Ethereum 3.0 : La proposition révolutionnaire de Beam Chain

Récemment, lors de la conférence Devcon 2024 tenue à Bangkok, des représentants de l'écosystème Ethereum se sont réunis pour discuter des dernières avancées et des tendances futures dans le domaine de la blockchain. Parmi les nombreuses présentations captivantes, une proposition de mise à niveau de la couche de consensus appelée "Ethereum 3.0" - Beam Chain a particulièrement attiré l'attention.

Cette proposition a été formulée par un chercheur de la Fondation Ethereum, et son idée centrale est d'utiliser la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance pour optimiser le fardeau de calcul et de communication des nœuds validateurs. Cette amélioration peut non seulement abaisser le seuil d'entrée pour devenir validateur, mais aussi attirer davantage de participants à rejoindre le réseau, renforçant ainsi la sécurité globale, réduisant les calculs redondants et améliorant l'efficacité du réseau. De plus, cette proposition vise également à résoudre les problèmes techniques hérités de la chaîne Beacon en raison de raisons historiques et à se préparer aux menaces potentielles de l'informatique quantique à l'avenir.

La proposition de Beam Chain coïncide avec la feuille de route The Verge précédemment proposée par l'un des co-fondateurs d'Ethereum. La feuille de route The Verge contient un plan pour "Snarkiser" complètement Ethereum (c'est-à-dire appliquer la technologie des preuves à connaissance nulle), englobant la couche de consensus et la couche d'exécution. Bien que la transformation de la couche de consensus soit considérée comme un travail difficile nécessitant une optimisation continue et des réflexions, la proposition de Beam Chain offre une solution potentielle à ce défi.

Beam Chain se concentre principalement sur la transformation de la couche de consensus, dont le cœur réside dans la « Snarkisation » de la fonction de transition d'état. Cela inclut la transformation de la fonction de transition d'état pour chaque créneau horaire, chaque bloc et chaque période, impliquant des algorithmes de consensus, l'exécution de la logique de Staking, la proposition de blocs, la vérification des résultats de la couche d'exécution, la vérification de la racine de l'arbre Merkle, la vérification et l'agrégation des signatures de consensus, le calcul de hachage, ainsi que des opérations de mise et de rachat. Il convient de noter qu'Ethereum, en avançant dans cette transformation, maintient les principes de décentralisation et de diversité, et ne contraint pas l'utilisation de protocoles et d'algorithmes de preuve à connaissance nulle spécifiques.

Le principal défi pour réaliser le concept de Beam Chain est de savoir comment améliorer considérablement l'efficacité des preuves, en compressant le processus de preuve qui prend actuellement des dizaines de secondes, voire plus, à quelques secondes. Pour résoudre ce goulot d'étranglement en matière de performance, des experts ont proposé d'utiliser des puces ASIC pour accélérer l'ensemble du processus de preuve à divulgation nulle de connaissance, s'attendant à ce qu'il soit possible d'augmenter le temps de génération de preuves de plus de dix fois dans les prochaines années, réalisant ainsi de véritables preuves en temps réel.

Plusieurs équipes de recherche explorent activement l'utilisation de plateformes matérielles telles que GPU, FPGA et ASIC pour accélérer le processus de preuve à divulgation nulle de connaissance. Elles ont déjà réalisé des améliorations de performance significatives sur plusieurs systèmes de preuve à divulgation nulle de connaissance grand public, avec des gains de performance de plus de cent fois pour certains algorithmes clés. Ces avancées technologiques ne se limitent pas aux applications traditionnelles de la blockchain, mais ont également fait des progrès révolutionnaires dans le domaine de la combinaison de l'IA et des preuves à divulgation nulle de connaissance, comme la réduction significative du temps de calcul vérifiable des grands modèles de langage.

Face aux menaces potentielles posées par l'informatique quantique, les chercheurs développent activement des bibliothèques de cryptographie post-quantique et, en optimisant les processus de consensus et la lecture de mémoire, la performance des blockchains résistantes aux quantiques peut atteindre environ la moitié de celle des blockchains traditionnelles.

Ces explorations technologiques ont déjà commencé à être appliquées dans des produits réels. Par exemple, certaines solutions d'accélération ont optimisé les algorithmes couramment utilisés dans les preuves à divulgation nulle de connaissance, y compris les composants clés tels que la multiplication de points scalaires multiples, la transformation théorique des nombres, la résolution de polynômes et les preuves, en tirant pleinement parti des ressources de calcul et de la bande passante des GPU, ce qui a considérablement amélioré l'efficacité des calculs.

Depuis longtemps, la communauté Ethereum se concentre principalement sur l'optimisation de la couche d'exécution, comme l'augmentation de la limite de gas des blocs et le développement de réseaux de deuxième couche. La Snarkisation de la couche d'exécution a déjà fait des progrès significatifs grâce aux solutions de réseaux de deuxième couche. La proposition de Beam Chain ouvre un nouveau chapitre pour la Snarkisation de la couche de consensus, promettant d'inspirer davantage d'idées innovantes.

On peut prévoir qu'avec l'achèvement progressif de la Snarkisation de la couche de consensus et de la couche d'exécution, l'évolutivité et le degré de décentralisation d'Ethereum seront davantage améliorés. La technologie de machine virtuelle basée sur les preuves à connaissance nulle jouera un rôle de plus en plus important dans l'écosystème Ethereum. En introduisant les preuves SNARK et la cryptographie post-quantique, combinées à un seuil de mise plus bas et à une vitesse de confirmation de bloc plus rapide, Beam Chain devrait apporter à Ethereum de meilleures caractéristiques de décentralisation et une performance réseau plus élevée.