Introduzione
Ethereum (ETH) sta affrontando un collo di bottiglia del 80% nella prova, mentre Vitalik Buterin propone un albero di stato binario e un cambiamento a lungo termine della Ethereum Virtual Machine (EVM) in favore della RISC-V. Il co-fondatore di Ethereum ha presentato due modifiche tecniche destinate a risolvere le sfide di efficienza della prova nella rete blockchain, come delineato nella proposta EIP-7864 e nella documentazione correlata.
Proposta a Breve Termine: EIP-7864
La proposta a breve termine, identificata come EIP-7864, prevede la sostituzione dell’attuale albero Merkle Patricia, basato su una funzione hash keccak esadecimale, con una struttura ad albero binario che utilizza una funzione hash più efficiente. L’attuale struttura esadecimale è stata progettata con priorità diverse rispetto all’architettura pesante di prova che gli sviluppatori di Ethereum stanno attualmente perseguendo.
La nuova struttura ad albero binario produrrebbe rami Merkle quattro volte più corti rispetto al sistema attuale, poiché le operazioni binarie richiedono 32 volte log(n) rispetto alle 512 volte log(n) divise per 4 dell’esadecimale, come specificato nella proposta.
Questa riduzione dei costi per la verifica dei rami lato client diminuirebbe anche i requisiti di larghezza di banda dei dati per strumenti come Helios e sistemi di recupero di informazioni private. I guadagni di efficienza della prova si estenderebbero oltre i miglioramenti della lunghezza dei rami. La proposta indica che rami più corti fornirebbero un miglioramento da tre a quattro volte, separato dall’ottimizzazione della funzione hash.
L’implementazione di blake3 al posto di keccak potrebbe fornire un ulteriore miglioramento di tre volte, mentre una variante di Poseidon potrebbe potenzialmente offrire un miglioramento di 100 volte, sebbene sia necessaria un’ulteriore analisi di sicurezza prima del dispiegamento di Poseidon.
Design dell’Albero Binario
Il design dell’albero binario include un sistema di archiviazione basato su pagine che raggruppa slot di archiviazione adiacenti in pagine di 64 a 256 slot, corrispondenti a circa 2 a 8 kilobyte. L’intestazione del blocco e i primi 1 a 4 kilobyte di codice e archiviazione condivideranno la stessa pagina, consentendo ai contratti che leggono dagli slot di archiviazione iniziali di beneficiare dell’efficienza batch, piuttosto che dei costi di accesso individuali.
La proposta stima che ciò potrebbe far risparmiare più di 10.000 gas per transazione per applicazioni decentralizzate che caricano dati dagli slot di archiviazione iniziali, rappresentando una parte sostanziale dei contratti attivi distribuiti.
Vantaggi degli Alberi Binari
Gli alberi binari offrono processi di implementazione e auditing più semplici. Questa struttura fornisce una profondità di accesso più prevedibile attraverso contratti di dimensioni variabili, riducendo la varianza nei costi di esecuzione e creando spazio per l’incorporamento di metadati richiesti per lo sviluppo futuro della scadenza dello stato.
Proposta a Lungo Termine: Sostituzione della EVM
La proposta a lungo termine prevede la sostituzione della Ethereum Virtual Machine con una macchina virtuale più efficiente come RISC-V. Buterin sostiene che l’architettura dell’EVM non è ottimizzata per una blockchain pesante di prova e che sostituirla affronterebbe inefficienze fondamentali, piuttosto che gestirle attraverso precompilazioni accumulate e soluzioni alternative.
La proposta di Buterin cita quattro vantaggi di RISC-V rispetto all’EVM:
- Efficienza di esecuzione grezza: RISC-V supera l’EVM a tal punto da eliminare la necessità di molte precompilazioni.
- Efficienza del provatore: i provatori a conoscenza zero sono attualmente scritti in RISC-V.
- Prova lato client: una VM RISC-V consentirebbe agli utenti di generare prove a conoscenza zero localmente.
- Semplicità: un interprete RISC-V può essere implementato in diverse centinaia di righe di codice.
Roadmap di Distribuzione
La roadmap di distribuzione delineata nella proposta include tre fasi:
- Nella prima fase, una nuova macchina virtuale, potenzialmente RISC-V, gestirebbe solo le precompilazioni.
- Nella seconda fase, gli utenti potrebbero distribuire contratti direttamente nella nuova VM.
- Nella terza fase, l’EVM verrebbe ritirato e reimplementato come un contratto intelligente scritto nella nuova VM.
Buterin caratterizza entrambe le modifiche come affrontanti la stessa sfida fondamentale da angolazioni diverse. L’albero di stato e la VM insieme rappresentano oltre l’80% del collo di bottiglia nell’efficiente prova, secondo la proposta. Affrontare un componente senza l’altro lascia il problema più grande parzialmente irrisolto.
“Affrontare entrambi produrrebbe un protocollo strutturalmente allineato con l’architettura pesante di prova a conoscenza zero che Ethereum ha sviluppato.”
La proposta riconosce che la sostituzione della VM attualmente non rappresenta un consenso all’interno della comunità di sviluppo di Ethereum, descrivendola come un cambiamento che diventerà più evidente una volta completate le modifiche all’albero di stato.
