วิทาลิก บูเตอริน เสนอการเปลี่ยน State Tree และ VM ของ Ethereum

TLDR

• Buterin ระบุว่า state tree และ VM เป็นตัวขับเคลื่อนต้นทุนการพิสูจน์มากกว่า 80%

• (SeaPRwire) –   EIP 7864 จะแทนที่ต้นไม้ฐานหก (hexary tree) ด้วยโครงสร้างแบบไบนารี

• Merkle proofs ที่สั้นลงอาจลดการใช้แบนด์วิดท์และแก๊ส

• เสนอ RISC V VM เป็นตัวแทน EVM ในระยะยาว

---

เฟสการขยายขนาดต่อไปของ Ethereum อาจมุ่งเน้นที่รากฐานของมันมากกว่าที่เลเยอร์ 2 วิทาลิก บูเทอรินได้เสนอการเปลี่ยนแปลงลึกในเลเยอร์การดำเนินการ (execution layer) เพื่อแก้ไขปัญหาประสิทธิภาพการพิสูจน์ เขาระบุว่า state tree และ virtual machine เป็นจุดคอขวดหลัก

ในโพสต์ล่าสุด วิทาลิก บูเทอรินกล่าวว่าองค์ประกอบเหล่านี้คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนการพิสูจน์ เขาให้เหตุผลว่าการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ (zero knowledge proving) ที่มีประสิทธิภาพต้องการการปฏิรูปโครงสร้าง แผนงานของเขารวมถึงการออกแบบ state tree ใหม่และการเปลี่ยนแปลง VM ในระยะยาว

Vitalik Buterin Binary Tree Proposal Under EIP 7864

หัวใจสำคัญของการปรับปรุง state คือ EIP 7864 ข้อเสนอนี้จะแทนที่ Hexary Merkle Patricia Tree ปัจจุบันของ Ethereum ด้วยต้นไม้แบบไบนารี (binary tree) การเปลี่ยนแปลงนี้มีเป้าหมายเพื่อลดขนาดของ proof และปรับปรุงประสิทธิภาพการยืนยัน

ต้นไม้ไบนารีจะสร้าง Merkle branches สั้นลงประมาณสี่เท่า ซึ่งจะลดความต้องการแบนด์วิดท์สำหรับไคลเอนต์แบบเบา (light clients) และเครื่องมือความเป็นส่วนตัว และอาจลดต้นทุนสำหรับระบบเช่น Helios และ private information retrieval ด้วย

บูเทอรินกล่าวว่าการออกแบบใหม่จะจัดกลุ่มช่องเก็บข้อมูล (storage slots) เป็นหน้า แต่ละหน้าสามารถเก็บได้ 64 ถึง 256 สล็ต หรือประมาณ 2 ถึง 8 กิโลไบต์ โครงสร้างนี้ช่วยให้การโหลดและอัปเดตข้อมูลที่เกี่ยวข้องกันมีประสิทธิภาพมากขึ้น

Now, execution layer changes. I’ve already talked about account abstraction, multidimensional gas, BALs, and ZK-EVMs.

I’ve also talked here about a short-term EVM upgrade that I think will be super-valuable: a vectorized math precompile (basically, do 32-bit or potentially…

— vitalik.eth (@VitalikButerin)

เขาชี้ให้เห็นว่าแอปพลิเคชันแบบกระจายศูนย์ (decentralized applications) จำนวนมากเข้าถึงช่องเก็บข้อมูลที่อยู่ติดกัน ภายใต้โมเดลใหม่ รูปแบบดังกล่าวสามารถประหยัดแก๊สได้มากกว่า 10,000 หน่วยต่อธุรกรรม การออกแบบใหม่นี้ยังช่วยลดความแปรปรวนของความลึกในการเข้าถึงระหว่างสัญญาขนาดเล็กและขนาดใหญ่อีกด้วย

ข้อเสนอยังรวมถึงการแทนที่ฟังก์ชันแฮช keccak ด้วยฟังก์ชันแฮชที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ตัวเลือกที่กล่าวถึงรวมถึง blake3 หรือรูปแบบของ Poseidon การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงความเร็วในการพิสูจน์และทำให้ state tree เป็นมิตรกับตัวพิสูจน์ (prover) มากขึ้น

Vectorized Math Precompile for Short Term Gains

ก่อนการเปลี่ยนแปลง VM ขนาดใหญ่ จะมีการอัปเกรดระยะสั้น เขาเสนอให้เพิ่ม vectorized math precompile ลงใน Ethereum Virtual Machine เขาอธิบายว่ามันคือ “GPU สำหรับ EVM”

precompile นี้จะอนุญาตให้ดำเนินการ 32 บิตหรือ 64 บิตบนรายการตัวเลขได้พร้อมกัน มันสามารถเร่งงานด้านการเข้ารหัส เช่น การแฮชและการตรวจสอบ STARK บูเทอรินกล่าวว่าสิ่งนี้อาจปรับปรุงประสิทธิภาพได้ 8 ถึง 64 เท่า

เขายังเชื่อมโยงการอัปเกรดนี้กับลายเซ็นที่ต้านทานควอนตัม (quantum resistant signatures) และการเข้ารหัสแบบโฮโมมอร์ฟิกสมบูรณ์ (fully homomorphic encryption) ในอนาคต ข้อเสนอนี้มุ่งลดการพึ่งพาวิธีแก้ปัญหาชั่วคราวที่ซับซ้อน โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงการดำเนินการพื้นฐานภายในกรอบงานปัจจุบัน

Long Term Vision to Move Beyond the EVM

บูเทอรินยังได้ร่างแผนระยะยาวเพื่อแทนที่ Ethereum Virtual Machine เขาเสนอการเปลี่ยนผ่านสู่สถาปัตยกรรมที่ใช้ RISC V เป็นฐาน เขาให้เหตุผลว่าตัวพิสูจน์ (provers) จำนวนมากทำงานในสภาพแวดล้อม RISC V อยู่แล้ว

เขากล่าวว่า Ethereum มีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจาก precompiles เฉพาะกรณี เขาชี้ให้เห็นว่านักพัฒนามักหลีกเลี่ยงการใช้ EVM โดยตรง ตามความเห็นของบูเทอริน VM ที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้นจะตอบสนองการออกแบบอเนกประสงค์ของ Ethereum ได้ดีกว่า

แผนงานเสนอการปรับใช้แบบเป็นระยะ RISC V สามารถเริ่มต้นด้วยการขับเคลื่อน precompiles ต่อมา ผู้ใช้สามารถปรับใช้สัญญาใน VM ใหม่ได้ และในที่สุด EVM สามารถทำงานเป็นเลเยอร์ความเข้ากันได้ (compatibility layer) ที่เขียนด้วยสถาปัตยกรรมใหม่นี้

บูเทอรินกล่าวว่า Ethereum จะทำงานได้อย่างเพียงพอด้วยการอัปเกรดแบบค่อยเป็นค่อยไป อย่างไรก็ตาม เขาแสดงความเชื่อมั่นอย่างแรงกล้าว่าการเปลี่ยนแปลงที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นจะปรากฏชัดเจนเมื่อการปฏิรูป state เจริญเต็มที่ ข้อเสนอของเขาเปลี่ยนความสนใจจากความจุของ rollup ไปสู่การออกแบบการดำเนินการ (execution design) แกนกลางของ Ethereum