Чтобы добиться децентрализации, используйте врожденную ненадежность криптографии, естественные экономические стимулы MEV для массового внедрения, потенциал технологии ZK и потребность в децентрализованных вычислениях общего назначения, включая машинное обучение, появление в мире суперкомпьютеры стали необходимы.
Исходное название: «К мировому суперкомпьютеру»
Сценарий: msfew, Kartin, Xiaohang Yu, Qi Zhou
Сборник: Deep Tide TechFlow
представлять
Насколько близок Ethereum к тому, чтобы в конечном итоге стать суперкомпьютером этого мира?
От алгоритма однорангового консенсуса Биткойн до EVM Эфириума и концепции сетевой нации, одной из целей сообщества блокчейнов всегда было создание мирового суперкомпьютера, а точнее, децентрализованного, неудержимого, ненадежного и масштабируемого единого государства. машина.
Хотя уже давно известно, что все это теоретически возможно, большинство текущих усилий на сегодняшний день были очень фрагментарными и имели серьезные компромиссы и ограничения.
В этой статье мы исследуем некоторые компромиссы и ограничения, с которыми столкнулись существующие попытки построить мировой компьютер, затем проанализируем компоненты, необходимые для такой машины, и, наконец, предложим новую архитектуру мирового суперкомпьютера.
Новая возможность, достойная нашего понимания.
1. Ограничения текущего метода
a) Ethereum и L2 Rollups
Эфириум был первой реальной попыткой создания суперкомпьютера в мире и, возможно, самой успешной. Однако во время разработки Ethereum уделял большое внимание децентрализации и безопасности, а не масштабируемости и производительности. Таким образом, хоть и надежный, обычный Ethereum далек от того, чтобы быть мировым суперкомпьютером — он просто не масштабируется.
Текущее решение — L2 Rollups, которое стало наиболее широко применяемым решением масштабирования для повышения производительности компьютеров в мире Ethereum. Как дополнительный уровень, построенный поверх Ethereum, L2 Rollups предлагает значительные преимущества и поддерживается сообществом.
Несмотря на то, что существует несколько определений сверток L2, общепринято, что свертки L2 — это сети с двумя ключевыми характеристиками: доступность данных в цепочке и выполнение транзакций вне цепочки в Ethereum или других базовых сетях. По сути, исторические данные о состоянии или входных транзакциях общедоступны и подлежат проверке в Ethereum, но все отдельные транзакции и переходы состояний перемещаются за пределы основной сети.
Хотя L2 Rollup действительно значительно повысил производительность этих «глобальных компьютеров», многие из них имеют системный риск централизации, что коренным образом подрывает принципы блокчейна как децентрализованной сети. Это связано с тем, что выполнение вне сети включает в себя не только отдельные переходы состояний, но также последовательность или пакетную обработку этих транзакций. В большинстве случаев сортировщик L2 выполняет упорядочение, в то время как валидаторы L2 вычисляют новое состояние. Однако предоставление этой возможности для заказов L2 создает риск централизации, когда централизованный заказчик может злоупотреблять своей властью для произвольной цензуры транзакций, нарушения работоспособности сети и получения прибыли от захвата MEV.
Хотя было много дискуссий о способах снижения риска централизации L2, таких как совместное использование, аутсорсинг или решения на основе заказов, децентрализованные решения для заказов (такие как PoA, выбор лидера PoS, аукцион MEV и PoE), среди них многие попытки все еще находятся в стадии концептуального проектирования и далеко не являются панацеей от этой проблемы. Кроме того, многие проекты L2, похоже, неохотно внедряют решение для децентрализованной сортировки. Например, Arbitrum предлагает децентрализованный сортировщик в качестве дополнительной функции. В дополнение к проблеме с централизованным заказчиком, L2 Rollup может иметь проблемы с централизацией из-за требований к аппаратному обеспечению полного узла, рисков управления и тенденций объединения приложений.
б) Свернутые пакеты L2 и мировая компьютерная трилемма
Все эти проблемы с централизацией, связанные с использованием L2 Rollups для масштабирования Ethereum, раскрывают фундаментальную проблему, «мировую компьютерную трилемму», которая происходит от классической «трилеммы» блокчейна:
Различные приоритеты для этой трилеммы приведут к различным компромиссам:
Строгая консенсусная книга: по существу требует многократного хранения и вычислений, поэтому она не подходит для расширения хранилища и вычислений.
Сильная вычислительная мощность: необходимо повторно использовать консенсус при выполнении большого количества вычислений и задач проверки, поэтому он не подходит для крупномасштабного хранилища.
Большой объем памяти: необходимо повторно использовать консенсус при выполнении частых доказательств случайной выборки пространства, поэтому он не подходит для вычислений.
Традиционная схема L2 на самом деле состоит в построении мирового компьютера по модульному принципу. Однако, поскольку различные функции не разделены на основе вышеупомянутых приоритетов, World Computer поддерживает исходную архитектуру мэйнфрейма Ethereum даже при масштабировании. Эта архитектура не может удовлетворить другие функции, такие как децентрализация и производительность, и не может решить трилемму мирового компьютера.
Другими словами, L2 Rollup фактически реализует следующие функции:
Модуляризация мирового компьютера (больше экспериментов на уровне консенсуса и некоторое внешнее доверие к централизованному ордеру);
Улучшения производительности World Computer (хотя и не строго "расширенные");
Открытые инновации мирового компьютера.
Однако накопительные пакеты L2 не предоставляют:
Децентрализация мирового компьютера;
Повышение производительности мирового компьютера (максимального TPS от Rollups на самом деле недостаточно, и L2 не может иметь более быструю завершенность, чем L1);
Вычисления с помощью Мирового Компьютера (это включает в себя вычисления помимо обработки транзакций, такие как машинное обучение и оракулы).
Хотя мировая компьютерная архитектура может иметь L2 и модульные блокчейны, это не решает фундаментальной проблемы. L2 может решить трилемму блокчейна, но не трилемму мирового компьютера. Итак, как мы видели, текущих подходов недостаточно для того, чтобы по-настоящему реализовать децентрализованный мировой суперкомпьютер, который первоначально предполагался Эфириумом. Нам нужно расширение производительности и децентрализация, а не расширение производительности и постепенная децентрализация.
2. Цели проектирования суперкомпьютеров мира
Для этого нам нужна сеть, которая может выполнять интенсивные вычисления действительно общего назначения (особенно машинное обучение и оракулы), сохраняя при этом полную децентрализацию блокчейна базового уровня. Кроме того, мы должны убедиться, что сеть способна поддерживать интенсивные вычисления, такие как машинное обучение (ML), которые можно запускать непосредственно в сети и в конечном итоге проверять в блокчейне. Кроме того, нам необходимо обеспечить достаточное хранилище и вычислительную мощность поверх существующих мировых компьютерных реализаций, цели и методы проектирования заключаются в следующем:
а) Требования к расчетам
Чтобы удовлетворить потребности и цели мирового компьютера, мы расширяем концепцию мирового компьютера, описанную Ethereum, и стремимся создать мировой суперкомпьютер.
Мировой суперкомпьютер в первую очередь должен выполнять задачи, которые компьютеры могут выполнять сейчас и в будущем децентрализованным образом. Чтобы подготовиться к массовому внедрению, разработчикам нужны мировые суперкомпьютеры, чтобы ускорить разработку и внедрение децентрализованного машинного обучения для вывода и проверки моделей.
Для вычислительных ресурсоемких задач, таких как машинное обучение, достижение такой цели требует не только минимизирующих доверие вычислительных методов, таких как доказательства с нулевым разглашением, но и большей емкости данных в децентрализованной сети. Этого нельзя достичь в одной сети P2P (такой как традиционная цепочка блоков).
b) Устранение узких мест производительности
На заре вычислительной техники наши первопроходцы столкнулись с подобными узкими местами в производительности, когда им приходилось искать компромисс между вычислительной мощностью и объемом памяти. В качестве примера возьмем наименьший компонент цепи.
Мы можем сравнить вычисление с лампочкой/транзистором, а хранение с конденсатором. В цепи лампочке требуется электрический ток, чтобы излучать свет, подобно вычислительной задаче, требующей вычислений для выполнения. Конденсаторы, с другой стороны, хранят заряд, подобно тому, как хранилище может хранить данные.
При одинаковом напряжении и токе может иметь место компромисс в распределении энергии между лампой и конденсатором. Как правило, для более высоких вычислений требуется больший ток для выполнения вычислительной задачи и, следовательно, требуется меньше энергии для хранения конденсатора. Конденсаторы большего размера могут хранить больше энергии, но могут привести к снижению вычислительной производительности при более высоких вычислительных нагрузках. Этот компромисс делает невозможным совмещение вычислений и хранения в некоторых случаях.
В компьютерной архитектуре фон Неймана это привело к концепции отделения запоминающего устройства от центрального процессора. Подобно отделению лампочки от конденсатора, это могло бы решить проблему производительности суперкомпьютерных систем нашего мира.
Кроме того, традиционные высокопроизводительные распределенные базы данных используют схему проектирования, которая разделяет хранение и вычисления. Эта схема была принята потому, что она полностью совместима с характеристиками суперкомпьютеров мира.
c) Новая топология архитектуры
Основное отличие модульных блокчейнов (включая L2 Rollups) от мировых компьютерных архитектур заключается в их назначении:
Модульная цепочка блоков: направлена на создание новых цепочек блоков путем выбора модулей (консенсус, уровень доступности данных DA, расчет и исполнение) и объединения их в модульные цепочки блоков.
Мировой суперкомпьютер: направлен на создание глобального децентрализованного компьютера/сети путем объединения сетей (блокчейн базового уровня, сеть хранения данных, вычислительная сеть) в мировой компьютер.
Мы предлагаем альтернативу тому, что возможный мировой суперкомпьютер будет состоять из трех топологически разнородных P2P-сетей, соединенных ненадежными шинами (соединителями), такими как технология доказательства с нулевым разглашением: реестр консенсуса, вычислительная сеть и сеть хранения. Эта базовая конфигурация позволяет суперкомпьютерам всего мира решать мировую компьютерную трилемму, а другие компоненты могут быть добавлены по мере необходимости для конкретного приложения.
Стоит отметить, что топологическая неоднородность предполагает не только архитектурно-структурные различия, но и принципиальные различия топологических форм. Например, хотя Ethereum и Cosmos неоднородны с точки зрения сетевых уровней и взаимосвязей, они все же эквивалентны с точки зрения топологической неоднородности (блокчейны).
В суперкомпьютерах мира блокчейн консенсусного регистра принимает форму блокчейна, а узлы принимают форму полного графа, в то время как сеть zkOracle, такая как Hyper Oracle, представляет собой сеть без регистров, а узлы образуют циклический граф, в то время как сеть Структура для хранения Rollup. Другой вариант, разделы образуют подсети.
Используя доказательства с нулевым разглашением в качестве шины данных, мы можем создать полностью децентрализованный, неостановимый, не требующий разрешения и масштабируемый мировой суперкомпьютер, соединив три топологически разнородные одноранговые сети.
3. Архитектура мирового суперкомпьютера
Подобно созданию физического компьютера, мы должны собрать ранее упомянутую сеть консенсуса, вычислительную сеть и сеть хранения в мировой суперкомпьютер.
Правильный выбор и подключение каждого компонента поможет нам достичь баланса между трилеммой консенсусного реестра, вычислительной мощности и емкости хранилища и в конечном итоге обеспечить децентрализацию, высокую производительность и безопасность суперкомпьютеров мира.
Архитектура мировых суперкомпьютеров описывается следующим образом в зависимости от их функций:
Структура узлов мировой сети суперкомпьютеров с консенсусом, сетью вычислений и хранения данных выглядит следующим образом:
Для запуска сети узлы мирового суперкомпьютера будут основаны на децентрализованной инфраструктуре Ethereum. Узлы с высокой вычислительной производительностью могут подключаться к вычислительной сети zkOracle для создания доказательств для общих вычислений или машинного обучения, а узлы с высокой емкостью хранения могут присоединяться к сети хранения данных EthStorage.
В приведенных выше примерах описываются узлы, на которых работают как сети Ethereum, так и сети вычислений/хранилищ. Для узлов, которые управляют только сетями вычислений/хранилищ, они могут получить доступ к последним блокам Ethereum или подтвердить доступность сохраненных данных через шину технологий доказательства с нулевым разглашением, таких как zkPoS и zkNoSQL, без доверия.
а) Консенсус Ethereum
В настоящее время консенсусная сеть мировых суперкомпьютеров использует исключительно Ethereum. Эфириум имеет прочный социальный консенсус и безопасность на уровне сети, что обеспечивает децентрализованный консенсус.
Мировые суперкомпьютеры построены на основе согласованной архитектуры, основанной на реестре. Реестр консенсуса служит двум основным целям:
Обеспечить консенсус для всей системы;
Определите тактовый цикл ЦП с интервалом между блоками.
По сравнению с вычислительными сетями или сетями хранения, Ethereum не может одновременно обрабатывать большое количество вычислительных задач и хранить большие объемы данных общего назначения.
Среди мировых суперкомпьютеров Ethereum является консенсусной сетью для хранения данных, такой как L2 Rollup, для достижения консенсуса для вычислительной сети и сети хранения, а также для загрузки ключевых данных, чтобы вычислительная сеть могла выполнять дальнейшие вычисления вне сети.
б) Хранить накопительный пакет
Proto-danksharding и Danksharding Ethereum — это, по сути, способы масштабирования консенсусной сети. Чтобы достичь емкости хранилища, требуемой суперкомпьютерами мира, нам нужно решение, которое является родным для Ethereum и поддерживает постоянное хранение больших объемов данных.
Свернутые хранилища, такие как EthStorage, по существу масштабируют Ethereum для хранения больших объемов данных. Кроме того, поскольку ресурсоемкие приложения, такие как машинное обучение, требуют больших объемов памяти для работы на физических компьютерах, важно отметить, что «память» Ethereum не может быть увеличена. Storage Rollups необходимы для «подкачки», которая позволяет суперкомпьютерам мира выполнять задачи, требующие больших вычислительных ресурсов.
Кроме того, EthStorage предоставляет протокол доступа web3:// (ERC-4804), который аналогичен собственному URI или адресации ресурсов хранения суперкомпьютеров мира.
c) вычислительная сеть zkOracle
Вычислительная сеть является важнейшим элементом мировых суперкомпьютеров, поскольку она определяет общую производительность. Он должен быть в состоянии обрабатывать сложные вычисления, такие как оракулы или машинное обучение, и должен быть быстрее, чем консенсус и сети хранения, с точки зрения доступа и обработки данных.
Сеть zkOracle — это децентрализованная вычислительная сеть с минимальным уровнем доверия, способная выполнять произвольные вычисления. Любая работающая программа генерирует доказательство ZK, которое при использовании может быть легко проверено консенсусом (Эфириум) или другими компонентами.
Hyper Oracle — это сеть zkOracles на базе zkWASM и EZKL, которая может выполнять любые вычисления с использованием трассировки доказательства выполнения.
Сеть zkOracle представляет собой блокчейн без реестра (без глобального состояния), который следует структуре цепи исходного блокчейна (Эфириума), но работает как вычислительная сеть без реестров. Сеть zkOracle не гарантирует вычислительную достоверность за счет повторного выполнения, как традиционные блокчейны; вместо этого она обеспечивает вычислительную верифицируемость за счет сгенерированных доказательств. Дизайн без бухгалтерских книг и настройка выделенных узлов для вычислений позволяют сетям zkOracle (таким как Hyper Oracle) сосредоточиться на высокопроизводительных вычислениях с минимальным доверием. Результат расчета напрямую выводится в сеть консенсуса вместо создания нового консенсуса.
В вычислительной сети zkOracle каждый вычислительный блок или исполняемый файл представлен zkGraph. Эти zkGraph определяют поведение вычислений и генерации доказательств, точно так же, как смарт-контракты определяют вычисления консенсусной сети.
I. Общие вычисления вне сети
Программа zkGraph в вычислениях zkOracle может использоваться без внешнего стека в двух основных случаях:
Эти два случая могут удовлетворить требования промежуточного программного обеспечения и инфраструктуры любого разработчика смарт-контрактов. Это означает, что как разработчик суперкомпьютера в мире вы можете пройти весь сквозной процесс децентрализованной разработки при создании полноценного децентрализованного приложения, включая смарт-контракты в цепочке в сети консенсуса и цепочки в вычислительной сети. рассчитать.
II. Расчеты ML/AI
Чтобы обеспечить внедрение в масштабах Интернета и поддержку любого сценария приложений, мировые суперкомпьютеры должны поддерживать вычисления машинного обучения децентрализованным образом.
Благодаря технологии доказательства с нулевым разглашением машинное обучение и искусственный интеллект могут быть интегрированы в мировые суперкомпьютеры и проверены в консенсусной сети Ethereum для достижения реальных вычислений в цепочке.
В этом случае zkGraph можно подключить к внешним технологическим стекам, тем самым объединив сам zkML с вычислительной сетью мировых суперкомпьютеров. Это позволяет всем типам приложений zkML:
ML/AI для защиты конфиденциальности пользователей;
ML/AI для защиты конфиденциальности модели;
ML/AI с вычислительной эффективностью.
Чтобы достичь вычислительной мощности машинного обучения и искусственного интеллекта мировых суперкомпьютеров, zkGraph будет объединен со следующими передовыми технологическими стеками zkML, обеспечивая их прямую интеграцию с согласованными сетями и сетями хранения.
EZKL: выполнение вывода в zk-snark для моделей глубокого обучения и других вычислительных графов.
Остаток: операции быстрого машинного обучения в Halo2 Prover.
circomlib-ml: библиотека circom для машинного обучения.
e) zk как шина данных
Теперь, когда у нас есть все основные компоненты мирового суперкомпьютера, нам нужен последний компонент для их соединения. Нам нужна проверяемая и минимизирующая доверие шина для связи и координации между компонентами.
Hyper Oracle zkPoS является подходящим кандидатом на шину zk для суперкомпьютеров мира, использующих Ethereum в качестве консенсусной сети. zkPoS является ключевым компонентом zkOracle, который проверяет консенсус Ethereum через ZK, чтобы консенсус Ethereum можно было распространять и проверять в любой среде.
Как децентрализованная шина с минимальным доверием, zkPoS может соединять все компоненты мировых суперкомпьютеров через ZK практически без дополнительных затрат на проверку. Пока существует такая шина, как zkPoS, данные могут свободно передаваться внутри мировых суперкомпьютеров.
Когда консенсус Ethereum может быть передан с уровня консенсуса на шину в качестве первоначальных данных консенсуса мировых суперкомпьютеров, zkPoS может доказать это с помощью проверки состояния/события/транзакции. Затем сгенерированные данные могут быть переданы в вычислительную сеть сети zkOracle.
Кроме того, для шины сети хранения EthStorage разрабатывает zkNoSQL, чтобы включить доказательства доступности данных, позволяя другим сетям быстро проверять наличие достаточного количества реплик BLOB.
f) Другой случай: Биткойн как сеть консенсуса
Как и многие суверенные объединения второго уровня, децентрализованная сеть, такая как Биткойн, может служить сетью консенсуса, лежащей в основе мировых суперкомпьютеров.
Чтобы поддерживать такой мировой суперкомпьютер, нам необходимо заменить шину zkPoS, потому что Биткойн — это блокчейн-сеть, основанная на механизме PoW.
Мы можем использовать ZeroSync для реализации zk в качестве шины суперкомпьютера мира биткойнов. ZeroSync похож на «zkPoW», который синхронизирует консенсус биткойнов с помощью доказательств с нулевым разглашением, позволяя любой вычислительной среде проверять и получать последний статус биткойнов в течение миллисекунд.
ж) Рабочий процесс
Ниже приводится обзор процесса транзакций мирового суперкомпьютера на базе Ethereum, разбитого на несколько этапов:
Консенсус: Транзакции обрабатываются и достигаются консенсуса с использованием Ethereum.
Вычисление: сеть zkOracle выполняет соответствующие вычисления вне сети (определяемые zkGraph, загружаемым из EthStorage), быстро проверяя доказательства и согласованные данные, доставляемые zkPoS в виде шины.
Консенсус: в некоторых случаях, таких как автоматизация и машинное обучение, вычислительная сеть будет передавать данные и транзакции обратно в Ethereum или EthStorage через доказательства.
Хранилище: для хранения больших объемов данных из Ethereum (например, метаданных NFT) zkPoS действует как мессенджер между смарт-контрактами Ethereum и EthStorage.
На протяжении всего процесса шина играет жизненно важную роль в соединении каждого шага:
Когда согласованные данные передаются из Ethereum в вычислительную сеть zkOracle или в хранилище EthStorage, zkPoS и доказательства состояния/события/транзакции генерируют доказательства, которые получатель может быстро проверить, чтобы получить точные данные, такие как соответствующая транзакция.
Когда сети zkOracle необходимо загрузить данные из хранилища для расчета, она использует zkPoS для доступа к адресу данных из консенсусной сети, а затем использует zkNoSQL для получения фактических данных из хранилища.
Когда данные из сети zkOracle или Ethereum необходимо отобразить в окончательной выходной форме, zkPoS генерирует доказательства для клиентов (например, браузеров) для быстрой проверки.
в заключение
Биткойн заложил прочную основу для создания всемирного компьютера v0 и успешно построил «мировую бухгалтерскую книгу». Впоследствии Ethereum эффективно продемонстрировал парадигму «мирового компьютера», представив более программируемый механизм смарт-контрактов. Для достижения децентрализации, используя присущую криптографии ненадежность, естественные экономические стимулы MEV, стимулирование массового внедрения, потенциал технологии ZK и потребность в децентрализованных вычислениях общего назначения, включая машинное обучение, появление мировых суперкомпьютеров стало необходимо.
Предлагаемое нами решение позволит построить мировой суперкомпьютер путем соединения топологически разнородных P2P-сетей с использованием доказательств с нулевым разглашением. В качестве реестра консенсуса Ethereum обеспечит базовый консенсус и будет использовать интервал блока в качестве такта всей системы. В качестве сети хранения накопительный пакет хранения будет хранить большие объемы данных и предоставлять стандарты URI для доступа к данным. В качестве вычислительной сети сеть zkOracle будет выполнять ресурсоемкие вычисления и генерировать проверяемые доказательства вычислений. В качестве шины данных технология доказательства с нулевым разглашением будет соединять различные компоненты и позволит связывать и проверять данные и консенсус.
Посмотреть Оригинал
Содержание носит исключительно справочный характер и не является предложением или офертой. Консультации по инвестициям, налогообложению или юридическим вопросам не предоставляются. Более подробную информацию о рисках см. в разделе «Дисклеймер».
На пути к мировому суперкомпьютеру: новая парадигма децентрализованного выполнения в гипермасштабе
Исходное название: «К мировому суперкомпьютеру»
Сценарий: msfew, Kartin, Xiaohang Yu, Qi Zhou
Сборник: Deep Tide TechFlow
представлять
Насколько близок Ethereum к тому, чтобы в конечном итоге стать суперкомпьютером этого мира?
От алгоритма однорангового консенсуса Биткойн до EVM Эфириума и концепции сетевой нации, одной из целей сообщества блокчейнов всегда было создание мирового суперкомпьютера, а точнее, децентрализованного, неудержимого, ненадежного и масштабируемого единого государства. машина.
Хотя уже давно известно, что все это теоретически возможно, большинство текущих усилий на сегодняшний день были очень фрагментарными и имели серьезные компромиссы и ограничения.
В этой статье мы исследуем некоторые компромиссы и ограничения, с которыми столкнулись существующие попытки построить мировой компьютер, затем проанализируем компоненты, необходимые для такой машины, и, наконец, предложим новую архитектуру мирового суперкомпьютера.
Новая возможность, достойная нашего понимания.
1. Ограничения текущего метода
a) Ethereum и L2 Rollups
Эфириум был первой реальной попыткой создания суперкомпьютера в мире и, возможно, самой успешной. Однако во время разработки Ethereum уделял большое внимание децентрализации и безопасности, а не масштабируемости и производительности. Таким образом, хоть и надежный, обычный Ethereum далек от того, чтобы быть мировым суперкомпьютером — он просто не масштабируется.
Текущее решение — L2 Rollups, которое стало наиболее широко применяемым решением масштабирования для повышения производительности компьютеров в мире Ethereum. Как дополнительный уровень, построенный поверх Ethereum, L2 Rollups предлагает значительные преимущества и поддерживается сообществом.
Несмотря на то, что существует несколько определений сверток L2, общепринято, что свертки L2 — это сети с двумя ключевыми характеристиками: доступность данных в цепочке и выполнение транзакций вне цепочки в Ethereum или других базовых сетях. По сути, исторические данные о состоянии или входных транзакциях общедоступны и подлежат проверке в Ethereum, но все отдельные транзакции и переходы состояний перемещаются за пределы основной сети.
Хотя L2 Rollup действительно значительно повысил производительность этих «глобальных компьютеров», многие из них имеют системный риск централизации, что коренным образом подрывает принципы блокчейна как децентрализованной сети. Это связано с тем, что выполнение вне сети включает в себя не только отдельные переходы состояний, но также последовательность или пакетную обработку этих транзакций. В большинстве случаев сортировщик L2 выполняет упорядочение, в то время как валидаторы L2 вычисляют новое состояние. Однако предоставление этой возможности для заказов L2 создает риск централизации, когда централизованный заказчик может злоупотреблять своей властью для произвольной цензуры транзакций, нарушения работоспособности сети и получения прибыли от захвата MEV.
Хотя было много дискуссий о способах снижения риска централизации L2, таких как совместное использование, аутсорсинг или решения на основе заказов, децентрализованные решения для заказов (такие как PoA, выбор лидера PoS, аукцион MEV и PoE), среди них многие попытки все еще находятся в стадии концептуального проектирования и далеко не являются панацеей от этой проблемы. Кроме того, многие проекты L2, похоже, неохотно внедряют решение для децентрализованной сортировки. Например, Arbitrum предлагает децентрализованный сортировщик в качестве дополнительной функции. В дополнение к проблеме с централизованным заказчиком, L2 Rollup может иметь проблемы с централизацией из-за требований к аппаратному обеспечению полного узла, рисков управления и тенденций объединения приложений.
б) Свернутые пакеты L2 и мировая компьютерная трилемма
Все эти проблемы с централизацией, связанные с использованием L2 Rollups для масштабирования Ethereum, раскрывают фундаментальную проблему, «мировую компьютерную трилемму», которая происходит от классической «трилеммы» блокчейна:
Различные приоритеты для этой трилеммы приведут к различным компромиссам:
Традиционная схема L2 на самом деле состоит в построении мирового компьютера по модульному принципу. Однако, поскольку различные функции не разделены на основе вышеупомянутых приоритетов, World Computer поддерживает исходную архитектуру мэйнфрейма Ethereum даже при масштабировании. Эта архитектура не может удовлетворить другие функции, такие как децентрализация и производительность, и не может решить трилемму мирового компьютера.
Другими словами, L2 Rollup фактически реализует следующие функции:
Однако накопительные пакеты L2 не предоставляют:
Хотя мировая компьютерная архитектура может иметь L2 и модульные блокчейны, это не решает фундаментальной проблемы. L2 может решить трилемму блокчейна, но не трилемму мирового компьютера. Итак, как мы видели, текущих подходов недостаточно для того, чтобы по-настоящему реализовать децентрализованный мировой суперкомпьютер, который первоначально предполагался Эфириумом. Нам нужно расширение производительности и децентрализация, а не расширение производительности и постепенная децентрализация.
2. Цели проектирования суперкомпьютеров мира
Для этого нам нужна сеть, которая может выполнять интенсивные вычисления действительно общего назначения (особенно машинное обучение и оракулы), сохраняя при этом полную децентрализацию блокчейна базового уровня. Кроме того, мы должны убедиться, что сеть способна поддерживать интенсивные вычисления, такие как машинное обучение (ML), которые можно запускать непосредственно в сети и в конечном итоге проверять в блокчейне. Кроме того, нам необходимо обеспечить достаточное хранилище и вычислительную мощность поверх существующих мировых компьютерных реализаций, цели и методы проектирования заключаются в следующем:
а) Требования к расчетам
Чтобы удовлетворить потребности и цели мирового компьютера, мы расширяем концепцию мирового компьютера, описанную Ethereum, и стремимся создать мировой суперкомпьютер.
Мировой суперкомпьютер в первую очередь должен выполнять задачи, которые компьютеры могут выполнять сейчас и в будущем децентрализованным образом. Чтобы подготовиться к массовому внедрению, разработчикам нужны мировые суперкомпьютеры, чтобы ускорить разработку и внедрение децентрализованного машинного обучения для вывода и проверки моделей.
Для вычислительных ресурсоемких задач, таких как машинное обучение, достижение такой цели требует не только минимизирующих доверие вычислительных методов, таких как доказательства с нулевым разглашением, но и большей емкости данных в децентрализованной сети. Этого нельзя достичь в одной сети P2P (такой как традиционная цепочка блоков).
b) Устранение узких мест производительности
На заре вычислительной техники наши первопроходцы столкнулись с подобными узкими местами в производительности, когда им приходилось искать компромисс между вычислительной мощностью и объемом памяти. В качестве примера возьмем наименьший компонент цепи.
Мы можем сравнить вычисление с лампочкой/транзистором, а хранение с конденсатором. В цепи лампочке требуется электрический ток, чтобы излучать свет, подобно вычислительной задаче, требующей вычислений для выполнения. Конденсаторы, с другой стороны, хранят заряд, подобно тому, как хранилище может хранить данные.
При одинаковом напряжении и токе может иметь место компромисс в распределении энергии между лампой и конденсатором. Как правило, для более высоких вычислений требуется больший ток для выполнения вычислительной задачи и, следовательно, требуется меньше энергии для хранения конденсатора. Конденсаторы большего размера могут хранить больше энергии, но могут привести к снижению вычислительной производительности при более высоких вычислительных нагрузках. Этот компромисс делает невозможным совмещение вычислений и хранения в некоторых случаях.
В компьютерной архитектуре фон Неймана это привело к концепции отделения запоминающего устройства от центрального процессора. Подобно отделению лампочки от конденсатора, это могло бы решить проблему производительности суперкомпьютерных систем нашего мира.
Кроме того, традиционные высокопроизводительные распределенные базы данных используют схему проектирования, которая разделяет хранение и вычисления. Эта схема была принята потому, что она полностью совместима с характеристиками суперкомпьютеров мира.
c) Новая топология архитектуры
Основное отличие модульных блокчейнов (включая L2 Rollups) от мировых компьютерных архитектур заключается в их назначении:
Мы предлагаем альтернативу тому, что возможный мировой суперкомпьютер будет состоять из трех топологически разнородных P2P-сетей, соединенных ненадежными шинами (соединителями), такими как технология доказательства с нулевым разглашением: реестр консенсуса, вычислительная сеть и сеть хранения. Эта базовая конфигурация позволяет суперкомпьютерам всего мира решать мировую компьютерную трилемму, а другие компоненты могут быть добавлены по мере необходимости для конкретного приложения.
Стоит отметить, что топологическая неоднородность предполагает не только архитектурно-структурные различия, но и принципиальные различия топологических форм. Например, хотя Ethereum и Cosmos неоднородны с точки зрения сетевых уровней и взаимосвязей, они все же эквивалентны с точки зрения топологической неоднородности (блокчейны).
В суперкомпьютерах мира блокчейн консенсусного регистра принимает форму блокчейна, а узлы принимают форму полного графа, в то время как сеть zkOracle, такая как Hyper Oracle, представляет собой сеть без регистров, а узлы образуют циклический граф, в то время как сеть Структура для хранения Rollup. Другой вариант, разделы образуют подсети.
Используя доказательства с нулевым разглашением в качестве шины данных, мы можем создать полностью децентрализованный, неостановимый, не требующий разрешения и масштабируемый мировой суперкомпьютер, соединив три топологически разнородные одноранговые сети.
3. Архитектура мирового суперкомпьютера
Подобно созданию физического компьютера, мы должны собрать ранее упомянутую сеть консенсуса, вычислительную сеть и сеть хранения в мировой суперкомпьютер.
Правильный выбор и подключение каждого компонента поможет нам достичь баланса между трилеммой консенсусного реестра, вычислительной мощности и емкости хранилища и в конечном итоге обеспечить децентрализацию, высокую производительность и безопасность суперкомпьютеров мира.
Архитектура мировых суперкомпьютеров описывается следующим образом в зависимости от их функций:
Структура узлов мировой сети суперкомпьютеров с консенсусом, сетью вычислений и хранения данных выглядит следующим образом:
Для запуска сети узлы мирового суперкомпьютера будут основаны на децентрализованной инфраструктуре Ethereum. Узлы с высокой вычислительной производительностью могут подключаться к вычислительной сети zkOracle для создания доказательств для общих вычислений или машинного обучения, а узлы с высокой емкостью хранения могут присоединяться к сети хранения данных EthStorage.
В приведенных выше примерах описываются узлы, на которых работают как сети Ethereum, так и сети вычислений/хранилищ. Для узлов, которые управляют только сетями вычислений/хранилищ, они могут получить доступ к последним блокам Ethereum или подтвердить доступность сохраненных данных через шину технологий доказательства с нулевым разглашением, таких как zkPoS и zkNoSQL, без доверия.
а) Консенсус Ethereum
В настоящее время консенсусная сеть мировых суперкомпьютеров использует исключительно Ethereum. Эфириум имеет прочный социальный консенсус и безопасность на уровне сети, что обеспечивает децентрализованный консенсус.
Мировые суперкомпьютеры построены на основе согласованной архитектуры, основанной на реестре. Реестр консенсуса служит двум основным целям:
По сравнению с вычислительными сетями или сетями хранения, Ethereum не может одновременно обрабатывать большое количество вычислительных задач и хранить большие объемы данных общего назначения.
Среди мировых суперкомпьютеров Ethereum является консенсусной сетью для хранения данных, такой как L2 Rollup, для достижения консенсуса для вычислительной сети и сети хранения, а также для загрузки ключевых данных, чтобы вычислительная сеть могла выполнять дальнейшие вычисления вне сети.
б) Хранить накопительный пакет
Proto-danksharding и Danksharding Ethereum — это, по сути, способы масштабирования консенсусной сети. Чтобы достичь емкости хранилища, требуемой суперкомпьютерами мира, нам нужно решение, которое является родным для Ethereum и поддерживает постоянное хранение больших объемов данных.
Свернутые хранилища, такие как EthStorage, по существу масштабируют Ethereum для хранения больших объемов данных. Кроме того, поскольку ресурсоемкие приложения, такие как машинное обучение, требуют больших объемов памяти для работы на физических компьютерах, важно отметить, что «память» Ethereum не может быть увеличена. Storage Rollups необходимы для «подкачки», которая позволяет суперкомпьютерам мира выполнять задачи, требующие больших вычислительных ресурсов.
Кроме того, EthStorage предоставляет протокол доступа web3:// (ERC-4804), который аналогичен собственному URI или адресации ресурсов хранения суперкомпьютеров мира.
c) вычислительная сеть zkOracle
Вычислительная сеть является важнейшим элементом мировых суперкомпьютеров, поскольку она определяет общую производительность. Он должен быть в состоянии обрабатывать сложные вычисления, такие как оракулы или машинное обучение, и должен быть быстрее, чем консенсус и сети хранения, с точки зрения доступа и обработки данных.
Сеть zkOracle — это децентрализованная вычислительная сеть с минимальным уровнем доверия, способная выполнять произвольные вычисления. Любая работающая программа генерирует доказательство ZK, которое при использовании может быть легко проверено консенсусом (Эфириум) или другими компонентами.
Hyper Oracle — это сеть zkOracles на базе zkWASM и EZKL, которая может выполнять любые вычисления с использованием трассировки доказательства выполнения.
Сеть zkOracle представляет собой блокчейн без реестра (без глобального состояния), который следует структуре цепи исходного блокчейна (Эфириума), но работает как вычислительная сеть без реестров. Сеть zkOracle не гарантирует вычислительную достоверность за счет повторного выполнения, как традиционные блокчейны; вместо этого она обеспечивает вычислительную верифицируемость за счет сгенерированных доказательств. Дизайн без бухгалтерских книг и настройка выделенных узлов для вычислений позволяют сетям zkOracle (таким как Hyper Oracle) сосредоточиться на высокопроизводительных вычислениях с минимальным доверием. Результат расчета напрямую выводится в сеть консенсуса вместо создания нового консенсуса.
В вычислительной сети zkOracle каждый вычислительный блок или исполняемый файл представлен zkGraph. Эти zkGraph определяют поведение вычислений и генерации доказательств, точно так же, как смарт-контракты определяют вычисления консенсусной сети.
I. Общие вычисления вне сети
Программа zkGraph в вычислениях zkOracle может использоваться без внешнего стека в двух основных случаях:
Эти два случая могут удовлетворить требования промежуточного программного обеспечения и инфраструктуры любого разработчика смарт-контрактов. Это означает, что как разработчик суперкомпьютера в мире вы можете пройти весь сквозной процесс децентрализованной разработки при создании полноценного децентрализованного приложения, включая смарт-контракты в цепочке в сети консенсуса и цепочки в вычислительной сети. рассчитать.
II. Расчеты ML/AI
Чтобы обеспечить внедрение в масштабах Интернета и поддержку любого сценария приложений, мировые суперкомпьютеры должны поддерживать вычисления машинного обучения децентрализованным образом.
Благодаря технологии доказательства с нулевым разглашением машинное обучение и искусственный интеллект могут быть интегрированы в мировые суперкомпьютеры и проверены в консенсусной сети Ethereum для достижения реальных вычислений в цепочке.
В этом случае zkGraph можно подключить к внешним технологическим стекам, тем самым объединив сам zkML с вычислительной сетью мировых суперкомпьютеров. Это позволяет всем типам приложений zkML:
Чтобы достичь вычислительной мощности машинного обучения и искусственного интеллекта мировых суперкомпьютеров, zkGraph будет объединен со следующими передовыми технологическими стеками zkML, обеспечивая их прямую интеграцию с согласованными сетями и сетями хранения.
e) zk как шина данных
Теперь, когда у нас есть все основные компоненты мирового суперкомпьютера, нам нужен последний компонент для их соединения. Нам нужна проверяемая и минимизирующая доверие шина для связи и координации между компонентами.
Hyper Oracle zkPoS является подходящим кандидатом на шину zk для суперкомпьютеров мира, использующих Ethereum в качестве консенсусной сети. zkPoS является ключевым компонентом zkOracle, который проверяет консенсус Ethereum через ZK, чтобы консенсус Ethereum можно было распространять и проверять в любой среде.
Как децентрализованная шина с минимальным доверием, zkPoS может соединять все компоненты мировых суперкомпьютеров через ZK практически без дополнительных затрат на проверку. Пока существует такая шина, как zkPoS, данные могут свободно передаваться внутри мировых суперкомпьютеров.
Когда консенсус Ethereum может быть передан с уровня консенсуса на шину в качестве первоначальных данных консенсуса мировых суперкомпьютеров, zkPoS может доказать это с помощью проверки состояния/события/транзакции. Затем сгенерированные данные могут быть переданы в вычислительную сеть сети zkOracle.
Кроме того, для шины сети хранения EthStorage разрабатывает zkNoSQL, чтобы включить доказательства доступности данных, позволяя другим сетям быстро проверять наличие достаточного количества реплик BLOB.
f) Другой случай: Биткойн как сеть консенсуса
Как и многие суверенные объединения второго уровня, децентрализованная сеть, такая как Биткойн, может служить сетью консенсуса, лежащей в основе мировых суперкомпьютеров.
Чтобы поддерживать такой мировой суперкомпьютер, нам необходимо заменить шину zkPoS, потому что Биткойн — это блокчейн-сеть, основанная на механизме PoW.
Мы можем использовать ZeroSync для реализации zk в качестве шины суперкомпьютера мира биткойнов. ZeroSync похож на «zkPoW», который синхронизирует консенсус биткойнов с помощью доказательств с нулевым разглашением, позволяя любой вычислительной среде проверять и получать последний статус биткойнов в течение миллисекунд.
ж) Рабочий процесс
Ниже приводится обзор процесса транзакций мирового суперкомпьютера на базе Ethereum, разбитого на несколько этапов:
На протяжении всего процесса шина играет жизненно важную роль в соединении каждого шага:
в заключение
Биткойн заложил прочную основу для создания всемирного компьютера v0 и успешно построил «мировую бухгалтерскую книгу». Впоследствии Ethereum эффективно продемонстрировал парадигму «мирового компьютера», представив более программируемый механизм смарт-контрактов. Для достижения децентрализации, используя присущую криптографии ненадежность, естественные экономические стимулы MEV, стимулирование массового внедрения, потенциал технологии ZK и потребность в децентрализованных вычислениях общего назначения, включая машинное обучение, появление мировых суперкомпьютеров стало необходимо.
Предлагаемое нами решение позволит построить мировой суперкомпьютер путем соединения топологически разнородных P2P-сетей с использованием доказательств с нулевым разглашением. В качестве реестра консенсуса Ethereum обеспечит базовый консенсус и будет использовать интервал блока в качестве такта всей системы. В качестве сети хранения накопительный пакет хранения будет хранить большие объемы данных и предоставлять стандарты URI для доступа к данным. В качестве вычислительной сети сеть zkOracle будет выполнять ресурсоемкие вычисления и генерировать проверяемые доказательства вычислений. В качестве шины данных технология доказательства с нулевым разглашением будет соединять различные компоненты и позволит связывать и проверять данные и консенсус.