Untuk mencapai desentralisasi, manfaatkan kriptografi yang tidak dapat dipercaya, insentif ekonomi alami dari MEV untuk mendorong adopsi massal, potensi teknologi ZK, dan kebutuhan untuk komputasi tujuan umum yang terdesentralisasi, termasuk pembelajaran mesin, munculnya dunia superkomputer telah menjadi kebutuhan.
Judul asli: "Towards World Supercomputer"
Ditulis oleh: msfew, Kartin, Xiaohang Yu, Qi Zhou
Kompilasi: TechFlow Gelombang Dalam
memperkenalkan
Seberapa dekat Ethereum untuk akhirnya menjadi superkomputer dunia itu?
Dari algoritma konsensus peer-to-peer Bitcoin hingga EVM Ethereum hingga konsep negara jaringan, salah satu tujuan komunitas blockchain adalah selalu membangun superkomputer dunia, lebih khusus lagi, negara kesatuan yang terdesentralisasi, tak terhentikan, tidak dapat dipercaya, dan dapat diskalakan. mesin.
Meskipun telah lama diketahui bahwa semua ini sangat mungkin secara teoritis, sebagian besar upaya yang sedang berlangsung hingga saat ini sangat terfragmentasi dan memiliki kompromi dan keterbatasan yang serius.
Dalam artikel ini, kami menjelajahi beberapa trade-off dan batasan yang dihadapi oleh upaya yang ada untuk membangun komputer dunia, kemudian menganalisis komponen yang diperlukan untuk mesin tersebut, dan akhirnya mengusulkan arsitektur superkomputer dunia yang baru.
Kemungkinan baru, layak untuk pemahaman kita.
1. Keterbatasan metode saat ini
a) Penggabungan Ethereum dan L2
Ethereum adalah upaya nyata pertama untuk membangun superkomputer dunia, dan bisa dibilang yang paling sukses. Namun, selama pengembangannya, Ethereum sangat memprioritaskan desentralisasi dan keamanan daripada skalabilitas dan kinerja. Jadi, meskipun dapat diandalkan, Ethereum biasa masih jauh dari superkomputer dunia - ia tidak dapat diskalakan.
Solusi saat ini adalah L2 Rollups, yang telah menjadi solusi penskalaan yang paling banyak diadopsi untuk meningkatkan kinerja komputer di dunia Ethereum. Sebagai lapisan tambahan yang dibangun di atas Ethereum, L2 Rollups menawarkan keuntungan yang signifikan dan didukung oleh komunitas.
Sementara beberapa definisi rollup L2 ada, diterima secara umum bahwa L2 Rollup adalah jaringan dengan dua karakteristik utama: ketersediaan data on-chain dan eksekusi transaksi off-chain pada Ethereum atau jaringan dasar lainnya. Pada dasarnya, status historis atau input data transaksi dapat diakses publik dan berkomitmen untuk verifikasi di Ethereum, tetapi semua transaksi individual dan transisi status dipindahkan dari mainnet.
Sementara L2 Rollups memang sangat meningkatkan kinerja "komputer global" ini, banyak dari mereka memiliki risiko sentralisasi sistemik, yang secara fundamental merusak prinsip-prinsip blockchain sebagai jaringan terdesentralisasi. Ini karena eksekusi off-chain tidak hanya melibatkan transisi status individu, tetapi juga pengurutan atau pengelompokan transaksi tersebut. Dalam kebanyakan kasus, pemesan L2 melakukan pengurutan, sedangkan validator L2 menghitung status baru. Namun, memberikan kemampuan pemesanan ini kepada pemesan L2 menciptakan risiko sentralisasi, di mana pemesan terpusat dapat menyalahgunakan kekuasaannya untuk menyensor transaksi secara sewenang-wenang, mengganggu kehidupan jaringan, dan mendapatkan keuntungan dari penangkapan MEV.
Meskipun telah banyak diskusi tentang cara untuk mengurangi risiko sentralisasi L2, seperti melalui solusi berbagi, outsourcing atau berbasis pesanan, solusi pesanan terdesentralisasi (seperti PoA, pemilihan pemimpin PoS, lelang MEV, dan PoE), di antaranya Banyak upaya masih dalam tahap desain konseptual dan jauh dari obat mujarab untuk masalah ini. Selain itu, banyak proyek L2 tampaknya enggan menerapkan solusi penyortir terdesentralisasi. Misalnya, Arbitrum mengusulkan penyortir terdesentralisasi sebagai fitur opsional. Selain masalah pemesan terpusat, L2 Rollup mungkin memiliki masalah sentralisasi dari persyaratan perangkat keras node penuh, risiko tata kelola, dan tren rollup aplikasi.
b) Rollup L2 dan Trilema Komputer Dunia
Semua masalah sentralisasi ini yang datang dengan mengandalkan L2 Rollups untuk menskalakan Ethereum mengungkapkan masalah mendasar, "trilemma komputer dunia", yang diturunkan dari "trilemma" blockchain klasik:
Prioritas yang berbeda untuk trilema ini akan menghasilkan trade-off yang berbeda:
Buku besar konsensus yang kuat: pada dasarnya membutuhkan penyimpanan dan perhitungan berulang, sehingga tidak cocok untuk memperluas penyimpanan dan perhitungan.
Daya komputasi yang kuat: Konsensus perlu digunakan kembali saat melakukan tugas komputasi dan pembuktian dalam jumlah besar, sehingga tidak cocok untuk penyimpanan skala besar.
Kapasitas penyimpanan yang kuat: Konsensus perlu digunakan kembali saat sering melakukan pembuktian ruang pengambilan sampel acak, sehingga tidak cocok untuk komputasi.
Skema L2 tradisional sebenarnya adalah membangun komputer dunia dengan cara modular. Namun, karena fungsi yang berbeda tidak dipartisi berdasarkan prioritas yang disebutkan di atas, World Computer mempertahankan arsitektur mainframe asli Ethereum bahkan dengan penskalaan. Arsitektur ini tidak dapat memenuhi fungsi lain seperti desentralisasi dan kinerja, serta tidak dapat menyelesaikan trilema komputer dunia.
Dengan kata lain, L2 Rollups benar-benar mengimplementasikan fungsi-fungsi berikut:
Modularisasi komputer dunia (lebih banyak eksperimen pada lapisan konsensus dan beberapa kepercayaan eksternal pada pemesan terpusat);
Peningkatan throughput Komputer Dunia (meskipun tidak sepenuhnya "diperluas");
Buka inovasi komputer dunia.
Namun, L2 Rollups tidak menyediakan:
Desentralisasi komputer dunia;
Peningkatan kinerja komputer dunia (kombinasi TPS maks Rollups sebenarnya tidak cukup, dan L2 tidak mungkin memiliki finalitas yang lebih cepat daripada L1);
Komputasi oleh Komputer Dunia (ini melibatkan komputasi di luar pemrosesan transaksi, seperti pembelajaran mesin dan oracle).
Meskipun arsitektur komputer dunia dapat memiliki L2 dan blockchain modular, itu tidak menyelesaikan masalah mendasar. L2 dapat memecahkan trilema blockchain, tetapi bukan trilema komputer dunia itu sendiri. Jadi, seperti yang telah kita lihat, pendekatan saat ini tidak cukup untuk benar-benar mewujudkan superkomputer dunia terdesentralisasi yang awalnya diimpikan oleh Ethereum. Kita membutuhkan perluasan kinerja dan desentralisasi, bukan perluasan kinerja dan desentralisasi bertahap.
2. Tujuan desain superkomputer dunia
Untuk ini, kami membutuhkan jaringan yang dapat menyelesaikan perhitungan intensif tujuan umum (terutama pembelajaran mesin dan oracle), sambil mempertahankan desentralisasi penuh dari blockchain lapisan dasar. Selain itu, kami harus memastikan bahwa jaringan mampu mendukung komputasi intensif, seperti pembelajaran mesin (ML), yang dapat dijalankan langsung di jaringan dan akhirnya diverifikasi di blockchain. Selain itu, kita perlu menyediakan penyimpanan dan daya komputasi yang cukup di atas implementasi komputer dunia yang ada, tujuan dan metode perancangannya adalah sebagai berikut:
a) Persyaratan perhitungan
Untuk memenuhi kebutuhan dan tujuan komputer dunia, kami memperluas konsep komputer dunia yang dijelaskan oleh Ethereum dan bertujuan untuk mencapai superkomputer dunia.
Superkomputer dunia pertama-tama harus menyelesaikan tugas yang dapat diselesaikan komputer sekarang dan di masa depan dengan cara yang terdesentralisasi. Untuk mempersiapkan adopsi massal, developer memerlukan superkomputer dunia untuk mempercepat pengembangan dan adopsi pembelajaran mesin terdesentralisasi untuk menjalankan inferensi dan validasi model.
Untuk tugas-tugas intensif sumber daya komputasi seperti pembelajaran mesin, mencapai tujuan seperti itu tidak hanya membutuhkan teknik komputasi yang meminimalkan kepercayaan seperti bukti tanpa pengetahuan, tetapi juga kapasitas data yang lebih besar pada jaringan terdesentralisasi. Ini tidak dapat dicapai pada satu jaringan P2P (seperti blockchain tradisional).
b) Solusi untuk kemacetan kinerja
Pada hari-hari awal komputasi, pionir kami menghadapi hambatan kinerja yang sama saat mereka melakukan trade-off antara daya komputasi dan kapasitas penyimpanan. Ambil komponen terkecil dari suatu rangkaian sebagai contoh.
Kita dapat membandingkan komputasi dengan bola lampu/transistor dan penyimpanan dengan kapasitor. Di sirkuit, bola lampu membutuhkan arus listrik untuk memancarkan cahaya, mirip dengan tugas komputasi yang membutuhkan komputasi untuk dilakukan. Kapasitor, di sisi lain, menyimpan muatan, mirip dengan bagaimana penyimpanan dapat menyimpan data.
Untuk tegangan dan arus yang sama, mungkin ada trade-off dalam distribusi energi antara bola lampu dan kapasitor. Biasanya, perhitungan yang lebih tinggi membutuhkan lebih banyak arus untuk melakukan tugas perhitungan dan karena itu membutuhkan lebih sedikit energi untuk disimpan oleh kapasitor. Kapasitor yang lebih besar dapat menyimpan lebih banyak energi, tetapi dapat menghasilkan kinerja komputasi yang lebih rendah pada beban komputasi yang lebih tinggi. Pertukaran ini tidak memungkinkan untuk menggabungkan komputasi dan penyimpanan dalam beberapa kasus.
Dalam arsitektur komputer von Neumann, hal itu memunculkan konsep pemisahan perangkat penyimpanan dari unit pengolah pusat. Mirip dengan memisahkan bola lampu dari kapasitor, ini bisa memecahkan kemacetan kinerja sistem superkomputer dunia kita.
Selain itu, database terdistribusi tradisional berkinerja tinggi mengadopsi skema desain yang memisahkan penyimpanan dan komputasi. Skema ini diadopsi karena sepenuhnya kompatibel dengan karakteristik superkomputer dunia.
c) Topologi arsitektur baru
Perbedaan utama antara blockchain modular (termasuk L2 Rollups) dan arsitektur komputer dunia adalah tujuannya:
Blockchain modular: Bertujuan untuk membuat blockchain baru dengan memilih modul (konsensus, lapisan ketersediaan data DA, penyelesaian dan eksekusi) dan menggabungkannya ke dalam blockchain modular.
World Supercomputer: Bertujuan untuk membangun komputer/jaringan terdesentralisasi global dengan menggabungkan jaringan (blockchain lapisan dasar, jaringan penyimpanan, jaringan komputasi) ke dalam komputer dunia.
Kami mengusulkan alternatif bahwa superkomputer dunia akhirnya akan terdiri dari tiga jaringan P2P yang heterogen secara topologis yang dihubungkan oleh bus (konektor) tanpa kepercayaan seperti teknologi bukti tanpa pengetahuan: buku besar konsensus, jaringan komputasi, dan jaringan penyimpanan. Pengaturan dasar ini memungkinkan superkomputer dunia memecahkan trilema komputer dunia, dan komponen lain dapat ditambahkan sesuai kebutuhan untuk aplikasi tertentu.
Perlu dicatat bahwa heterogenitas topologi tidak hanya melibatkan perbedaan arsitektural dan struktural, tetapi juga perbedaan mendasar dalam bentuk topologi. Misalnya, sementara Ethereum dan Cosmos heterogen dalam hal lapisan jaringan dan interkoneksi, mereka masih setara dalam hal heterogenitas topologi (blockchain).
Di superkomputer dunia, blockchain buku besar konsensus mengadopsi bentuk blockchain, dan node mengadopsi bentuk grafik lengkap, sedangkan jaringan zkOracle seperti Hyper Oracle adalah jaringan tanpa buku besar, dan node membentuk grafik siklik, sedangkan jaringan struktur untuk menyimpan Rollup adalah varian lain, partisi membentuk subnet.
Dengan menggunakan bukti tanpa pengetahuan sebagai bus data, kita dapat mencapai superkomputer dunia yang sepenuhnya terdesentralisasi, tak terhentikan, tanpa izin, dan dapat diskalakan dengan menghubungkan tiga jaringan peer-to-peer yang heterogen secara topologi.
3. Arsitektur Superkomputer Dunia
Mirip dengan membangun komputer fisik, kita harus merakit jaringan konsensus, jaringan komputasi, dan jaringan penyimpanan yang disebutkan sebelumnya ke dalam superkomputer dunia.
Pemilihan dan koneksi yang tepat dari setiap komponen akan membantu kami mencapai keseimbangan antara buku besar konsensus, daya komputasi, dan trilema kapasitas penyimpanan, dan pada akhirnya memastikan desentralisasi, kinerja tinggi, dan keamanan superkomputer dunia.
Arsitektur superkomputer di dunia digambarkan sebagai berikut sesuai dengan fungsinya:
Struktur simpul jaringan superkomputer dunia dengan jaringan konsensus, komputasi, dan penyimpanan menyerupai berikut ini:
Untuk meluncurkan jaringan, simpul superkomputer dunia akan didasarkan pada infrastruktur terdesentralisasi Ethereum. Node dengan kinerja komputasi tinggi dapat bergabung dengan jaringan komputasi zkOracle untuk menghasilkan bukti komputasi umum atau pembelajaran mesin, sedangkan node dengan kapasitas penyimpanan tinggi dapat bergabung dengan jaringan penyimpanan EthStorage.
Contoh di atas menjelaskan node yang menjalankan Ethereum dan jaringan komputasi/penyimpanan. Untuk node yang hanya menjalankan jaringan komputasi/penyimpanan, mereka dapat mengakses blok terbaru Ethereum atau membuktikan ketersediaan data yang disimpan melalui bus teknologi bukti tanpa pengetahuan seperti zkPoS dan zkNoSQL tanpa kepercayaan.
a) Konsensus Ethereum
Saat ini, jaringan konsensus superkomputer dunia secara eksklusif menggunakan Ethereum. Ethereum memiliki konsensus sosial yang kuat dan keamanan tingkat jaringan, memastikan konsensus terdesentralisasi.
Superkomputer dunia dibangun di atas arsitektur konsensus ledger-centric. Buku besar konsensus melayani dua tujuan utama:
Memberikan konsensus untuk keseluruhan sistem;
Tentukan siklus jam CPU dengan interval blok.
Dibandingkan dengan jaringan komputasi atau jaringan penyimpanan, Ethereum tidak dapat menangani sejumlah besar tugas komputasi pada saat yang sama, juga tidak dapat menyimpan data untuk keperluan umum dalam jumlah besar.
Di antara superkomputer dunia, Ethereum adalah jaringan konsensus untuk menyimpan data, seperti L2 Rollup, untuk mencapai konsensus untuk jaringan komputasi dan penyimpanan, dan untuk memuat data kunci sehingga jaringan komputasi dapat melakukan kalkulasi off-chain lebih lanjut.
b) Simpan Rollup
Proto-danksharding dan Danksharding Ethereum pada dasarnya adalah cara untuk menskalakan jaringan konsensus. Untuk mencapai kapasitas penyimpanan yang dibutuhkan oleh superkomputer dunia, kami membutuhkan solusi yang asli Ethereum dan mendukung penyimpanan permanen data dalam jumlah besar.
Storage Rollups, seperti EthStorage, pada dasarnya menskalakan Ethereum untuk penyimpanan yang sangat besar. Juga, karena aplikasi intensif sumber daya komputasi seperti pembelajaran mesin membutuhkan memori dalam jumlah besar untuk dijalankan pada komputer fisik, penting untuk dicatat bahwa "memori" Ethereum tidak dapat dibesar-besarkan. Storage Rollups diperlukan untuk "swapping" yang memungkinkan superkomputer dunia menjalankan tugas intensif komputasi.
Selain itu, EthStorage menyediakan protokol akses web3:// (ERC-4804), yang serupa dengan URI asli atau pengalamatan sumber daya penyimpanan dari superkomputer dunia.
c) jaringan komputasi zkOracle
Jaringan komputasi adalah elemen terpenting dari superkomputer dunia karena menentukan kinerja secara keseluruhan. Itu harus mampu menangani perhitungan yang kompleks seperti oracle atau pembelajaran mesin, dan harus lebih cepat daripada jaringan konsensus dan penyimpanan dalam hal mengakses dan memproses data.
Jaringan zkOracle adalah jaringan komputasi terdesentralisasi dan minim kepercayaan yang mampu memproses komputasi arbitrer. Setiap program yang berjalan menghasilkan bukti ZK, yang bila digunakan dapat dengan mudah diverifikasi melalui konsensus (Ethereum) atau komponen lainnya.
Hyper Oracle adalah jaringan zkOracles, didukung oleh zkWASM dan EZKL, yang dapat menjalankan komputasi apa pun menggunakan jejak bukti eksekusi.
Jaringan zkOracle adalah blockchain tanpa buku besar (tidak ada status global) yang mengikuti struktur rantai dari blockchain asli (Ethereum), tetapi beroperasi sebagai jaringan komputasi tanpa buku besar. Jaringan zkOracle tidak menjamin validitas komputasional melalui eksekusi ulang seperti blockchain tradisional; melainkan memberikan verifikasi komputasional melalui bukti yang dihasilkan. Desain tanpa ledger dan pengaturan node khusus untuk komputasi memungkinkan jaringan zkOracle (seperti Hyper Oracle) untuk fokus pada komputasi kinerja tinggi dan meminimalkan kepercayaan. Hasil perhitungan langsung dikeluarkan ke jaringan konsensus alih-alih menghasilkan konsensus baru.
Dalam jaringan komputasi zkOracle, setiap unit komputasi atau file yang dapat dieksekusi diwakili oleh zkGraph. ZkGraphs ini menentukan perhitungan dan perilaku pembuatan bukti, seperti halnya kontrak pintar menentukan perhitungan jaringan konsensus.
I. Komputasi Off-Chain Umum
Program zkGraph dalam perhitungan zkOracle dapat digunakan tanpa tumpukan eksternal untuk dua kasus penggunaan utama:
pengindeksan (mengakses data blockchain);
Otomasi (panggilan kontrak pintar otomatis);
Perhitungan off-chain lainnya.
Kedua kasing ini dapat memenuhi persyaratan middleware dan infrastruktur dari setiap pengembang kontrak pintar. Ini berarti bahwa sebagai pengembang superkomputer dunia, Anda dapat melalui seluruh proses pengembangan terdesentralisasi ujung ke ujung saat membuat aplikasi terdesentralisasi yang lengkap, termasuk kontrak pintar pada rantai di jaringan konsensus dan rantai di jaringan komputasi. menghitung.
Perhitungan II.ML / AI
Untuk mencapai adopsi skala Internet dan mendukung skenario aplikasi apa pun, superkomputer dunia perlu mendukung komputasi pembelajaran mesin secara terdesentralisasi.
Melalui teknologi bukti tanpa pengetahuan, pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan dapat diintegrasikan ke dalam superkomputer dunia dan diverifikasi pada jaringan konsensus Ethereum untuk mencapai komputasi on-chain yang nyata.
Dalam hal ini, zkGraph dapat dihubungkan ke tumpukan teknologi eksternal, sehingga menggabungkan zkML itu sendiri dengan jaringan komputasi superkomputer dunia. Ini memungkinkan semua jenis aplikasi zkML untuk:
ML/AI untuk perlindungan privasi pengguna;
ML/AI untuk perlindungan privasi model;
ML/AI dengan efisiensi komputasi.
Untuk mencapai pembelajaran mesin dan kekuatan komputasi kecerdasan buatan dari superkomputer dunia, zkGraph akan digabungkan dengan tumpukan teknologi zkML canggih berikut, menyediakan integrasi langsung dengan jaringan konsensus dan jaringan penyimpanan.
EZKL: Lakukan inferensi dalam zk-snark untuk model pembelajaran mendalam dan grafik komputasi lainnya.
Sisa: Operasi pembelajaran mesin cepat di Halo2 Prover.
circomlib-ml: perpustakaan sirkuit circom untuk pembelajaran mesin.
e) zk sebagai bus data
Sekarang kita memiliki semua komponen dasar superkomputer dunia, kita membutuhkan komponen terakhir untuk menghubungkannya. Kami membutuhkan bus yang dapat diverifikasi dan diminimalkan kepercayaan untuk berkomunikasi dan berkoordinasi antar komponen.
Hyper Oracle zkPoS adalah kandidat yang cocok untuk Bus zk untuk superkomputer dunia yang menggunakan Ethereum sebagai jaringan konsensus. zkPoS adalah komponen kunci zkOracle, yang memverifikasi konsensus Ethereum melalui ZK, sehingga konsensus Ethereum dapat disebarkan dan diverifikasi di lingkungan apa pun.
Sebagai bus terdesentralisasi dan meminimalkan kepercayaan, zkPoS dapat menghubungkan semua komponen superkomputer dunia melalui ZK, dengan hampir tidak ada overhead perhitungan verifikasi. Selama ada bus seperti zkPoS, data dapat mengalir dengan bebas di dalam superkomputer dunia.
Ketika konsensus Ethereum dapat diteruskan dari lapisan konsensus ke bus sebagai data konsensus awal superkomputer dunia, zkPoS dapat membuktikannya melalui bukti keadaan/peristiwa/transaksi. Data yang dihasilkan kemudian dapat diteruskan ke jaringan komputasi jaringan zkOracle.
Selain itu, untuk bus jaringan penyimpanan, EthStorage sedang mengembangkan zkNoSQL untuk mengaktifkan bukti ketersediaan data, memungkinkan jaringan lain dengan cepat memverifikasi bahwa BLOB memiliki replika yang memadai.
f) Kasus lain: Bitcoin sebagai jaringan konsensus
Seperti banyak rollup berdaulat lapisan kedua, jaringan terdesentralisasi seperti Bitcoin dapat berfungsi sebagai jaringan konsensus yang menopang superkomputer dunia.
Untuk mendukung superkomputer dunia seperti itu, kita perlu mengganti bus zkPoS, karena Bitcoin adalah jaringan blockchain berdasarkan mekanisme PoW.
Kita dapat menggunakan ZeroSync untuk mengimplementasikan zk sebagai bus dari superkomputer dunia Bitcoin. ZeroSync mirip dengan "zkPoW", yang menyinkronkan konsensus Bitcoin melalui bukti tanpa pengetahuan, memungkinkan lingkungan komputasi apa pun untuk memverifikasi dan mendapatkan status Bitcoin terbaru dalam milidetik.
g) Alur kerja
Berikut adalah gambaran proses transaksi superkomputer dunia berbasis Ethereum, yang dipecah menjadi beberapa langkah:
Konsensus: Transaksi diproses dan mencapai konsensus menggunakan Ethereum.
Komputasi: Jaringan zkOracle melakukan komputasi off-chain yang relevan (ditentukan oleh zkGraph yang dimuat dari EthStorage) dengan cepat memverifikasi bukti dan data konsensus yang dikirimkan oleh zkPoS sebagai bus.
Konsensus: Dalam beberapa kasus, seperti otomatisasi dan pembelajaran mesin, jaringan komputasi akan meneruskan data dan transaksi kembali ke Ethereum atau EthStorage melalui bukti.
Penyimpanan: Untuk menyimpan data dalam jumlah besar dari Ethereum (seperti metadata NFT), zkPoS bertindak sebagai pembawa pesan antara kontrak cerdas Ethereum dan EthStorage.
Sepanjang proses, bus memainkan peran penting dalam menghubungkan setiap langkah:
Ketika data konsensus diteruskan dari Ethereum ke komputasi jaringan zkOracle atau penyimpanan EthStorage, zkPoS dan bukti status/peristiwa/transaksi menghasilkan bukti bahwa penerima dapat dengan cepat memverifikasi untuk mendapatkan data yang tepat, seperti transaksi terkait.
Saat jaringan zkOracle perlu memuat data dari penyimpanan untuk penghitungan, zkPoS digunakan untuk mengakses alamat data dari jaringan konsensus, lalu menggunakan zkNoSQL untuk mendapatkan data aktual dari penyimpanan.
Ketika data dari jaringan zkOracle atau Ethereum perlu ditampilkan dalam bentuk hasil akhir, zkPoS menghasilkan bukti untuk klien (seperti browser) untuk verifikasi cepat.
Kesimpulannya
Bitcoin telah meletakkan dasar yang kokoh untuk pembuatan komputer dunia v0 dan berhasil membangun "buku besar dunia". Selanjutnya, Ethereum secara efektif mendemonstrasikan paradigma "komputer dunia" dengan memperkenalkan mekanisme kontrak pintar yang lebih dapat diprogram. Untuk mencapai desentralisasi, memanfaatkan sifat kriptografi yang tidak dapat dipercaya, insentif ekonomi alami dari MEV, mendorong adopsi massal, potensi teknologi ZK, dan kebutuhan untuk komputasi tujuan umum yang terdesentralisasi, termasuk pembelajaran mesin, munculnya superkomputer dunia telah menjadi perlu.
Solusi yang kami usulkan akan membangun superkomputer dunia dengan menghubungkan jaringan P2P yang heterogen secara topologi menggunakan bukti tanpa pengetahuan. Sebagai buku besar konsensus, Ethereum akan memberikan konsensus dasar dan menggunakan interval blok sebagai siklus jam dari keseluruhan sistem. Sebagai jaringan penyimpanan, rollup penyimpanan akan menyimpan data dalam jumlah besar dan memberikan standar URI untuk mengakses data. Sebagai jaringan komputasi, jaringan zkOracle akan menjalankan komputasi intensif sumber daya dan menghasilkan bukti komputasi yang dapat diverifikasi. Sebagai bus data, teknologi zero-knowledge proof akan menghubungkan berbagai komponen dan memungkinkan data dan konsensus dihubungkan dan diverifikasi.
Lihat Asli
Konten ini hanya untuk referensi, bukan ajakan atau tawaran. Tidak ada nasihat investasi, pajak, atau hukum yang diberikan. Lihat Penafian untuk pengungkapan risiko lebih lanjut.
Menuju Superkomputer Dunia: Paradigma Baru untuk Eksekusi Terdesentralisasi di Hyperscale
Judul asli: "Towards World Supercomputer"
Ditulis oleh: msfew, Kartin, Xiaohang Yu, Qi Zhou
Kompilasi: TechFlow Gelombang Dalam
memperkenalkan
Seberapa dekat Ethereum untuk akhirnya menjadi superkomputer dunia itu?
Dari algoritma konsensus peer-to-peer Bitcoin hingga EVM Ethereum hingga konsep negara jaringan, salah satu tujuan komunitas blockchain adalah selalu membangun superkomputer dunia, lebih khusus lagi, negara kesatuan yang terdesentralisasi, tak terhentikan, tidak dapat dipercaya, dan dapat diskalakan. mesin.
Meskipun telah lama diketahui bahwa semua ini sangat mungkin secara teoritis, sebagian besar upaya yang sedang berlangsung hingga saat ini sangat terfragmentasi dan memiliki kompromi dan keterbatasan yang serius.
Dalam artikel ini, kami menjelajahi beberapa trade-off dan batasan yang dihadapi oleh upaya yang ada untuk membangun komputer dunia, kemudian menganalisis komponen yang diperlukan untuk mesin tersebut, dan akhirnya mengusulkan arsitektur superkomputer dunia yang baru.
Kemungkinan baru, layak untuk pemahaman kita.
1. Keterbatasan metode saat ini
a) Penggabungan Ethereum dan L2
Ethereum adalah upaya nyata pertama untuk membangun superkomputer dunia, dan bisa dibilang yang paling sukses. Namun, selama pengembangannya, Ethereum sangat memprioritaskan desentralisasi dan keamanan daripada skalabilitas dan kinerja. Jadi, meskipun dapat diandalkan, Ethereum biasa masih jauh dari superkomputer dunia - ia tidak dapat diskalakan.
Solusi saat ini adalah L2 Rollups, yang telah menjadi solusi penskalaan yang paling banyak diadopsi untuk meningkatkan kinerja komputer di dunia Ethereum. Sebagai lapisan tambahan yang dibangun di atas Ethereum, L2 Rollups menawarkan keuntungan yang signifikan dan didukung oleh komunitas.
Sementara beberapa definisi rollup L2 ada, diterima secara umum bahwa L2 Rollup adalah jaringan dengan dua karakteristik utama: ketersediaan data on-chain dan eksekusi transaksi off-chain pada Ethereum atau jaringan dasar lainnya. Pada dasarnya, status historis atau input data transaksi dapat diakses publik dan berkomitmen untuk verifikasi di Ethereum, tetapi semua transaksi individual dan transisi status dipindahkan dari mainnet.
Sementara L2 Rollups memang sangat meningkatkan kinerja "komputer global" ini, banyak dari mereka memiliki risiko sentralisasi sistemik, yang secara fundamental merusak prinsip-prinsip blockchain sebagai jaringan terdesentralisasi. Ini karena eksekusi off-chain tidak hanya melibatkan transisi status individu, tetapi juga pengurutan atau pengelompokan transaksi tersebut. Dalam kebanyakan kasus, pemesan L2 melakukan pengurutan, sedangkan validator L2 menghitung status baru. Namun, memberikan kemampuan pemesanan ini kepada pemesan L2 menciptakan risiko sentralisasi, di mana pemesan terpusat dapat menyalahgunakan kekuasaannya untuk menyensor transaksi secara sewenang-wenang, mengganggu kehidupan jaringan, dan mendapatkan keuntungan dari penangkapan MEV.
Meskipun telah banyak diskusi tentang cara untuk mengurangi risiko sentralisasi L2, seperti melalui solusi berbagi, outsourcing atau berbasis pesanan, solusi pesanan terdesentralisasi (seperti PoA, pemilihan pemimpin PoS, lelang MEV, dan PoE), di antaranya Banyak upaya masih dalam tahap desain konseptual dan jauh dari obat mujarab untuk masalah ini. Selain itu, banyak proyek L2 tampaknya enggan menerapkan solusi penyortir terdesentralisasi. Misalnya, Arbitrum mengusulkan penyortir terdesentralisasi sebagai fitur opsional. Selain masalah pemesan terpusat, L2 Rollup mungkin memiliki masalah sentralisasi dari persyaratan perangkat keras node penuh, risiko tata kelola, dan tren rollup aplikasi.
b) Rollup L2 dan Trilema Komputer Dunia
Semua masalah sentralisasi ini yang datang dengan mengandalkan L2 Rollups untuk menskalakan Ethereum mengungkapkan masalah mendasar, "trilemma komputer dunia", yang diturunkan dari "trilemma" blockchain klasik:
Prioritas yang berbeda untuk trilema ini akan menghasilkan trade-off yang berbeda:
Skema L2 tradisional sebenarnya adalah membangun komputer dunia dengan cara modular. Namun, karena fungsi yang berbeda tidak dipartisi berdasarkan prioritas yang disebutkan di atas, World Computer mempertahankan arsitektur mainframe asli Ethereum bahkan dengan penskalaan. Arsitektur ini tidak dapat memenuhi fungsi lain seperti desentralisasi dan kinerja, serta tidak dapat menyelesaikan trilema komputer dunia.
Dengan kata lain, L2 Rollups benar-benar mengimplementasikan fungsi-fungsi berikut:
Namun, L2 Rollups tidak menyediakan:
Meskipun arsitektur komputer dunia dapat memiliki L2 dan blockchain modular, itu tidak menyelesaikan masalah mendasar. L2 dapat memecahkan trilema blockchain, tetapi bukan trilema komputer dunia itu sendiri. Jadi, seperti yang telah kita lihat, pendekatan saat ini tidak cukup untuk benar-benar mewujudkan superkomputer dunia terdesentralisasi yang awalnya diimpikan oleh Ethereum. Kita membutuhkan perluasan kinerja dan desentralisasi, bukan perluasan kinerja dan desentralisasi bertahap.
2. Tujuan desain superkomputer dunia
Untuk ini, kami membutuhkan jaringan yang dapat menyelesaikan perhitungan intensif tujuan umum (terutama pembelajaran mesin dan oracle), sambil mempertahankan desentralisasi penuh dari blockchain lapisan dasar. Selain itu, kami harus memastikan bahwa jaringan mampu mendukung komputasi intensif, seperti pembelajaran mesin (ML), yang dapat dijalankan langsung di jaringan dan akhirnya diverifikasi di blockchain. Selain itu, kita perlu menyediakan penyimpanan dan daya komputasi yang cukup di atas implementasi komputer dunia yang ada, tujuan dan metode perancangannya adalah sebagai berikut:
a) Persyaratan perhitungan
Untuk memenuhi kebutuhan dan tujuan komputer dunia, kami memperluas konsep komputer dunia yang dijelaskan oleh Ethereum dan bertujuan untuk mencapai superkomputer dunia.
Superkomputer dunia pertama-tama harus menyelesaikan tugas yang dapat diselesaikan komputer sekarang dan di masa depan dengan cara yang terdesentralisasi. Untuk mempersiapkan adopsi massal, developer memerlukan superkomputer dunia untuk mempercepat pengembangan dan adopsi pembelajaran mesin terdesentralisasi untuk menjalankan inferensi dan validasi model.
Untuk tugas-tugas intensif sumber daya komputasi seperti pembelajaran mesin, mencapai tujuan seperti itu tidak hanya membutuhkan teknik komputasi yang meminimalkan kepercayaan seperti bukti tanpa pengetahuan, tetapi juga kapasitas data yang lebih besar pada jaringan terdesentralisasi. Ini tidak dapat dicapai pada satu jaringan P2P (seperti blockchain tradisional).
b) Solusi untuk kemacetan kinerja
Pada hari-hari awal komputasi, pionir kami menghadapi hambatan kinerja yang sama saat mereka melakukan trade-off antara daya komputasi dan kapasitas penyimpanan. Ambil komponen terkecil dari suatu rangkaian sebagai contoh.
Kita dapat membandingkan komputasi dengan bola lampu/transistor dan penyimpanan dengan kapasitor. Di sirkuit, bola lampu membutuhkan arus listrik untuk memancarkan cahaya, mirip dengan tugas komputasi yang membutuhkan komputasi untuk dilakukan. Kapasitor, di sisi lain, menyimpan muatan, mirip dengan bagaimana penyimpanan dapat menyimpan data.
Untuk tegangan dan arus yang sama, mungkin ada trade-off dalam distribusi energi antara bola lampu dan kapasitor. Biasanya, perhitungan yang lebih tinggi membutuhkan lebih banyak arus untuk melakukan tugas perhitungan dan karena itu membutuhkan lebih sedikit energi untuk disimpan oleh kapasitor. Kapasitor yang lebih besar dapat menyimpan lebih banyak energi, tetapi dapat menghasilkan kinerja komputasi yang lebih rendah pada beban komputasi yang lebih tinggi. Pertukaran ini tidak memungkinkan untuk menggabungkan komputasi dan penyimpanan dalam beberapa kasus.
Dalam arsitektur komputer von Neumann, hal itu memunculkan konsep pemisahan perangkat penyimpanan dari unit pengolah pusat. Mirip dengan memisahkan bola lampu dari kapasitor, ini bisa memecahkan kemacetan kinerja sistem superkomputer dunia kita.
Selain itu, database terdistribusi tradisional berkinerja tinggi mengadopsi skema desain yang memisahkan penyimpanan dan komputasi. Skema ini diadopsi karena sepenuhnya kompatibel dengan karakteristik superkomputer dunia.
c) Topologi arsitektur baru
Perbedaan utama antara blockchain modular (termasuk L2 Rollups) dan arsitektur komputer dunia adalah tujuannya:
Kami mengusulkan alternatif bahwa superkomputer dunia akhirnya akan terdiri dari tiga jaringan P2P yang heterogen secara topologis yang dihubungkan oleh bus (konektor) tanpa kepercayaan seperti teknologi bukti tanpa pengetahuan: buku besar konsensus, jaringan komputasi, dan jaringan penyimpanan. Pengaturan dasar ini memungkinkan superkomputer dunia memecahkan trilema komputer dunia, dan komponen lain dapat ditambahkan sesuai kebutuhan untuk aplikasi tertentu.
Perlu dicatat bahwa heterogenitas topologi tidak hanya melibatkan perbedaan arsitektural dan struktural, tetapi juga perbedaan mendasar dalam bentuk topologi. Misalnya, sementara Ethereum dan Cosmos heterogen dalam hal lapisan jaringan dan interkoneksi, mereka masih setara dalam hal heterogenitas topologi (blockchain).
Di superkomputer dunia, blockchain buku besar konsensus mengadopsi bentuk blockchain, dan node mengadopsi bentuk grafik lengkap, sedangkan jaringan zkOracle seperti Hyper Oracle adalah jaringan tanpa buku besar, dan node membentuk grafik siklik, sedangkan jaringan struktur untuk menyimpan Rollup adalah varian lain, partisi membentuk subnet.
Dengan menggunakan bukti tanpa pengetahuan sebagai bus data, kita dapat mencapai superkomputer dunia yang sepenuhnya terdesentralisasi, tak terhentikan, tanpa izin, dan dapat diskalakan dengan menghubungkan tiga jaringan peer-to-peer yang heterogen secara topologi.
3. Arsitektur Superkomputer Dunia
Mirip dengan membangun komputer fisik, kita harus merakit jaringan konsensus, jaringan komputasi, dan jaringan penyimpanan yang disebutkan sebelumnya ke dalam superkomputer dunia.
Pemilihan dan koneksi yang tepat dari setiap komponen akan membantu kami mencapai keseimbangan antara buku besar konsensus, daya komputasi, dan trilema kapasitas penyimpanan, dan pada akhirnya memastikan desentralisasi, kinerja tinggi, dan keamanan superkomputer dunia.
Arsitektur superkomputer di dunia digambarkan sebagai berikut sesuai dengan fungsinya:
Struktur simpul jaringan superkomputer dunia dengan jaringan konsensus, komputasi, dan penyimpanan menyerupai berikut ini:
Untuk meluncurkan jaringan, simpul superkomputer dunia akan didasarkan pada infrastruktur terdesentralisasi Ethereum. Node dengan kinerja komputasi tinggi dapat bergabung dengan jaringan komputasi zkOracle untuk menghasilkan bukti komputasi umum atau pembelajaran mesin, sedangkan node dengan kapasitas penyimpanan tinggi dapat bergabung dengan jaringan penyimpanan EthStorage.
Contoh di atas menjelaskan node yang menjalankan Ethereum dan jaringan komputasi/penyimpanan. Untuk node yang hanya menjalankan jaringan komputasi/penyimpanan, mereka dapat mengakses blok terbaru Ethereum atau membuktikan ketersediaan data yang disimpan melalui bus teknologi bukti tanpa pengetahuan seperti zkPoS dan zkNoSQL tanpa kepercayaan.
a) Konsensus Ethereum
Saat ini, jaringan konsensus superkomputer dunia secara eksklusif menggunakan Ethereum. Ethereum memiliki konsensus sosial yang kuat dan keamanan tingkat jaringan, memastikan konsensus terdesentralisasi.
Superkomputer dunia dibangun di atas arsitektur konsensus ledger-centric. Buku besar konsensus melayani dua tujuan utama:
Dibandingkan dengan jaringan komputasi atau jaringan penyimpanan, Ethereum tidak dapat menangani sejumlah besar tugas komputasi pada saat yang sama, juga tidak dapat menyimpan data untuk keperluan umum dalam jumlah besar.
Di antara superkomputer dunia, Ethereum adalah jaringan konsensus untuk menyimpan data, seperti L2 Rollup, untuk mencapai konsensus untuk jaringan komputasi dan penyimpanan, dan untuk memuat data kunci sehingga jaringan komputasi dapat melakukan kalkulasi off-chain lebih lanjut.
b) Simpan Rollup
Proto-danksharding dan Danksharding Ethereum pada dasarnya adalah cara untuk menskalakan jaringan konsensus. Untuk mencapai kapasitas penyimpanan yang dibutuhkan oleh superkomputer dunia, kami membutuhkan solusi yang asli Ethereum dan mendukung penyimpanan permanen data dalam jumlah besar.
Storage Rollups, seperti EthStorage, pada dasarnya menskalakan Ethereum untuk penyimpanan yang sangat besar. Juga, karena aplikasi intensif sumber daya komputasi seperti pembelajaran mesin membutuhkan memori dalam jumlah besar untuk dijalankan pada komputer fisik, penting untuk dicatat bahwa "memori" Ethereum tidak dapat dibesar-besarkan. Storage Rollups diperlukan untuk "swapping" yang memungkinkan superkomputer dunia menjalankan tugas intensif komputasi.
Selain itu, EthStorage menyediakan protokol akses web3:// (ERC-4804), yang serupa dengan URI asli atau pengalamatan sumber daya penyimpanan dari superkomputer dunia.
c) jaringan komputasi zkOracle
Jaringan komputasi adalah elemen terpenting dari superkomputer dunia karena menentukan kinerja secara keseluruhan. Itu harus mampu menangani perhitungan yang kompleks seperti oracle atau pembelajaran mesin, dan harus lebih cepat daripada jaringan konsensus dan penyimpanan dalam hal mengakses dan memproses data.
Jaringan zkOracle adalah jaringan komputasi terdesentralisasi dan minim kepercayaan yang mampu memproses komputasi arbitrer. Setiap program yang berjalan menghasilkan bukti ZK, yang bila digunakan dapat dengan mudah diverifikasi melalui konsensus (Ethereum) atau komponen lainnya.
Hyper Oracle adalah jaringan zkOracles, didukung oleh zkWASM dan EZKL, yang dapat menjalankan komputasi apa pun menggunakan jejak bukti eksekusi.
Jaringan zkOracle adalah blockchain tanpa buku besar (tidak ada status global) yang mengikuti struktur rantai dari blockchain asli (Ethereum), tetapi beroperasi sebagai jaringan komputasi tanpa buku besar. Jaringan zkOracle tidak menjamin validitas komputasional melalui eksekusi ulang seperti blockchain tradisional; melainkan memberikan verifikasi komputasional melalui bukti yang dihasilkan. Desain tanpa ledger dan pengaturan node khusus untuk komputasi memungkinkan jaringan zkOracle (seperti Hyper Oracle) untuk fokus pada komputasi kinerja tinggi dan meminimalkan kepercayaan. Hasil perhitungan langsung dikeluarkan ke jaringan konsensus alih-alih menghasilkan konsensus baru.
Dalam jaringan komputasi zkOracle, setiap unit komputasi atau file yang dapat dieksekusi diwakili oleh zkGraph. ZkGraphs ini menentukan perhitungan dan perilaku pembuatan bukti, seperti halnya kontrak pintar menentukan perhitungan jaringan konsensus.
I. Komputasi Off-Chain Umum
Program zkGraph dalam perhitungan zkOracle dapat digunakan tanpa tumpukan eksternal untuk dua kasus penggunaan utama:
Kedua kasing ini dapat memenuhi persyaratan middleware dan infrastruktur dari setiap pengembang kontrak pintar. Ini berarti bahwa sebagai pengembang superkomputer dunia, Anda dapat melalui seluruh proses pengembangan terdesentralisasi ujung ke ujung saat membuat aplikasi terdesentralisasi yang lengkap, termasuk kontrak pintar pada rantai di jaringan konsensus dan rantai di jaringan komputasi. menghitung.
Perhitungan II.ML / AI
Untuk mencapai adopsi skala Internet dan mendukung skenario aplikasi apa pun, superkomputer dunia perlu mendukung komputasi pembelajaran mesin secara terdesentralisasi.
Melalui teknologi bukti tanpa pengetahuan, pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan dapat diintegrasikan ke dalam superkomputer dunia dan diverifikasi pada jaringan konsensus Ethereum untuk mencapai komputasi on-chain yang nyata.
Dalam hal ini, zkGraph dapat dihubungkan ke tumpukan teknologi eksternal, sehingga menggabungkan zkML itu sendiri dengan jaringan komputasi superkomputer dunia. Ini memungkinkan semua jenis aplikasi zkML untuk:
Untuk mencapai pembelajaran mesin dan kekuatan komputasi kecerdasan buatan dari superkomputer dunia, zkGraph akan digabungkan dengan tumpukan teknologi zkML canggih berikut, menyediakan integrasi langsung dengan jaringan konsensus dan jaringan penyimpanan.
e) zk sebagai bus data
Sekarang kita memiliki semua komponen dasar superkomputer dunia, kita membutuhkan komponen terakhir untuk menghubungkannya. Kami membutuhkan bus yang dapat diverifikasi dan diminimalkan kepercayaan untuk berkomunikasi dan berkoordinasi antar komponen.
Hyper Oracle zkPoS adalah kandidat yang cocok untuk Bus zk untuk superkomputer dunia yang menggunakan Ethereum sebagai jaringan konsensus. zkPoS adalah komponen kunci zkOracle, yang memverifikasi konsensus Ethereum melalui ZK, sehingga konsensus Ethereum dapat disebarkan dan diverifikasi di lingkungan apa pun.
Sebagai bus terdesentralisasi dan meminimalkan kepercayaan, zkPoS dapat menghubungkan semua komponen superkomputer dunia melalui ZK, dengan hampir tidak ada overhead perhitungan verifikasi. Selama ada bus seperti zkPoS, data dapat mengalir dengan bebas di dalam superkomputer dunia.
Ketika konsensus Ethereum dapat diteruskan dari lapisan konsensus ke bus sebagai data konsensus awal superkomputer dunia, zkPoS dapat membuktikannya melalui bukti keadaan/peristiwa/transaksi. Data yang dihasilkan kemudian dapat diteruskan ke jaringan komputasi jaringan zkOracle.
Selain itu, untuk bus jaringan penyimpanan, EthStorage sedang mengembangkan zkNoSQL untuk mengaktifkan bukti ketersediaan data, memungkinkan jaringan lain dengan cepat memverifikasi bahwa BLOB memiliki replika yang memadai.
f) Kasus lain: Bitcoin sebagai jaringan konsensus
Seperti banyak rollup berdaulat lapisan kedua, jaringan terdesentralisasi seperti Bitcoin dapat berfungsi sebagai jaringan konsensus yang menopang superkomputer dunia.
Untuk mendukung superkomputer dunia seperti itu, kita perlu mengganti bus zkPoS, karena Bitcoin adalah jaringan blockchain berdasarkan mekanisme PoW.
Kita dapat menggunakan ZeroSync untuk mengimplementasikan zk sebagai bus dari superkomputer dunia Bitcoin. ZeroSync mirip dengan "zkPoW", yang menyinkronkan konsensus Bitcoin melalui bukti tanpa pengetahuan, memungkinkan lingkungan komputasi apa pun untuk memverifikasi dan mendapatkan status Bitcoin terbaru dalam milidetik.
g) Alur kerja
Berikut adalah gambaran proses transaksi superkomputer dunia berbasis Ethereum, yang dipecah menjadi beberapa langkah:
Sepanjang proses, bus memainkan peran penting dalam menghubungkan setiap langkah:
Kesimpulannya
Bitcoin telah meletakkan dasar yang kokoh untuk pembuatan komputer dunia v0 dan berhasil membangun "buku besar dunia". Selanjutnya, Ethereum secara efektif mendemonstrasikan paradigma "komputer dunia" dengan memperkenalkan mekanisme kontrak pintar yang lebih dapat diprogram. Untuk mencapai desentralisasi, memanfaatkan sifat kriptografi yang tidak dapat dipercaya, insentif ekonomi alami dari MEV, mendorong adopsi massal, potensi teknologi ZK, dan kebutuhan untuk komputasi tujuan umum yang terdesentralisasi, termasuk pembelajaran mesin, munculnya superkomputer dunia telah menjadi perlu.
Solusi yang kami usulkan akan membangun superkomputer dunia dengan menghubungkan jaringan P2P yang heterogen secara topologi menggunakan bukti tanpa pengetahuan. Sebagai buku besar konsensus, Ethereum akan memberikan konsensus dasar dan menggunakan interval blok sebagai siklus jam dari keseluruhan sistem. Sebagai jaringan penyimpanan, rollup penyimpanan akan menyimpan data dalam jumlah besar dan memberikan standar URI untuk mengakses data. Sebagai jaringan komputasi, jaringan zkOracle akan menjalankan komputasi intensif sumber daya dan menghasilkan bukti komputasi yang dapat diverifikasi. Sebagai bus data, teknologi zero-knowledge proof akan menghubungkan berbagai komponen dan memungkinkan data dan konsensus dihubungkan dan diverifikasi.