذه المشكلة.

ومع ذلك، التحدي الذي نواجهه حالياً هو: أن السرعة الأكبر في التأكيد والأهداف الأكثر ديمقراطية في التصديق تتعارض مع الهدف المتمثل في تقليل النفقات. وهذا هو السبب أيضاً في عدم اعتماد إثيريوم على التأكيد في فترة زمنية واحدة في البداية. ومع ذلك، فقد اقترحت الأبحاث الحديثة بعض الحلول الممكنة.

اقتراح الحتمية في فترة واحدة

لتحقيق الحتمية في فترة زمنية واحدة في ظل وجود عدد كبير من المدققين، دون أن يؤدي ذلك إلى ارتفاع تكاليف تشغيل العقد، هناك حاليًا عدة حلول رائدة:

1. كسر القوة: تحقيق بروتوكول تجميع توقيعات أكثر كفاءة، قد يستخدم تقنية ZK-SNARKs، مما يجعل من الممكن معالجة توقيعات ملايين المدققين في فترة زمنية واحدة. Horn هو أحد الاقتراحات المقدمة لتصميم بروتوكول تجميع أفضل.

2. لجنة Orbit: هذه آلية جديدة تسمح للجنة متوسطة الحجم المختارة عشوائيًا بالتحكم في الحسم النهائي للسلسلة، مع الحفاظ على خصائص تكلفة الهجوم العالية. تستفيد Orbit من تنوع حجم ودائع المدققين الموجود مسبقًا، مع تحقيق أقصى درجات الحسم الاقتصادي، مع منح المدققين الصغار أدوارًا متناسبة.

3. التخزين الثنائي: هذه الآلية تتضمن نوعين من المخزنين، نوع لديه متطلبات إيداع عالية، ونوع آخر لديه متطلبات أقل. فقط المستوى الذي لديه متطلبات إيداع عالية يشارك مباشرة في توفير النهائية الاقتصادية.

   • حق تفويض الحقوق إلى حاملي الحقوق المتقدمين
   • اختيار عشوائي لمستثمري التصديق من المستويات المنخفضة لإثبات وتأكيد كل كتلة
   • توليد حقوق مدرجة في القائمة

كل حل له مزاياه وعيوبه، ويجب الموازنة بين أمان إثيريوم ودرجة مركزية التصديق: على الرغم من أن خطة الاختراق العنيفة ممكنة، إلا أنها تتطلب تجميع عدد كبير من التوقيعات في فترة زمنية قصيرة، مما يجعلها صعبة للغاية من الناحية التقنية؛ يجب على لجنة Orbit التحقق من أمانها وخصائصها، وتنفيذها بشكل رسمي؛ بينما تواجه آلية التصديق المزدوج مخاطر المركزية، إذ أن مستوى المخاطر يعتمد إلى حد كبير على الحقوق المحددة التي يحصل عليها الطبقة ذات التصديق المنخفض.

! تحليل احتمالية ترقية تقنية بروتوكول Ethereum (1): الدمج

انتخابات زعيم سري واحد

بصرف النظر عن الحتمية في الوقت المحدد، فإن انتخاب قائد سري واحد هو أيضًا قضية مهمة في نظام تصديق إثيريوم. حاليًا، يمكن معرفة المصدق الذي سيقدم الكتلة التالية مسبقًا، مما يمثل خطرًا على الأمان: يمكن للمهاجمين مراقبة الشبكة، وتحديد عنوان IP الخاص بالمصدق، وبدء هجوم DoS عندما يكون المصدق على وشك تقديم الكتلة.

أفضل طريقة لحل هذه المشكلة هي إخفاء معلومات مُنتِج الكتلة التالية، على الأقل حتى يتم إنشاء الكتلة فعليًا.

تعمل بروتوكول انتخاب القادة السريين الفرديين من خلال إنشاء "معرف" للمدققين "المعتم" لكل مدقق، ثم تتيح الفرصة لعدة مقترحين لإعادة تشكيل وإعادة تعمية مجموعة المعرفات المعتمة لحل هذه المشكلة.

ومع ذلك، فإن تحقيق بروتوكول انتخابات قائد سري واحد بسيط بما فيه الكفاية ليس بالأمر السهل. إن بساطة بروتوكول إثيريوم أساسية، ولا نرغب في زيادة تعقيدها. استخدمت SSLE المبسطة التي تعتمد على التوقيعات الدائرية بضع مئات من أسطر الشفرة المعيارية، ولكنها أدخلت افتراضات جديدة في التشفير المعقد.

كيف يمكن تحقيق مقاومة كافية ضد SSLE الكمومية هو أيضًا تحدٍ. في النهاية، قد لا ينخفض "التعقيد الإضافي الهامشي" لـ SSLE إلى مستوى كافٍ إلا عندما نقدم آلية لتنفيذ إثباتات المعرفة الصفرية العامة في بروتوكول Ethereum L1 لأسباب أخرى.

تأكيد المعاملات بشكل أسرع

سيؤدي تقصير وقت تأكيد معاملات إيثريوم (من 12 ثانية إلى 4 ثوان) إلى تحسين تجربة المستخدمين في L1 و المرتكزة على rollups بشكل كبير، مما يجعل بروتوكولات DeFi أكثر كفاءة. كما سيساهم في لامركزية L2، مما يسمح بتشغيل المزيد من تطبيقات L2 على rollups، وتقليل الحاجة إلى بناء L2 على ترتيب لامركزي قائم على اللجنة.

هناك نوعان من الحلول التقنية الرئيسية:

1. تقليل زمن الفتحة (slot) إلى 8 ثوانٍ أو 4 ثوانٍ
2. السماح للمقترحين بنشر التأكيدات المسبقة خلال فترة زمنية واحدة

ومع ذلك، لا يزال من غير المؤكد إمكانية تقليص وقت الفواصل. حتى في الوقت الحالي، يواجه العديد من المدققين في المناطق صعوبة في الحصول على التصديق بسرعة كافية. قد يؤدي محاولة تقليص وقت الفاصل إلى 4 ثوانٍ إلى مخاطر مركزية المدققين، ومن غير العملي أن يصبح الشخص مدققًا خارج بعض المناطق الجغرافية المميزة بسبب تأخيرات الشبكة.

على الرغم من أن طريقة تأكيد المسبق للمقترح يمكن أن تحسن بشكل كبير من زمن الإدماج في الظروف العادية، إلا أنها لا تستطيع تحسين أسوأ الحالات. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال كيفية تحفيز التأكيد المسبق مسألة بحاجة إلى حل.

! تحليل احتمالية ترقية تقنية بروتوكول Ethereum (1): الدمج

مقاومة الهجمات الكمية

في مواجهة التهديدات المحتملة للحوسبة الكمومية في المستقبل، يحتاج إثيريوم إلى تطوير بدائل مقاومة للهجمات الكمومية بنشاط. كل جزء من بروتوكول إيثريوم المعتمد على منحنيات بيضاوية يحتاج إلى بديل قائم على الهاش أو تقنيات أخرى مقاومة للكم. وهذا يبرز منطق الحفاظ على المحافظة في فرضيات أداء تصميم التصديق، ويعزز أيضًا الدافع لتطوير بدائل مقاومة للهجمات الكمومية بنشاط.

الخاتمة

يواجه نظام تصديق إثيريوم تحديات عديدة في مسار تطوره التكنولوجي. نظرًا لارتفاع عتبة التوقيع المستقل، أصبحت مقدمو خدمات التوقيع مثل Lido الخيار الرئيسي لتوقيع عقد إثيريوم، بينما توجد أيضًا مخاطر مركزية معينة في خطة التوقيع المزدوج. لمواجهة هذه التحديات، فإن الحسم النهائي في فترة زمنية واحدة، وديمقراطية التوقيع، وانتخاب قائد سري واحد، وتسريع تأكيد المعاملات، وتطوير بدائل مقاومة للهجمات الكمية، كلها قضايا رئيسية تحتاج إثيريوم إلى حلها.

فويتاليك قام بتفكير شامل حول ترقية "الدمج"، حيث اقترح مجموعة من الحلول التقنية المتعددة، واستكشف إمكانيات تصميم تقنية التصديق PoS لإيثيريوم والمسارات التقنية القابلة للتطبيق حاليًا.

خلال عملية ترقية التكنولوجيا، تستمر إثيريوم في استكشاف وابتكار، وتوازن بين الحلول التكنولوجية المختلفة لاختيار الأنسب، لتحقيق مستويات أعلى من الأمان والأداء ودرجة اللامركزية.

! تحليل احتمالية ترقية تقنية بروتوكول Ethereum (1): الدمج