Ethereum tasdik sistemi teknolojik evrimi

Ethereum'in kurucu ortağı Vitalik Buterin, Ethereum protokolünün gelecekteki gelişim yönlerini araştıran bir dizi makale yayınladı. Bu makaleler, Ethereum yol haritasının altı ana bölümünü kapsıyor: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge ve The Splurge. Bu makalede, yol haritasının ilk bölümü olan The Merge'e odaklanılacak, tasdik (PoS ) mekanizmasında hangi teknik tasarımların iyileştirilebileceği ve bu iyileştirmelerin uygulanabilir yolları ele alınacaktır.

"Birleşme", Ethereum tarihindeki en önemli dönüm noktası olarak kabul edilmektedir ve bu, (PoW)'dan (PoS)'a geçişi simgeler. Şu anda, Ethereum, neredeyse iki yıldır istikrarlı bir şekilde çalışan bir PoS sistemi olarak mükemmel bir performans sergiliyor; istikrar, performans ve merkeziyetsizlik açısından etkileyici sonuçlar elde etti. Ancak, tasdik mekanizmasının hala bazı kritik alanlarda daha fazla iyileştirilmesi gerekiyor.

Ethereum 2023 gelişim yol haritası iki ana alana odaklanacak: birincisi, istikrar, performans ve küçük ölçekli doğrulayıcıların erişilebilirliğini artırmak gibi teknik özelliklerin iyileştirilmesi; ikincisi, merkeziyetçilik riskleriyle başa çıkmak için ekonomik model ayarlamaları yapmak. Önemli bir nokta, Vitalik'in bunların tasdik iyileştirmeleri için kapsamlı bir liste olmadığını, şu anda aktif olarak değerlendirilen fikirler olduğunu vurgulamasıdır.

Birleştirmenin Ana Hedefi

1. Tek zaman diliminde kesinlik (SSF): Şu anda Ethereum bloklarının kesinleşmesi yaklaşık 15 dakika sürmektedir. Konsensüs mekanizmasının verimliliğini artırarak bu süreyi önemli ölçüde kısaltmak, blokların aynı zaman diliminde önerilmesini ve kesinleşmesini sağlamak mümkündür.

2. Merkeziyetsizliği korurken, işlemleri en hızlı şekilde onaylamak ve tamamlamak.

3. Bağımsız stake edenlerin katılımının uygulanabilirliğini artırmak.

4. Sistem dayanıklılığını artırmak.

5. Ethereum'un %51 saldırılarına karşı direnç ve kurtarma yeteneğini artırmak, nihai geri dönüşleri, nihai engellemeleri ve sansürü önlemek.

Tek Zaman Dilimi Belirleyiciliği ve Stake Demokratikleşmesi

Şu anda, Ethereum bloklarının nihai onayı için 2-3 epoch (yaklaşık 15 dakika) gerekmektedir ve bir staking katılımcısı olmak için 32 ETH gereklidir. Bu, üç hedef arasında bir denge kurmanın sonucudur:

• Stake etme katılımcı sayısını maksimize etmek (stake etme eşiğini düşürmek)
• Nihai zamanın en azına indirilmesi
• Düğüm çalıştırma maliyetini en aza indirin

Bu üç hedef çelişkili. Ekonomik nihai hedefe ulaşmak için (yani, saldırganların belirlenmiş blokları geri almak için büyük bir maliyet ödemeleri gerektiği), her nihai onayda her doğrulayıcının iki mesaj imzalaması gerekmektedir. Bu nedenle, eğer doğrulayıcı sayısı çok fazlaysa, ya tüm imzaları işlemek için uzun bir süre gerekecek ya da aşırı güçlü düğümlerin aynı anda büyük miktarda imzayı işlemesi gerekecektir.

Ethereum'un temel hedeflerinden biri, başarılı bir saldırının bile saldırgan için yüksek maliyetler getireceğini garanti etmektir; bu, "ekonomik nihaiyet" anlamına gelir. Aksine, "ekonomik nihaiyet"e sahip olmayan blok zincirleri (örneğin Algorand), her zaman dilimini nihai hale getirmek için rastgele bir komite seçimi yapar. Ancak bu yöntemin sorunu, eğer saldırgan doğrulayıcıların %51'ini kontrol ediyorsa, saldırı maliyetinin çok düşük olmasıdır: Sadece komitedeki bazı düğümler saldırıya katıldıkları tespit edilip ceza alacak, bu da saldırganın zinciri birden fazla kez hedef alabileceği anlamına gelir.

Bu nedenle, Ethereum'un ekonomik nihai sonuçları gerçekleştirmesi için, yalnızca komiteye dayalı basit bir yaklaşım mümkün değildir, bunun yerine tüm doğrulayıcıların katılımı gereklidir.

İdeal koşullarda, Ethereum ekonomik nihaiyeti korurken iki alanda durumu iyileştirmeyi umuyor:

1. Bir zaman diliminde (slot) blok onayını tamamlamak (ideal olarak, mevcut 12 saniyelik zaman dilimi uzunluğunu korumak veya hatta kısaltmak), 15 dakika yerine.

2. Staking eşiğini 32 ETH'den 1 ETH'ye düşürerek daha fazla kullanıcının staking'e katılmasına izin ver.

İlk nokta, tüm Ethereum kullanıcılarının daha yüksek seviyede güvenlik korumasından yararlanmasını sağlamaktır. Şu anda, çoğu kullanıcı 15 dakika beklemeyi istemiyor ve bu korumadan yararlanamıyor. Tek zaman dilimi belirleyici mekanizması sayesinde, kullanıcılar işlem onaylandıktan hemen sonra işlemin nihai olarak onaylandığını görebilirler. Ayrıca, kullanıcılar ve uygulamalar, zincir geri dönüşü olasılığını düşünmek zorunda kalmadıklarında, protokol ve çevresel altyapı büyük ölçüde basitleşecektir.

İkinci nokta, bağımsız staking yapanları desteklemeyi amaçlamaktadır. Birçok halk oylaması, 32 ETH'lik minimum sınırın bağımsız staking'in önündeki en büyük engel olduğunu göstermektedir. Eşik değerinin 1 ETH'ye düşürülmesi bu sorunu etkili bir şekilde çözecektir.

Ancak, şu anda karşılaşılan zorluklar şunlardır: daha hızlı kesinlik ve daha demokratik stake hedefleri, maliyetleri minimize etme amacıyla çelişmektedir. Bu, Ethereum'un başlangıçta tek zaman dilimi kesinliğini benimsememesinin de bir nedenidir. Ancak, son araştırmalar bazı olası çözümler önermiştir.

Tek Zaman Dilimi Belirleyici Teklif

Büyük sayıda doğrulayıcı ile tek zaman dilimi belirlenebilirliğini sağlamak ve düğüm işletim maliyetlerini aşırı yüksek tutmamak için şu anda birkaç önde gelen çözüm bulunmaktadır:

1. Kaba kuvvet: Daha verimli bir imza toplama protokolü uygulamak, tek bir zaman diliminde milyonlarca doğrulayıcının imzasını işleme olanağı sağlayan ZK-SNARKs teknolojisini kullanabilir. Horn, daha iyi bir toplama protokolü tasarlamak için önerilen tekliflerden biridir.

2. Orbit Komitesi: Bu, rastgele seçilen orta ölçekli bir komitenin zincirin nihai kesinliğinden sorumlu olmasına izin veren yeni bir mekanizmadır ve yüksek saldırı maliyeti özelliklerini korur. Orbit, doğrulayıcı mevduat büyüklüğündeki önceden var olan heterojenliği kullanarak, maksimum ekonomik nihai kesinliği elde ederken küçük doğrulayıcılara eşleşen roller sağlamaktadır.

3. İki Katmanlı Stake: Bu mekanizma iki tür stake eden belirler, bir grup yüksek depozito gereksinimi olan, diğeri ise düşük olan. Sadece yüksek depozito gereksinimi olan katman, ekonomik nihayet sağlama sürecine doğrudan katılır. Düşük katman depozitolarının sorumlulukları için çeşitli öneriler bulunmaktadır, bunlar arasında:

   • Yüksek hak sahiplerine tasdik yetkisini devretme hakkı
   • Her blok için, kanıtlamak ve nihai olarak belirlemek amacıyla düşük seviyeli stake yapanlardan rastgele seçim yapılır.
   • Listeye dahil edilen haklar vb.

Her çözümün kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır ve Ethereum'un güvenliği ile tasdik merkezileşmesi arasında bir denge kurulması gerekmektedir: zorla kırma çözümü uygulanabilir olsa da, çok kısa bir süre içinde büyük miktarda imza toplamak gerekmekte ve bu teknik olarak son derece zordur; Orbit komitesinin güvenliğini ve özelliklerini doğrulaması, resmi hale getirmesi ve uygulaması gerekmektedir; çift katmanlı tasdik mekanizması ise merkezileşme riski ile karşı karşıyadır ve riskin derecesi büyük ölçüde düşük tasdik katmanının elde ettiği belirli haklara bağlıdır.

Tek Gizli Lider Seçimi

Tek zaman dilimi belirleyiciliğinin yanı sıra, tek gizli lider seçimi de Ethereum tasdik sistemindeki önemli bir sorundur. Şu anda, hangi doğrulayıcının bir sonraki bloğu önereceği önceden bilinebilir, bu da güvenlik açığı yaratır: Saldırganlar ağı izleyebilir, doğrulayıcının IP adresini belirleyebilir ve doğrulayıcı bir blok önermeye hazırlanırken DoS saldırısı başlatabilir.

Bu sorunu çözmenin en iyi yolu, bir sonraki blok üreticisinin bilgilerini gizlemek, en azından blok gerçekten üretilmeden önce gizli tutmaktır.

Tek gizli lider seçim protokolü, her bir doğrulayıcı için bir "kör" doğrulayıcı kimliği oluşturarak ve ardından birden fazla önericinin kör kimlik havuzunu yeniden yapılandırma ve yeniden körleştirme fırsatı vererek bu sorunu çözer.

Ancak, yeterince basit bir tek gizli lider seçim protokolü oluşturmak kolay değildir. Ethereum protokolünün sadeliği çok önemlidir ve karmaşıklığını daha da artırmak istenmemektedir. Halk imzaları kullanan basitleştirilmiş SSLE sadece birkaç yüz satır standart kod gerektirirken, karmaşık şifrelemede yeni varsayımlar getirmiştir.

Kuantum SSLE'ye karşı yeterince etkili bir şekilde nasıl ulaşılacağı da bir zorluktur. Sonuçta, yalnızca başka nedenlerden dolayı L1 Ethereum protokolünde genel sıfır bilgi kanıtlarının uygulanmasını sağlayan bir mekanizma tanıttığımızda, SSLE'nin "marjinal ek karmaşıklığı" yeterince düşük bir seviyeye düşebilir.

Daha Hızlı İşlem Onayı

Ethereum'un işlem onay süresini daha da kısaltmak (12 saniyeden 4 saniyeye indirmek), L1 ve rollups tabanlı kullanıcı deneyimini önemli ölçüde geliştirecek ve DeFi protokollerini daha verimli hale getirecektir. Bu ayrıca L2'nin merkezsizliklerini teşvik edecek, daha fazla L2 uygulamasının rollups üzerinde çalışmasına izin verecek ve L2'nin kendine ait komite tabanlı merkeziyetsiz sıralama inşa etme ihtiyacını azaltacaktır.

İki ana teknik çözüm vardır:

1. Slot zamanını azaltın, 8 saniye veya 4 saniyeye düşürün.
2. Tek zaman diliminde önericilerin ön onay yayınlamasına izin verin

Ancak, şu anda slot süresinin kısaltılmasının uygulanabilirliği kesin olarak belirlenmiş değil. Şu anda, birçok bölgede stake edenlerin yeterince hızlı bir şekilde tasdik elde etmesi zor. 4 saniyelik slot süresi denemesi, doğrulayıcıların merkezileşme riski ile sonuçlanabilir ve ağ gecikmeleri nedeniyle, birkaç coğrafi olarak avantajlı bölge dışında doğrulayıcı olmak pratik olmayabilir.

Önerici ön onay yöntemi, ortalama durumlarda dahil olma süresini önemli ölçüde iyileştirebilir, ancak en kötü durumu iyileştiremez. Ayrıca, ön onay için nasıl teşvik sağlanacağı hâlâ çözülmesi gereken bir sorudur.

Kuantum Saldırısına Karşı

Gelecekteki olası kuantum bilgisayar tehditlerine karşı, Ethereum'un kuantum saldırılarına dayanıklı alternatifler geliştirmesi gerekmektedir. Şu anda eliptik eğriler üzerine dayanan her Ethereum protokol parçasının, hash veya diğer kuantum dayanıklı teknolojilere dayanan alternatifler bulundurması gerekmektedir. Bu, tasdik tasarımındaki performans varsayımlarında ihtiyatlı kalmanın makuliyetini vurgulamakta ve kuantum saldırılarına karşı alternatifler geliştirme çabasını teşvik etmektedir.

Sonuç

Ethereum tasdik sistemi, teknik evrim yolunda birçok zorlukla karşı karşıya kalmaktadır. Bağımsız staking'in yüksek bir eşiği olduğu için, Lido gibi staking hizmeti sağlayıcıları, Ethereum düğümü staking'inin ana seçeneği haline gelmiştir ve çift katmanlı staking planlarının da belirli bir merkezileşme riski bulunmaktadır. Bu zorluklarla başa çıkmak için, tek zaman diliminde nihai belirlenebilirlik ve staking demokratikleşmesi, tek bir gizli liderin seçimi, işlem onaylarının hızlandırılması ve kuantum saldırılarına karşı alternatif çözümler geliştirilmesi, Ethereum'un çözmesi gereken temel sorunlardır.

Vitalik, "The Merge" yükseltmesi hakkında kapsamlı düşünceler geliştirdi, çeşitli teknik çözüm kombinasyonları önerdi ve Ethereum PoS tasdik teknolojisinin tasarım potansiyelini ve mevcut uygulanabilir teknik yükseltme yollarını tartıştı.

Teknik yükseltme sürecinde, Ethereum sürekli olarak keşif ve yenilik yaparak, farklı teknik çözümler arasında denge kurarak en uygun gelişim yolunu bulmayı, daha yüksek güvenlik, performans ve merkeziyetsizlik düzeyine ulaşmayı amaçlamaktadır.