تهدف إيثريوم إلى أن تكون دفتر حسابات عالمي: منصة لتخزين أصول الحضارة وتسجيلها، وهي الطبقة الأساسية للتمويل والحكم وتصديق البيانات عالية القيمة. يتطلب ذلك شرطين: القابلية للتوسع والمرونة. تهدف عملية الشوكة الصلبة Fusaka إلى زيادة مساحة البيانات من الطبقة الثانية (L2) بمقدار 10 أضعاف، كما تتضمن خارطة الطريق المقترحة لعام 2026 توسيعًا كبيرًا مشابهًا للطبقة الأولى (L1). في الوقت نفسه، أكملت إيثريوم ترقية الدمج إلى آلية إثبات الحصة (Proof of Stake)، مما زاد بسرعة من تنوع عملائها، كما أن العمل على قابلية التحقق من الإثباتات الصفرية (ZK Verifiability) وقدرتها على مقاومة الحوسبة الكمية يتقدم أيضًا، وتصبح التطبيقات المختلفة أكثر استقرارًا.
تهدف هذه المقالة إلى التركيز على جانب من جوانب المرونة (التي ستؤثر في النهاية على قابلية التوسع) وهو جانب مهم ولكنه غالباً ما يتم التقليل من قيمته، وهو بساطة البروتوكول.
تتمثل إحدى المزايا الكبرى للبيتكوين في أن بروتوكوله بسيط وجميل للغاية.
تتكون سلسلة الكتل من مجموعة من الكتل، حيث تتصل كل كتلة بالكتلة السابقة من خلال قيمة هاش. يتم التحقق من صلاحية الكتلة من خلال آلية إثبات العمل، أي التحقق مما إذا كانت الأرقام القليلة الأولى من قيمتها الهاش هي صفر. تحتوي كل كتلة على عدد من المعاملات، والتي يتم الحصول على العملات المستخدمة فيها إما من خلال التعدين أو من مخرجات معاملات سابقة. تكمن الآلية الأساسية لبروتوكول بيتكوين في ذلك. حتى الطلاب الأذكياء في المدرسة الثانوية يمكنهم فهم هذا البروتوكول تمامًا، ويمكن للمبرمجين حتى استخدامه كمشروع هواية لكتابة عميل.
توفير بساطة الاتفاقية يعد ميزة رئيسية لاعتراف البيتكوين أو الإيثريوم كطبقة أساسية محايدة معترف بها عالميًا:
تكون البروتوكولات البسيطة أسهل في التحليل، مما يجذب المزيد من المشاركين للانخراط في دراسة البروتوكولات وتطويرها وإدارتها، بينما يقلل من مخاطر الاحتكار التكنولوجي.
هيكل البروتوكول المبسط يقلل بشكل ملحوظ من الجهود التطويرية المطلوبة للتكامل مع البنية التحتية الجديدة (مثل العملاء، والأدوات الموثقة، وأدوات السجل، وأدوات التطوير الأخرى).
التصميم البسيط للبروتوكول يقلل بشكل فعال من تكاليف الصيانة على المدى الطويل.
تم تقليل مخاطر الثغرات الخطيرة بشكل ملحوظ في معايير الاتفاق وتنفيذها، مما يسهل التحقق من أمان النظام.
تقليل سطح الهجوم الاجتماعي: تبسيط المكونات يجعل النظام أسهل في الحماية من تسلل المصالح الخاصة، مما يعزز الأمان العام.
تاريخياً، غالباً ما فشلت الإيثيريوم في تطبيق مبدأ البساطة في تصميم البروتوكول (جزء من السبب يعود إلى قراراتي)، مما أدى بشكل مباشر إلى ارتفاع تكاليف البحث والتطوير، وتكرار المخاطر الأمنية، بالإضافة إلى انغلاق ثقافة البحث والتطوير. غالباً ما تكون جذور هذه المشاكل في السعي لتحقيق عوائد قصيرة الأجل ثبت عدم فعاليتها من خلال الممارسة. ستتناول هذه المقالة كيف يمكن للإيثيريوم تحقيق بساطة بروتوكول قريبة من البيتكوين في السنوات الخمس المقبلة.
طبقة الإجماع المبسطة
محاكاة النهائية الثلاثية في 3sf - mini (اسم شبكة اختبار الإيثيريوم)
تسعى خطة طبقة الإجماع الجديدة (التي كانت تُسمى سابقًا "سلسلة الشعاع") إلى دمج إنجازات البحث في مجالات نظرية الإجماع، وإثباتات المعرفة الصفرية (ZK-SNARK)، واقتصاديات الرهن لمدة عشر سنوات مضت، من أجل بناء آلية إجماع مثلى على الإيثيريوم تهدف إلى التنمية على المدى الطويل. بالمقارنة مع سلسلة البث الحالية، تتمتع هذه الخطة بخصائص مبسطة بشكل ملحوظ، والتي تتجلى في الجوانب التالية:
ابتكار هيكلية النهائيّة ثلاثية الفتحات (3-slot finality): تم القضاء على تقسيم المفاهيم بين الفتحات المستقلة (slot) والحقب (epoch)، وإلغاء آلية تبديل اللجان والمكونات المعقدة الأخرى مثل اللجان المتزامنة، مما أدى إلى تبسيط كبير في معايير البروتوكول. تحتاج التنفيذات الأساسية فقط إلى حوالي 200 سطر من الشيفرة، مما يحقق مستوى أمان قريب من المثالي مقارنةً ببروتوكول Gasper.
تحسين إدارة العقد المصدق: من خلال تقييد عدد العقد المصدق النشطة، يمكن تبني خطة تنفيذ مبسطة لقواعد اختيار الانقسام (fork choice rule)، مع ضمان أمان النظام.
ترقية بروتوكول التجميع: يسمح آلية التجميع المعتمدة على STARK لأي عقدة بتولي دور التجميع، مما يتجنب الاعتماد على الثقة في المجمع ومشكلة هدر موارد الحقول الثنائية (bitfield). على الرغم من أن تعقيد علم التشفير المجمع مرتفع، إلا أن خاصيته المغلقة بدرجة عالية تقلل بشكل كبير من المخاطر النظامية.
تحسين بنية الشبكة الند للند: توفر التحسينات المذكورة أعلاه إمكانية بناء بنية شبكة ند للند أكثر بساطة وكفاءة.
إعادة هيكلة عملية التحقق: إعادة تصميم آليات دخول و خروج و سحب و نقل المفاتيح و العقوبات المتعلقة بالكسل للنقاط التحقق، مع تقليل كمية الكود، مع توضيح آلية ضمان المعلمات الأساسية (مثل الدورة الضعيفة الموضوعية).
المزايا التقنية: توفر الخصائص النسبية للفصل بين طبقة التوافق وطبقة تنفيذ EVM مساحة تقنية أكبر للتحسين المستمر. مقارنةً بذلك، تواجه التحسينات المماثلة في طبقة التنفيذ تحديات أكبر.
طبقة التنفيذ المبسطة
تستمر تعقيدات آلة الإيثيريوم الافتراضية (EVM) في النمو، حيث ثبت أن العديد من التصميمات المعقدة غير ضرورية (في كثير من الحالات كانت أخطاء في قراراتي): آلة افتراضية ب256 بت مفرطة التحسين لخوارزمية تشفير معينة، بينما بدأت تلك الخوارزميات تفقد أهميتها تدريجياً؛ وكذلك العقود المسبقة التي تم تصميمها بشكل مفرط لسيناريو استخدام واحد، والتي تكون معدلات استخدامها الفعلية منخفضة للغاية.
لقد أصبح من غير الممكن محاولة معالجة المشاكل القائمة من خلال إصلاحات متفرقة. إن إزالة عملية SELFDESTRUCT تتطلب جهدًا هائلًا لكن العائدات التي تم الحصول عليها كانت محدودة، كما أن النقاشات الأخيرة حول EOF قد أظهرت بشكل أوضح صعوبة إجراء تعديلات تدريجية على الآلة الافتراضية.
كبديل، اقترحت مؤخرًا مسار تحول أكثر جرأة: بدلاً من إجراء تعديلات متوسطة الحجم (لا تزال مدمرة) على EVM مقابل زيادة في الأداء بنسبة 1.5 مرة، من الأفضل الانتقال مباشرة إلى بنية آلة افتراضية جديدة وأفضل بكثير لتحقيق قفزة في الأداء بمقدار مئة ضعف. مثل الدمج (The Merge)، نحن نعمل على تقليل عدد التغييرات المدمرة، ولكن رفع القيمة الاستراتيجية لكل تغيير. بشكل محدد، أوصي باستخدام بنية RISC-V أو آلة افتراضية تستخدمها برامج إثبات ZK على إيثيريوم كبديل لـ EVM الحالي. ستؤدي هذه التحول إلى:
زيادة ثورية في الكفاءة: في بيئة إثبات ZK، يمكن للعقود الذكية العمل مباشرة على البنية المستهدفة، دون الحاجة إلى نفقات المفسر. تظهر بيانات Succinct أنه في معظم السيناريوهات يمكن تحسين الأداء بأكثر من مئة مرة.
تبسيط الهيكلية إلى أقصى حد: معيار RISC-V مبسط بشكل كبير مقارنة بـ EVM، كما أن الخيارات الأخرى (مثل Cairo) تتمتع أيضًا بخصائص بسيطة.
مزايا جوهرية وراثية من EOF: تشمل إدارة تقسيم الكود، ودعم تحليل ثابت أكثر ملاءمة، وحدود أكبر لسعة الكود.
توسيع سلسلة أدوات المطورين: يمكن لـ Solidity و Vyper دعم بنية جديدة من خلال إضافة دعم التجميع الخلفي؛ إذا تم اختيار RISC-V، يمكن لمطوري اللغات السائدة نقل الكود الموجود مباشرة.
تحسين العقود المسبقة التجميع: لن تكون معظم وظائف التجميع المسبق ضرورية بعد الآن، وسيتبقى فقط العمليات عالية التحسين لمنحنيات البيضاوية (قد يتم إلغاؤها مع تقدم الحوسبة الكمية).
التحدي الرئيسي هو: على عكس خطط EOF القابلة للتنفيذ على الفور، تحتاج الآلة الافتراضية الجديدة إلى وقت أطول لتكون مفيدة للمطورين. يمكن تنفيذ بعض تحسينات EVM ذات القيمة العالية (مثل زيادة حد حجم كود العقد، وتحسين مجموعة تعليمات DUP/SWAP) كحل انتقالي قصير الأجل.
سوف تبسط هذه التحويلة بشكل كبير هيكلية الآلة الافتراضية. السؤال الرئيسي هو: كيف نتعامل بشكل مناسب مع النظام البيئي الحالي لـ EVM؟
استراتيجية التوافق العكسي لهجرة الآلة الافتراضية
إن أكبر تحدٍّ في تبسيط (أو تحسين دون زيادة التعقيد) أي جزء من EVM هو كيفية تحقيق التوازن بين تحقيق الأهداف المرجوة والحفاظ على التوافق العكسي مع التطبيقات الحالية.
أولاً، يجب أن نوضح أنه حتى بالنسبة لعميل واحد، لا يوجد معيار واحد لتعريف ما هو "مكتبة كود الإيثريوم".
الهدف هو تقليل المنطقة الخضراء: أي أن العقد هي المنطق المطلوب لتشغيل المشاركة في توافق إيثيريوم، بما في ذلك حساب الحالة الحالية، إنتاج وإثبات التحقق، FOCIL (ملاحظة: يجب التأكد مما إذا كانت اختصار مصطلح متخصص) بالإضافة إلى عملية بناء الكتل "الأساسية".
المنطقة البرتقالية لا يمكن تقليصها: إذا تمت إزالة وظائف طبقة التنفيذ (سواء كانت آلة افتراضية، أو عقود مسبقة التجهيز، أو آليات أخرى) من مواصفات البروتوكول أو تغيرت وظائفها، يجب على عميل معالجة الكتل التاريخية الاحتفاظ بهذه الوظيفة؛ ولكن يمكن للعملاء الجدد (بما في ذلك ZK-EVM أو أدوات التحقق الشكلية) تجاهل هذا الجزء تمامًا.
المنطقة الصفراء الجديدة: تشير إلى تحليل البيانات الحالية على السلسلة أو بناء الكتل المثلى التي لها قيمة كبيرة، لكنها لا تنتمي إلى آلية الإجماع. تتضمن الحالات النموذجية دعم Etherscan وبعض بناة الكتل لعمليات مستخدمي ERC-4337. إذا تم استبدال الوظائف الأساسية للإيثريوم (مثل الحسابات الخارجية EOA وأنواع المعاملات القديمة المدعومة) بتنفيذ RISC-V على السلسلة، فسيتم تبسيط كود الإجماع بشكل كبير، لكن قد تحتاج العقد المتخصصة لاستخدام الكود الأصلي لمعالجة التحليل.
تعقيد المناطق البرتقالية والصفراء ينتمي إلى تعقيد التعبئة، أي شخص يرغب في فهم البروتوكول يمكنه تخطي هذه الأجزاء، كما يمكن اختيار تجاهل حلول تنفيذ Ethereum بحرية. بالإضافة إلى ذلك، فإن عيوب الكود في هذه المناطق لن تؤدي إلى مخاطر توافق. هذا يعني أن تعقيد الكود في المناطق البرتقالية والصفراء له تأثير سلبي أقل بكثير على النظام ككل مقارنة بتعقيد الكود في المناطق الخضراء.
فكرة نقل الكود من المنطقة الخضراء إلى المنطقة الصفراء تشبه الحل التقني الذي تنفذه شركة أبل من خلال طبقة ترجمة Rosetta لتحقيق التوافق طويل الأمد.
يجب أن تتضمن جميع العقود المسبقة التطوير الجديدة تنفيذ RISC-V القياسي على السلسلة. تهدف هذه الخطوة إلى دفع النظام البيئي للتكيف تدريجياً مع بيئة آلة RISC-V الافتراضية (كمثال على الانتقال من EVM إلى RISC-V، فإن هذه الخطة تنطبق أيضًا على الانتقال من EVM إلى Cairo أو غيرها من الآلات الافتراضية الأكثر كفاءة):
دعم تشغيل مزدوج للآلة الافتراضية: على مستوى البروتوكول، يتم دعم كل من RISC-V و EVM بشكل أصلي في نفس الوقت. يمكن للمطورين اختيار لغة البرمجة بحرية، والعقود المكتوبة في آلات افتراضية مختلفة يمكن أن تتفاعل بسلاسة.
استبدال العقود المسبقة التجميع على مراحل: باستثناء عمليات المنحنى البيضاوي وخوارزمية تجزئة KECCAK (نظرًا لمتطلبات الأداء القصوى)، تم استبدال جميع العقود المسبقة التجميع من خلال انقسام صلب إلى تنفيذ RISC-V.
الإجراء المحدد هو: إزالة العقدة المسبقة التجميع في الوقت نفسه، وتعديل كود العنوان (باستخدام نمط تفريع DAO) من حالة فارغة إلى التنفيذ المقابل لـ RISC-V. نظرًا لبساطة بنية RISC-V، حتى إذا تم إكمال هذه الخطوة فقط، ستظل تعقيد النظام الكلي في انخفاض.
نشر مفسر EVM على السلسلة: بناءً على RISC-V، تم تنفيذ مفسر EVM (لقد دفعت أدوات إثبات ZK هذا النوع من التطوير)، وتم نشره كعقد ذكي على السلسلة. بعد سنوات من إصدار النسخة الأولية، سيتم تنفيذ عقود EVM الحالية من خلال هذا المفسر، مما يؤدي إلى انتقال سلس إلى الآلة الافتراضية الجديدة.
تحقيق التبسيط من خلال مكونات بروتوكول المشاركة
بعد إكمال الخطوة الرابعة، ستظل العديد من "حلول تنفيذ EVM" موجودة، وستستخدم لتحسين بناء الكتل، وأدوات المطورين، وتحليل البيانات على السلسلة، لكن هذه التنفيذات لن تكون جزءًا من معايير الإجماع الأساسية. في ذلك الوقت، ستدعم آلية إجماع إيثيريوم "محليًا" فقط بنية RISC-V.
تحقيق التبسيط من خلال مكونات بروتوكول المشاركة
الطريقة الثالثة لتقليل التعقيد العام للبروتوكول (وهي أيضاً الطريقة الأكثر سهولة في التقدير) هي مشاركة معايير موحدة بين مستويات بروتوكول مختلفة بأكبر قدر ممكن. بشكل عام، لا حاجة ولا فائدة من استخدام بروتوكولات مختلفة لتحقيق نفس الوظيفة في وحدات مختلفة، لكن هذا النمط من التصميم لا يزال شائعاً، والسبب الرئيسي هو عدم وجود تنسيق فعّال بين أجزاء خارطة طريق البروتوكول. فيما يلي أمثلة على السيناريوهات المحددة التي يمكن تبسيطها من خلال تعزيز إعادة استخدام المكونات عبر الطبقات في إيثيريوم.
خطة الترميز المشتركة الموحدة
ثلاث فئات من تطبيقات رموز التصحيح
عينة توفر البيانات: يجب على العميل استخدام ترميز التصحيح للتحقق من أن الكتلة قد تم نشرها، لضمان سلامة البيانات.
بث P2P عالي الكفاءة: يمكن للعقدة تأكيد الكتلة عند استلام n/2 من n شريحة، مما يحقق التوازن الأمثل بين تقليل التأخير والحد من التكرار.
التخزين التاريخي الموزع: تم تقسيم بيانات تاريخ الإيثيريوم إلى عدة كتل بيانات، لتلبية:
يمكن التحقق من كل كتلة بيانات بشكل مستقل
يمكن استعادة n/2 من كتل البيانات المتبقية باستخدام n/2 من كتل البيانات في أي مجموعة.
يقلل هذا التصميم بشكل كبير من مخاطر فقدان البيانات في نقطة واحدة.
إذا تم استخدام نفس رموز التصحيح (مثل رموز ريد-سولومون أو الرموز الخطية العشوائية، إلخ) في السيناريوهات الثلاثة التالية، فسوف يجلب ذلك مزايا كبيرة:
تخفيض الكود؛
تحسين الكفاءة: عندما يحتاج العقد إلى تنزيل بيانات الشظايا (بدلاً من الكتلة الكاملة) بسبب سيناريو معين، يمكن استخدام هذه البيانات مباشرة في سيناريوهات أخرى، مما يتجنب النقل المكرر؛
يمكن التحقق من جميع كتل البيانات في جميع السيناريوهات من خلال التجزئة الجذرية.
إذا تم استخدام رموز تصحيح خطأ مختلفة، يجب تلبية متطلبات التوافق: على سبيل المثال، يمكن استخدام رموز ريد-سولومون الأفقية ورموز الخطية العشوائية الرأسية في تجزئة عينة توفر البيانات (DAS) في نفس الوقت، ولكن يجب أن تكون الرموز من نفس المجال المحدود.
تنسيق تسلسل موحد
تنسيق التسلسل الحالي للإيثيريوم لا يزال في حالة شبه تنظيمية - يمكن إعادة تسلسل البيانات إلى أي تنسيق ونشرها، الاستثناء الوحيد هو تجزئة توقيع المعاملة، حيث يجب استخدام تنسيق موحد لضمان اتساق التجزئة. ومع ذلك، في المستقبل، ستزداد درجة تنظيم تنسيق التسلسل، والأسباب الرئيسية تشمل:
تجريد الحسابات (EIP-7701): ستظهر محتويات المعاملة الكاملة بشكل كامل للآلة الافتراضية (VM)
سيناريو حد الغاز العالي: مع زيادة الحد الأقصى للغاز في الكتل، يجب تخزين بيانات طبقة التنفيذ في هيكل blob.
عندما تحدث التحولات المذكورة أعلاه، يمكننا استغلال هذه الفرصة لتوحيد معايير التسلسل الثلاثة الرئيسية لإيثريوم: (i) طبقة التنفيذ (ii) طبقة الإجماع (iii) استدعاء ABI للعقود الذكية
يوصى باستخدام تنسيق تسلسل SSZ، حيث يمتلك SSZ المزايا التالية:
التشفير الفعال، بما في ذلك السيناريوهات المتعلقة بالعقود الذكية، يمكن فك تشفيرها بسرعة، وذلك بفضل تصميمها القائم على 4 بايت ومعالجة الحدود الأقل.
تطبيقات طبقة الإجماع واسعة الانتشار، وقد تم تحقيق تكامل عميق في طبقة الإجماع.
تشبه إلى حد كبير ABI الحالي، مما يسهل ترقية تكيف أدوات السلسلة.
توجد حاليًا فرق تقنية ذات صلة تعمل على دفع عملية الانتقال الشامل لـ SSZ. يُوصى بمواصلة هذا المسار التقني في خطط الترقية المستقبلية، والتوسع بناءً على الإنجازات الحالية.
هيكل شجرة المشاركة الموحدة
عند الانتقال من EVM إلى RISC-V (أو أي بنية آلة افتراضية مبسطة أخرى)، ستصبح شجرة Merkle Patricia ذات الفروع الستة أكبر عنق زجاجة في أداء إثبات تنفيذ الكتل (حتى في السيناريوهات العادية). سيساهم التحول إلى بنية شجرة ثنائية قائمة على دوال تجزئة أفضل في تعزيز كفاءة الإثبات وتقليل تكاليف تخزين البيانات للنقاط الخفيفة وغيرها من سيناريوهات التطبيق.
عند تنفيذ هذه الهجرة، يجب استخدام نفس الهيكل الشجري لتحقيق التوحيد بين طبقة الإجماع وطبقة التنفيذ. هذه الخطوة تضمن أن تكون جميع مكدسات إيثيريوم (بما في ذلك طبقات الإجماع والتنفيذ) تستخدم نفس منطق الشيفرة للوصول إلى البيانات وتحليلها.
مسار التطور من الحالة الراهنة إلى الهدف
البساطة تشترك في العديد من الجوانب مع اللامركزية، حيث إن كلاهما يعد شرطًا أساسيًا لتحقيق مرونة النظام. يتطلب تحديد البساطة كقيمة أساسية تحولًا على المستوى الثقافي: غالبًا ما تكون عوائدها صعبة الظهور على الفور، بينما تكون العوائد قصيرة الأجل الناتجة عن السعي وراء وظائف معقدة واضحة للغاية. ومع مرور الوقت، ستصبح مزايا البساطة أكثر وضوحًا - حيث تعتبر مسيرة تطوير البيتكوين دليلًا قويًا على هذه الفكرة.
أقترح أن يشير تصميم بروتوكول Ethereum إلى الخبرة العملية لمشروع TinyGrad ، وأن يضع حدا أعلى واضحا لعدد أسطر التعليمات البرمجية لمواصفات Ethereum طويلة الأجل ، ويسعى جاهدا لجعل بساطة الكود الرئيسي لإجماع Ethereum قريبا من مستوى Bitcoin. على وجه التحديد ، يمكن الاستمرار في الاحتفاظ بالرمز الذي يعالج قواعد Ethereum التاريخية ، ولكن يجب عزله بشكل صارم عن المسار الحرج للإجماع للتأكد من أنه لا يؤثر على منطق الإجماع الأساسي. وفي الوقت نفسه، ينبغي تنفيذ مفهوم التصميم المتمثل في "إعطاء الأولوية لحلول أبسط" في اختيار الحلول التقنية، مع إعطاء الأولوية لتعقيد الحزمة بدلا من نشر التعقيد النظامي، وضمان أن جميع قرارات التصميم يمكن أن توفر خصائص وضمانات واضحة ويمكن التحقق منها، من أجل تشكيل ثقافة تقنية موجهة نحو الإيجاز ككل.
المحتوى هو للمرجعية فقط، وليس دعوة أو عرضًا. لا يتم تقديم أي مشورة استثمارية أو ضريبية أو قانونية. للمزيد من الإفصاحات حول المخاطر، يُرجى الاطلاع على إخلاء المسؤولية.
فيتاليك: كيف يحقق إثيريوم بنية مبسطة تعادل بيتكوين؟
العنوان الأصلي: تبسيط L1
كتبه: فيتاليك
تجميع: lenaxin ، ChainCatcher
تهدف إيثريوم إلى أن تكون دفتر حسابات عالمي: منصة لتخزين أصول الحضارة وتسجيلها، وهي الطبقة الأساسية للتمويل والحكم وتصديق البيانات عالية القيمة. يتطلب ذلك شرطين: القابلية للتوسع والمرونة. تهدف عملية الشوكة الصلبة Fusaka إلى زيادة مساحة البيانات من الطبقة الثانية (L2) بمقدار 10 أضعاف، كما تتضمن خارطة الطريق المقترحة لعام 2026 توسيعًا كبيرًا مشابهًا للطبقة الأولى (L1). في الوقت نفسه، أكملت إيثريوم ترقية الدمج إلى آلية إثبات الحصة (Proof of Stake)، مما زاد بسرعة من تنوع عملائها، كما أن العمل على قابلية التحقق من الإثباتات الصفرية (ZK Verifiability) وقدرتها على مقاومة الحوسبة الكمية يتقدم أيضًا، وتصبح التطبيقات المختلفة أكثر استقرارًا.
تهدف هذه المقالة إلى التركيز على جانب من جوانب المرونة (التي ستؤثر في النهاية على قابلية التوسع) وهو جانب مهم ولكنه غالباً ما يتم التقليل من قيمته، وهو بساطة البروتوكول.
تتمثل إحدى المزايا الكبرى للبيتكوين في أن بروتوكوله بسيط وجميل للغاية.
تتكون سلسلة الكتل من مجموعة من الكتل، حيث تتصل كل كتلة بالكتلة السابقة من خلال قيمة هاش. يتم التحقق من صلاحية الكتلة من خلال آلية إثبات العمل، أي التحقق مما إذا كانت الأرقام القليلة الأولى من قيمتها الهاش هي صفر. تحتوي كل كتلة على عدد من المعاملات، والتي يتم الحصول على العملات المستخدمة فيها إما من خلال التعدين أو من مخرجات معاملات سابقة. تكمن الآلية الأساسية لبروتوكول بيتكوين في ذلك. حتى الطلاب الأذكياء في المدرسة الثانوية يمكنهم فهم هذا البروتوكول تمامًا، ويمكن للمبرمجين حتى استخدامه كمشروع هواية لكتابة عميل.
توفير بساطة الاتفاقية يعد ميزة رئيسية لاعتراف البيتكوين أو الإيثريوم كطبقة أساسية محايدة معترف بها عالميًا:
تكون البروتوكولات البسيطة أسهل في التحليل، مما يجذب المزيد من المشاركين للانخراط في دراسة البروتوكولات وتطويرها وإدارتها، بينما يقلل من مخاطر الاحتكار التكنولوجي.
هيكل البروتوكول المبسط يقلل بشكل ملحوظ من الجهود التطويرية المطلوبة للتكامل مع البنية التحتية الجديدة (مثل العملاء، والأدوات الموثقة، وأدوات السجل، وأدوات التطوير الأخرى).
التصميم البسيط للبروتوكول يقلل بشكل فعال من تكاليف الصيانة على المدى الطويل.
تم تقليل مخاطر الثغرات الخطيرة بشكل ملحوظ في معايير الاتفاق وتنفيذها، مما يسهل التحقق من أمان النظام.
تقليل سطح الهجوم الاجتماعي: تبسيط المكونات يجعل النظام أسهل في الحماية من تسلل المصالح الخاصة، مما يعزز الأمان العام.
تاريخياً، غالباً ما فشلت الإيثيريوم في تطبيق مبدأ البساطة في تصميم البروتوكول (جزء من السبب يعود إلى قراراتي)، مما أدى بشكل مباشر إلى ارتفاع تكاليف البحث والتطوير، وتكرار المخاطر الأمنية، بالإضافة إلى انغلاق ثقافة البحث والتطوير. غالباً ما تكون جذور هذه المشاكل في السعي لتحقيق عوائد قصيرة الأجل ثبت عدم فعاليتها من خلال الممارسة. ستتناول هذه المقالة كيف يمكن للإيثيريوم تحقيق بساطة بروتوكول قريبة من البيتكوين في السنوات الخمس المقبلة.
طبقة الإجماع المبسطة
محاكاة النهائية الثلاثية في 3sf - mini (اسم شبكة اختبار الإيثيريوم)
تسعى خطة طبقة الإجماع الجديدة (التي كانت تُسمى سابقًا "سلسلة الشعاع") إلى دمج إنجازات البحث في مجالات نظرية الإجماع، وإثباتات المعرفة الصفرية (ZK-SNARK)، واقتصاديات الرهن لمدة عشر سنوات مضت، من أجل بناء آلية إجماع مثلى على الإيثيريوم تهدف إلى التنمية على المدى الطويل. بالمقارنة مع سلسلة البث الحالية، تتمتع هذه الخطة بخصائص مبسطة بشكل ملحوظ، والتي تتجلى في الجوانب التالية:
ابتكار هيكلية النهائيّة ثلاثية الفتحات (3-slot finality): تم القضاء على تقسيم المفاهيم بين الفتحات المستقلة (slot) والحقب (epoch)، وإلغاء آلية تبديل اللجان والمكونات المعقدة الأخرى مثل اللجان المتزامنة، مما أدى إلى تبسيط كبير في معايير البروتوكول. تحتاج التنفيذات الأساسية فقط إلى حوالي 200 سطر من الشيفرة، مما يحقق مستوى أمان قريب من المثالي مقارنةً ببروتوكول Gasper.
تحسين إدارة العقد المصدق: من خلال تقييد عدد العقد المصدق النشطة، يمكن تبني خطة تنفيذ مبسطة لقواعد اختيار الانقسام (fork choice rule)، مع ضمان أمان النظام.
ترقية بروتوكول التجميع: يسمح آلية التجميع المعتمدة على STARK لأي عقدة بتولي دور التجميع، مما يتجنب الاعتماد على الثقة في المجمع ومشكلة هدر موارد الحقول الثنائية (bitfield). على الرغم من أن تعقيد علم التشفير المجمع مرتفع، إلا أن خاصيته المغلقة بدرجة عالية تقلل بشكل كبير من المخاطر النظامية.
تحسين بنية الشبكة الند للند: توفر التحسينات المذكورة أعلاه إمكانية بناء بنية شبكة ند للند أكثر بساطة وكفاءة.
إعادة هيكلة عملية التحقق: إعادة تصميم آليات دخول و خروج و سحب و نقل المفاتيح و العقوبات المتعلقة بالكسل للنقاط التحقق، مع تقليل كمية الكود، مع توضيح آلية ضمان المعلمات الأساسية (مثل الدورة الضعيفة الموضوعية).
المزايا التقنية: توفر الخصائص النسبية للفصل بين طبقة التوافق وطبقة تنفيذ EVM مساحة تقنية أكبر للتحسين المستمر. مقارنةً بذلك، تواجه التحسينات المماثلة في طبقة التنفيذ تحديات أكبر.
طبقة التنفيذ المبسطة
تستمر تعقيدات آلة الإيثيريوم الافتراضية (EVM) في النمو، حيث ثبت أن العديد من التصميمات المعقدة غير ضرورية (في كثير من الحالات كانت أخطاء في قراراتي): آلة افتراضية ب256 بت مفرطة التحسين لخوارزمية تشفير معينة، بينما بدأت تلك الخوارزميات تفقد أهميتها تدريجياً؛ وكذلك العقود المسبقة التي تم تصميمها بشكل مفرط لسيناريو استخدام واحد، والتي تكون معدلات استخدامها الفعلية منخفضة للغاية.
لقد أصبح من غير الممكن محاولة معالجة المشاكل القائمة من خلال إصلاحات متفرقة. إن إزالة عملية SELFDESTRUCT تتطلب جهدًا هائلًا لكن العائدات التي تم الحصول عليها كانت محدودة، كما أن النقاشات الأخيرة حول EOF قد أظهرت بشكل أوضح صعوبة إجراء تعديلات تدريجية على الآلة الافتراضية.
كبديل، اقترحت مؤخرًا مسار تحول أكثر جرأة: بدلاً من إجراء تعديلات متوسطة الحجم (لا تزال مدمرة) على EVM مقابل زيادة في الأداء بنسبة 1.5 مرة، من الأفضل الانتقال مباشرة إلى بنية آلة افتراضية جديدة وأفضل بكثير لتحقيق قفزة في الأداء بمقدار مئة ضعف. مثل الدمج (The Merge)، نحن نعمل على تقليل عدد التغييرات المدمرة، ولكن رفع القيمة الاستراتيجية لكل تغيير. بشكل محدد، أوصي باستخدام بنية RISC-V أو آلة افتراضية تستخدمها برامج إثبات ZK على إيثيريوم كبديل لـ EVM الحالي. ستؤدي هذه التحول إلى:
زيادة ثورية في الكفاءة: في بيئة إثبات ZK، يمكن للعقود الذكية العمل مباشرة على البنية المستهدفة، دون الحاجة إلى نفقات المفسر. تظهر بيانات Succinct أنه في معظم السيناريوهات يمكن تحسين الأداء بأكثر من مئة مرة.
تبسيط الهيكلية إلى أقصى حد: معيار RISC-V مبسط بشكل كبير مقارنة بـ EVM، كما أن الخيارات الأخرى (مثل Cairo) تتمتع أيضًا بخصائص بسيطة.
مزايا جوهرية وراثية من EOF: تشمل إدارة تقسيم الكود، ودعم تحليل ثابت أكثر ملاءمة، وحدود أكبر لسعة الكود.
توسيع سلسلة أدوات المطورين: يمكن لـ Solidity و Vyper دعم بنية جديدة من خلال إضافة دعم التجميع الخلفي؛ إذا تم اختيار RISC-V، يمكن لمطوري اللغات السائدة نقل الكود الموجود مباشرة.
تحسين العقود المسبقة التجميع: لن تكون معظم وظائف التجميع المسبق ضرورية بعد الآن، وسيتبقى فقط العمليات عالية التحسين لمنحنيات البيضاوية (قد يتم إلغاؤها مع تقدم الحوسبة الكمية).
التحدي الرئيسي هو: على عكس خطط EOF القابلة للتنفيذ على الفور، تحتاج الآلة الافتراضية الجديدة إلى وقت أطول لتكون مفيدة للمطورين. يمكن تنفيذ بعض تحسينات EVM ذات القيمة العالية (مثل زيادة حد حجم كود العقد، وتحسين مجموعة تعليمات DUP/SWAP) كحل انتقالي قصير الأجل.
سوف تبسط هذه التحويلة بشكل كبير هيكلية الآلة الافتراضية. السؤال الرئيسي هو: كيف نتعامل بشكل مناسب مع النظام البيئي الحالي لـ EVM؟
استراتيجية التوافق العكسي لهجرة الآلة الافتراضية
إن أكبر تحدٍّ في تبسيط (أو تحسين دون زيادة التعقيد) أي جزء من EVM هو كيفية تحقيق التوازن بين تحقيق الأهداف المرجوة والحفاظ على التوافق العكسي مع التطبيقات الحالية.
أولاً، يجب أن نوضح أنه حتى بالنسبة لعميل واحد، لا يوجد معيار واحد لتعريف ما هو "مكتبة كود الإيثريوم".
الهدف هو تقليل المنطقة الخضراء: أي أن العقد هي المنطق المطلوب لتشغيل المشاركة في توافق إيثيريوم، بما في ذلك حساب الحالة الحالية، إنتاج وإثبات التحقق، FOCIL (ملاحظة: يجب التأكد مما إذا كانت اختصار مصطلح متخصص) بالإضافة إلى عملية بناء الكتل "الأساسية".
المنطقة البرتقالية لا يمكن تقليصها: إذا تمت إزالة وظائف طبقة التنفيذ (سواء كانت آلة افتراضية، أو عقود مسبقة التجهيز، أو آليات أخرى) من مواصفات البروتوكول أو تغيرت وظائفها، يجب على عميل معالجة الكتل التاريخية الاحتفاظ بهذه الوظيفة؛ ولكن يمكن للعملاء الجدد (بما في ذلك ZK-EVM أو أدوات التحقق الشكلية) تجاهل هذا الجزء تمامًا.
المنطقة الصفراء الجديدة: تشير إلى تحليل البيانات الحالية على السلسلة أو بناء الكتل المثلى التي لها قيمة كبيرة، لكنها لا تنتمي إلى آلية الإجماع. تتضمن الحالات النموذجية دعم Etherscan وبعض بناة الكتل لعمليات مستخدمي ERC-4337. إذا تم استبدال الوظائف الأساسية للإيثريوم (مثل الحسابات الخارجية EOA وأنواع المعاملات القديمة المدعومة) بتنفيذ RISC-V على السلسلة، فسيتم تبسيط كود الإجماع بشكل كبير، لكن قد تحتاج العقد المتخصصة لاستخدام الكود الأصلي لمعالجة التحليل.
تعقيد المناطق البرتقالية والصفراء ينتمي إلى تعقيد التعبئة، أي شخص يرغب في فهم البروتوكول يمكنه تخطي هذه الأجزاء، كما يمكن اختيار تجاهل حلول تنفيذ Ethereum بحرية. بالإضافة إلى ذلك، فإن عيوب الكود في هذه المناطق لن تؤدي إلى مخاطر توافق. هذا يعني أن تعقيد الكود في المناطق البرتقالية والصفراء له تأثير سلبي أقل بكثير على النظام ككل مقارنة بتعقيد الكود في المناطق الخضراء.
فكرة نقل الكود من المنطقة الخضراء إلى المنطقة الصفراء تشبه الحل التقني الذي تنفذه شركة أبل من خلال طبقة ترجمة Rosetta لتحقيق التوافق طويل الأمد.
يجب أن تتضمن جميع العقود المسبقة التطوير الجديدة تنفيذ RISC-V القياسي على السلسلة. تهدف هذه الخطوة إلى دفع النظام البيئي للتكيف تدريجياً مع بيئة آلة RISC-V الافتراضية (كمثال على الانتقال من EVM إلى RISC-V، فإن هذه الخطة تنطبق أيضًا على الانتقال من EVM إلى Cairo أو غيرها من الآلات الافتراضية الأكثر كفاءة):
دعم تشغيل مزدوج للآلة الافتراضية: على مستوى البروتوكول، يتم دعم كل من RISC-V و EVM بشكل أصلي في نفس الوقت. يمكن للمطورين اختيار لغة البرمجة بحرية، والعقود المكتوبة في آلات افتراضية مختلفة يمكن أن تتفاعل بسلاسة.
استبدال العقود المسبقة التجميع على مراحل: باستثناء عمليات المنحنى البيضاوي وخوارزمية تجزئة KECCAK (نظرًا لمتطلبات الأداء القصوى)، تم استبدال جميع العقود المسبقة التجميع من خلال انقسام صلب إلى تنفيذ RISC-V.
الإجراء المحدد هو: إزالة العقدة المسبقة التجميع في الوقت نفسه، وتعديل كود العنوان (باستخدام نمط تفريع DAO) من حالة فارغة إلى التنفيذ المقابل لـ RISC-V. نظرًا لبساطة بنية RISC-V، حتى إذا تم إكمال هذه الخطوة فقط، ستظل تعقيد النظام الكلي في انخفاض.
نشر مفسر EVM على السلسلة: بناءً على RISC-V، تم تنفيذ مفسر EVM (لقد دفعت أدوات إثبات ZK هذا النوع من التطوير)، وتم نشره كعقد ذكي على السلسلة. بعد سنوات من إصدار النسخة الأولية، سيتم تنفيذ عقود EVM الحالية من خلال هذا المفسر، مما يؤدي إلى انتقال سلس إلى الآلة الافتراضية الجديدة.
تحقيق التبسيط من خلال مكونات بروتوكول المشاركة
بعد إكمال الخطوة الرابعة، ستظل العديد من "حلول تنفيذ EVM" موجودة، وستستخدم لتحسين بناء الكتل، وأدوات المطورين، وتحليل البيانات على السلسلة، لكن هذه التنفيذات لن تكون جزءًا من معايير الإجماع الأساسية. في ذلك الوقت، ستدعم آلية إجماع إيثيريوم "محليًا" فقط بنية RISC-V.
تحقيق التبسيط من خلال مكونات بروتوكول المشاركة
الطريقة الثالثة لتقليل التعقيد العام للبروتوكول (وهي أيضاً الطريقة الأكثر سهولة في التقدير) هي مشاركة معايير موحدة بين مستويات بروتوكول مختلفة بأكبر قدر ممكن. بشكل عام، لا حاجة ولا فائدة من استخدام بروتوكولات مختلفة لتحقيق نفس الوظيفة في وحدات مختلفة، لكن هذا النمط من التصميم لا يزال شائعاً، والسبب الرئيسي هو عدم وجود تنسيق فعّال بين أجزاء خارطة طريق البروتوكول. فيما يلي أمثلة على السيناريوهات المحددة التي يمكن تبسيطها من خلال تعزيز إعادة استخدام المكونات عبر الطبقات في إيثيريوم.
خطة الترميز المشتركة الموحدة
ثلاث فئات من تطبيقات رموز التصحيح
عينة توفر البيانات: يجب على العميل استخدام ترميز التصحيح للتحقق من أن الكتلة قد تم نشرها، لضمان سلامة البيانات.
بث P2P عالي الكفاءة: يمكن للعقدة تأكيد الكتلة عند استلام n/2 من n شريحة، مما يحقق التوازن الأمثل بين تقليل التأخير والحد من التكرار.
التخزين التاريخي الموزع: تم تقسيم بيانات تاريخ الإيثيريوم إلى عدة كتل بيانات، لتلبية:
يمكن التحقق من كل كتلة بيانات بشكل مستقل
يمكن استعادة n/2 من كتل البيانات المتبقية باستخدام n/2 من كتل البيانات في أي مجموعة.
يقلل هذا التصميم بشكل كبير من مخاطر فقدان البيانات في نقطة واحدة.
إذا تم استخدام نفس رموز التصحيح (مثل رموز ريد-سولومون أو الرموز الخطية العشوائية، إلخ) في السيناريوهات الثلاثة التالية، فسوف يجلب ذلك مزايا كبيرة:
تخفيض الكود؛
تحسين الكفاءة: عندما يحتاج العقد إلى تنزيل بيانات الشظايا (بدلاً من الكتلة الكاملة) بسبب سيناريو معين، يمكن استخدام هذه البيانات مباشرة في سيناريوهات أخرى، مما يتجنب النقل المكرر؛
يمكن التحقق من جميع كتل البيانات في جميع السيناريوهات من خلال التجزئة الجذرية.
إذا تم استخدام رموز تصحيح خطأ مختلفة، يجب تلبية متطلبات التوافق: على سبيل المثال، يمكن استخدام رموز ريد-سولومون الأفقية ورموز الخطية العشوائية الرأسية في تجزئة عينة توفر البيانات (DAS) في نفس الوقت، ولكن يجب أن تكون الرموز من نفس المجال المحدود.
تنسيق تسلسل موحد
تنسيق التسلسل الحالي للإيثيريوم لا يزال في حالة شبه تنظيمية - يمكن إعادة تسلسل البيانات إلى أي تنسيق ونشرها، الاستثناء الوحيد هو تجزئة توقيع المعاملة، حيث يجب استخدام تنسيق موحد لضمان اتساق التجزئة. ومع ذلك، في المستقبل، ستزداد درجة تنظيم تنسيق التسلسل، والأسباب الرئيسية تشمل:
تجريد الحسابات (EIP-7701): ستظهر محتويات المعاملة الكاملة بشكل كامل للآلة الافتراضية (VM)
سيناريو حد الغاز العالي: مع زيادة الحد الأقصى للغاز في الكتل، يجب تخزين بيانات طبقة التنفيذ في هيكل blob.
عندما تحدث التحولات المذكورة أعلاه، يمكننا استغلال هذه الفرصة لتوحيد معايير التسلسل الثلاثة الرئيسية لإيثريوم: (i) طبقة التنفيذ (ii) طبقة الإجماع (iii) استدعاء ABI للعقود الذكية
يوصى باستخدام تنسيق تسلسل SSZ، حيث يمتلك SSZ المزايا التالية:
التشفير الفعال، بما في ذلك السيناريوهات المتعلقة بالعقود الذكية، يمكن فك تشفيرها بسرعة، وذلك بفضل تصميمها القائم على 4 بايت ومعالجة الحدود الأقل.
تطبيقات طبقة الإجماع واسعة الانتشار، وقد تم تحقيق تكامل عميق في طبقة الإجماع.
تشبه إلى حد كبير ABI الحالي، مما يسهل ترقية تكيف أدوات السلسلة.
توجد حاليًا فرق تقنية ذات صلة تعمل على دفع عملية الانتقال الشامل لـ SSZ. يُوصى بمواصلة هذا المسار التقني في خطط الترقية المستقبلية، والتوسع بناءً على الإنجازات الحالية.
هيكل شجرة المشاركة الموحدة
عند الانتقال من EVM إلى RISC-V (أو أي بنية آلة افتراضية مبسطة أخرى)، ستصبح شجرة Merkle Patricia ذات الفروع الستة أكبر عنق زجاجة في أداء إثبات تنفيذ الكتل (حتى في السيناريوهات العادية). سيساهم التحول إلى بنية شجرة ثنائية قائمة على دوال تجزئة أفضل في تعزيز كفاءة الإثبات وتقليل تكاليف تخزين البيانات للنقاط الخفيفة وغيرها من سيناريوهات التطبيق.
عند تنفيذ هذه الهجرة، يجب استخدام نفس الهيكل الشجري لتحقيق التوحيد بين طبقة الإجماع وطبقة التنفيذ. هذه الخطوة تضمن أن تكون جميع مكدسات إيثيريوم (بما في ذلك طبقات الإجماع والتنفيذ) تستخدم نفس منطق الشيفرة للوصول إلى البيانات وتحليلها.
مسار التطور من الحالة الراهنة إلى الهدف
البساطة تشترك في العديد من الجوانب مع اللامركزية، حيث إن كلاهما يعد شرطًا أساسيًا لتحقيق مرونة النظام. يتطلب تحديد البساطة كقيمة أساسية تحولًا على المستوى الثقافي: غالبًا ما تكون عوائدها صعبة الظهور على الفور، بينما تكون العوائد قصيرة الأجل الناتجة عن السعي وراء وظائف معقدة واضحة للغاية. ومع مرور الوقت، ستصبح مزايا البساطة أكثر وضوحًا - حيث تعتبر مسيرة تطوير البيتكوين دليلًا قويًا على هذه الفكرة.
أقترح أن يشير تصميم بروتوكول Ethereum إلى الخبرة العملية لمشروع TinyGrad ، وأن يضع حدا أعلى واضحا لعدد أسطر التعليمات البرمجية لمواصفات Ethereum طويلة الأجل ، ويسعى جاهدا لجعل بساطة الكود الرئيسي لإجماع Ethereum قريبا من مستوى Bitcoin. على وجه التحديد ، يمكن الاستمرار في الاحتفاظ بالرمز الذي يعالج قواعد Ethereum التاريخية ، ولكن يجب عزله بشكل صارم عن المسار الحرج للإجماع للتأكد من أنه لا يؤثر على منطق الإجماع الأساسي. وفي الوقت نفسه، ينبغي تنفيذ مفهوم التصميم المتمثل في "إعطاء الأولوية لحلول أبسط" في اختيار الحلول التقنية، مع إعطاء الأولوية لتعقيد الحزمة بدلا من نشر التعقيد النظامي، وضمان أن جميع قرارات التصميم يمكن أن توفر خصائص وضمانات واضحة ويمكن التحقق منها، من أجل تشكيل ثقافة تقنية موجهة نحو الإيجاز ككل.