Основатель Ethereum Виталик Бутерин (Vitalik Buterin) заявил на 12-м Глобальном блокчейн-саммите в Шанхае, что блокчейнам нужен новый набор криптографических инструментов, а планы по переводу Ethereum на доказательства с нулевым разглашением перестали быть далёкой перспективой дорожной карты. Теперь это конкретное предложение по улучшению сети — EIP-8288, которое может быть реализовано в одном из ближайших хардфорков.
Что умели блокчейны 15 лет назад и чего им не хватало
Бутерин напомнил, что биткоин объединил блокчейн, подписи и proof of work. Ethereum добавил смарт-контракты, а в 2022 году перешёл на proof of stake. Эти инструменты давали пользователю открытую, глобальную и нейтральную систему: участвовать в ней может любой и бесплатно, а централизованного актора, способного остановить приложение или заставить его выдать неверный результат, нет.
Но у такой архитектуры были две слабости: слабая масштабируемость и полная публичность данных. Разработчик Zcash Иэн Майерс (Ian Miers) сравнивал публичные блокчейны с «Twitter для банковского счёта». По словам Бутерина, ответ из white paper Сатоши Накамото (Satoshi Nakamoto) 2009 года — имя человека напрямую не привязано к его транзакции — когда-то был приемлемым. Сегодня, когда доступны мощные инструменты анализа данных, такой уровень приватности уже недостаточен.
При этом запросы выросли. Пользователям нужны более производительные решения, а интерес распространился далеко за пределы платежей. Даже платежи требуют более сильных гарантий.
Доказательства с нулевым разглашением выходят на первый план
Главным технологическим сдвигом последнего десятилетия Бутерин назвал развитие доказательств с нулевым разглашением (zero-knowledge proofs). К ним относятся SNARK и их квантово-устойчивая версия STARK. Один участник выполняет вычисление и создаёт доказательство, остальные проверяют его гораздо эффективнее, причём всю исходную информацию раскрывать не нужно.
Ключевой вопрос блокчейнов — верификация: система должна гарантировать, что все действия соответствуют правилам. В исходной модели каждый участник заново выполняет все вычисления, и платой за это становятся масштабируемость и приватность. SNARK и STARK меняют обе стороны компромисса.
Бутерин отметил, что говорит об этой теме больше 10 лет, но именно в этом году ситуация изменилась. Планы по переходу Ethereum на новые технологии оформлены в виде EIP-8288. Форк с ним может состояться примерно через два года. На сайте strawmap.org показано, что все изменения после двух ближайших форков используют STARK повсеместно.
Какие технологии идут следом
Помимо SNARK и STARK, на подходе более мощные инструменты:
- полностью гомоморфное шифрование (FHE), которое уже применяют на практике;
- обфускация неразличимости (iO), которую долго считали делом отдалённого будущего, однако некоторые её версии могут стать применимыми значительно быстрее.
FOCIL и EIP-8288: параллельная работа до блока
Новые инструменты позволяют строить блокчейны, где параллельная обработка начинается ещё до попадания транзакций в блок. Первый пример — FOCIL, который войдёт в форк H-star. Это первый случай многосторонней сборки блоков в Ethereum. Блок создаёт не один участник: работают 16 составителей списков включения и один финальный билдер. Цель — гарантировать, что отправленная транзакция попадёт в следующий слот, а задержать её не сможет ни один актор.
EIP-8288 решает другую задачу. Очень крупные и дорогие доказательства не нужно помещать в блок целиком. Их можно проверять параллельно за пределами блокчейна — в мемпуле, в промежутке между отправкой транзакции и её включением. В этот период все такие объекты заменяются одним доказательством, подтверждающим их существование.
Программируемая криптография: что именно защищает сеть
Меняется и сам взгляд на цели системы. Биткоин защищал один цифровой актив — валюту. Ethereum позволил выпускать собственные активы и защищать их тоже. Современная криптография, по словам Бутерина, позволяет защищать и активы, и информацию.
В биткоине и Ethereum код и криптография отвечали на вопрос, кто и что может отправить. Теперь начинается эпоха программируемой криптографии, где код определяет, кто и какие фрагменты данных вправе увидеть. Приватность становится настраиваемым параметром.
От реестра к конвейеру
Бутерин предложил смотреть на блокчейн не как на отдельный реестр, а как на конвейер — большую криптографическую сеть. Значительная часть вычислений выполняется на устройстве пользователя ещё до отправки транзакции. Затем она проходит через мемпул (их бывает несколько, с разными свойствами приватности), агрегацию и сборку блока разными участниками. Только после этого транзакция попадает в блокчейн.
По его описанию, в биткоине одни и те же транзакции повторно обрабатывал каждый узел, а в Ethereum одно доказательство проверялось многократно. В новой модели роль самого блокчейна минимальна: последовательной обработки на каждом узле требует только та часть, что отвечает за бизнес-логику. Всё остальное можно выполнять за его пределами. Фактически речь идёт о криптографическом мировом компьютере.
Задержка и масштабируемость
Бутерин привёл сравнение по задержке. Централизованная система обеспечивает 100 миллисекунд, а при глобальном охвате — иногда 300. У биткоина задержка составляет около 590 секунд, то есть примерно 10 минут. В Ethereum блок создаётся за 12 секунд, а до финальности проходит 16 минут. В будущем время блока может сократиться до 4–8 секунд, а время до финальности — до 8–32 секунд.
В вопросе масштабируемости изменится сам характер компромисса. Архитектура будет жертвовать не масштабируемостью как таковой, а масштабируемой универсальностью — то есть возможностью бесконтрольно масштабировать произвольные вычисления. Если вычисление можно разбить на части, которые выполняются и проверяются отдельно, причём до попадания в блокчейн, высокая масштабируемость становится достижимой. Мемпулы и L2 при этом превращаются в сложный промежуточный слой, где пользователь или его агенты выбирают нужный маршрут.
Формальная верификация вместо ручной проверки
Отдельно Бутерин остановился на безопасности. Одной из причин, по которым L2 оказались менее эффективными, чем могли бы, он назвал предел их защищённости: приходилось использовать избыточность, несколько систем доказательств и советы по безопасности (security councils).
Новый подход — формальная верификация. Допустимо иметь несколько спецификаций и одну реализацию. Разные команды по-своему формулируют, что именно должна делать система, а затем математически доказывается, что все формулировки совпадают. Если они расходятся, остаётся гораздо меньший объём материала, по которому можно определить, чья версия верна.
Что запланировано после H-star
По данным strawmap.org, каждый хардфорк после H-star, то есть примерно через год и позже, будет включать продвинутые криптографические возможности:
- перенос всех вычислений внутрь STARK;
- перенос всего внутрь виртуальных машин;
- агрегацию STARK;
- формальную верификацию всех компонентов;
- квантово-устойчивые алгоритмы подписи.
Вместе эти изменения превращают Ethereum из отдельного блокчейна в более крупную сеть с несколькими слоями.
Бутерин призвал разработчиков и исследователей изучать компоненты новой архитектуры и выбирать направления для вклада. По его словам, многие приложения создавались в расчёте на прежние возможности, когда приватность не была программируемой, а безопасность сложного кода нельзя было гарантировать. Теперь эти ограничения снимаются, и приложения можно переосмыслить.
Главная мысль выступления: за 15 лет цели блокчейнов сместились от защиты одного актива к защите активов и информации, а инструменты для этого — SNARK, STARK, FHE и iO — переходят из теории в практику.
Мнение ИИ
С точки зрения машинного анализа данных, у «криптографического конвейера» есть неочевидная уязвимость: чем больше задач переезжает в математику, тем дороже обходится ошибка в её основаниях. Сам Бутерин в октябре допустил, что практическая стойкость криптографии на решётках может заметно пострадать за ближайшие два года из-за развития ИИ-математики. Поэтому облегчённая дорожная карта Ethereum движется к подходу «только хеши».
STARK опираются на хеш-функции, а не на эллиптические кривые, так что выбор инструментов выглядит не случайным. Формальная верификация сверяет программу со спецификацией, но не проверяет саму гипотезу о сложности задачи. Крепость строят из кирпичей, и у каждого из них пока есть неотмеченная в чертеже строчка: «стойкость не доказана, а предполагается».
▼
Самые интересные и важные новости на нашем канале в Telegram