Поліноміальні зобов’язання та їх роль в розробці Эфириума 2.0

Віталік Бутерин запропонував нову дорожню карту для Эфириума 2.0. Однієї з ключових ідей, яка може стати «проривом» у розробці нової версії мережі, стали поліноміальні зобов’язання.

Минулого тижня Віталік Бутерин опублікував
своє бачення дорожньої карти Эфириума на наступні 5-10 років. Ключовою проблемою нової версії блокчейна, на думку Бутерина, залишиться масштабування. Дослідницька група ETH 2.0 зараз спирається на нову концепцію – «поліноміальні зобов’язання», здатну зменшити обсяг даних, що використовуються для розрахунків у мережі, як зазначив у своєму блозі координатор розгортання ETH 2.0 Денні Райан (Danny Ryan).

Названі Бутериным «чарівної математикою», поліноміальні зобов’язання розглядаються як спосіб перевірки стану мережі при низьких обчислювальних затрат – це одна з ключових цілей, яку розробники хочуть досягти в наступній версії блокчейна. Однак, виходячи з дорожньої карти Бутерина, поліноміальні зобов’язання не будуть впроваджені раніше третьої фази багаторічного розгортання Эфириума 2.0.

«Поліноміальні зобов’язання можуть стати основним проривом, якого ми всі чекали», – сказав Раян.

На його думку, особливо корисними вони можуть стати в області зберігання облікових даних в наступній версії Ethereum.

Чарівна математика

Поліноміальні зобов’язання схожі на поліноми або многочлени від змінних: математичне вираз із змінними та коефіцієнтами (тобто Y = 2X). Бутерин описує поліноміальні зобов’язання як «свого роду «хеш» деякого полінома P(x) з властивістю, яке дозволяє виконувати арифметичні перевірки хешей».

Між тим у первісної статті про поліноміальних зобов’язання математична схема описується як «шість алгоритмів», які показують доказ події, що відбувається з якомога меншою кількістю обчислювальних даних.

«Ми пропонуємо замінити дерева Тьмяніла чарівної математикою, званої «поліноміальними зобов’язаннями», для отримання стану блокчейна», – написав Бутерин в блозі Ethereum Foundation. «Переваги цього методу включають скорочення розміру не фіксують стан свідків клієнта (крім код контракту і дані про стан) майже до нуля».

Більш детально про концепції поліноміальних зобов’язань розповідає дослідник Эфириума 2.0 Джастін Дрейк (Justin Drake) у відео на YouTube.

Стан блокчейна

Блокчейны записують як входи, так і виходи, створювані користувачами при здійсненні транзакцій. В цілому, облікові системи блокчейнов бувають двох видів: модель невитрачених виходів (UTXO) і модель на основі облікових записів. Биткоин використовують першу модель, а Эфириум – другу.

Коли користувач хоче витратити BTC в моделі UTXO, його транзакція тягне за собою всю історію цих монет, яка потім перевіряється кожним бенкетом в мережі. Модель облікового запису, з іншого боку, записує тільки транзакцію між двома одноранговыми вузлами, в той же час направляючи запити про дійсності транзакції у віртуальну машину Эфириума (EVM) разом з підтвердженням транзакції. EVM виконує
зміни стану від імені користувачів.

Кожен блок в Эфириуме містить доказ – дерево Тьмяніла. Це доказ містить дані описаного вище стану і необхідно EVM для виконання транзакції. Саме ця остання частина була проблемою для Эфириума, так як дерева Тьмяніла ефективні стосовно даних, але цього недостатньо для амбіцій ETH 2.0.

Поточна налаштування дерева Тьмяніла займає близько 0.5 МБ на транзакцію. За оцінками Райана, схеми поліноміальних зобов’язань дозволять скоротити вагу доказів стану до 0.001 – 0.01 МБ. Для мережі, в якій останнім часом відбувається близько 700 000 транзакцій на день, економія з точки зору обчислення даних досить істотна.

Ідея не фіксує стану клієнта (stateless client) розроблялася з жовтня 2017 року з метою зменшити обсяг даних, що використовуються для великого оновлення Ethereum. Безліч проектів за межами Эфириума також по-своєму спираються на поліноміальні зобов’язання, у тому числі доказ з нульовим розголошенням Zcash – Halo.

Бутерин сказав, що його концепція впровадження поліноміальних зобов’язань – лише одна з багатьох. Більш того, вона все ще перебуває на стадії дослідження.

«Хоча це неймовірно багатообіцяюча ідея, деякі з цих досліджень зачіпають абсолютно нову область. Нам потрібно більше часу приділяти кращого розуміння складнощів і компромісів, а також вивчення цієї нової і захоплюючою техніки», – сказав Райан.

Розробка Ethereum 2.0 – одна з головних тем спільноти Эфириума. Нещодавно команда розробників Ethereum 2.0 провела
сесію відповідей на запитання на форумі Reddit. Розробники розповіли про роботу над оновленням Serenity і алгоритмом докази частки (PoS). Нагадаємо також, що в січні один з найбільш важливих смарт-контрактів для мережі Эфириума 2.0 успішно пройшов
перевірку. Депозитний контракт дозволяє валидаторам приєднуватися до сигнальної ланцюга (Beacon Chain) шляхом надсилання ETH на контракт.