Première étape de la modularisation d'Ethereum : introduction de Proto-danksharding et son fonctionnement

Ethereum fait un pas important vers la scalabilité. Avec l'achèvement de la fusion et de la mise à niveau de Shanghai, Ethereum a réussi sa transition du mécanisme de preuve de travail au protocole de consensus de preuve de participation. Le prochain projet majeur sur la feuille de route est l'EIP-4844, également connu sous le nom de "proto-danksharding".

Ce changement de code vise à améliorer l'évolutivité des rollups basés sur Ethereum. Il introduit un nouveau type de transaction appelé blob, augmentant les exigences en matière de données et de stockage des blocs Ethereum, et crée un nouveau marché des frais qui sépare le prix des blobs de celui des transactions régulières.

Rollup est un protocole qui dépend de la blockchain de Layer 2 ( comme Ethereum ) pour la disponibilité des données ( DA ). Les rollups basés sur des contrats intelligents dépendent non seulement de la DA d'Ethereum, mais aussi de celle-ci pour le règlement des transactions ( et la vérification ). Ces rollups lisent des données spécialement depuis des couches DA comme Ethereum et exécutent des transactions valides et du code de contrats intelligents.

En général, le coût de publication de grandes quantités de données sur Ethereum est élevé, en partie parce que le réseau stocke les données de manière permanente dans le champ "CALLDATA" comme partie de l'historique des transactions. L'EIP-4844 créera un espace de données supplémentaire de 512 ko ou 768 ko par bloc pour l'utilisation des rollups. Il est important de noter que les données publiées dans cet espace ne seront stockées que pendant environ trois semaines.

Comme les données vérifiées par les transactions blob sont éphémères, et que le marché des frais de blob est séparé de celui des autres types de transactions, le coût de la publication de données par rollup vers Ethereum sera théoriquement considérablement réduit. Au fil du temps, les développeurs prévoient d'introduire des techniques d'échantillonnage de données, ce qui signifie que les données blob n'auront pas besoin d'être entièrement téléchargées par les nœuds complets d'Ethereum pour être vérifiées, réduisant encore les coûts de rollup.

Le proto-danksharding est le prélude et le "prototype" du danksharding complet, permettant aux nœuds Ethereum de télécharger des fragments de données blob pour déterminer la disponibilité du blob complet. Cet article explore en profondeur les détails de fonctionnement de l'EIP-4844, les limitations du proto-danksharding, le plan d'évolution vers le danksharding complet, ainsi que les avantages directs pour les utilisateurs finaux et les développeurs de dapps.

Étant donné que l'accent mis sur le danksharding complet est de soutenir l'écosystème Layer 2 rollup et d'étendre l'Ethereum de manière modulaire, les modifications de code mises en œuvre lors de la prochaine mise à niveau d'Ethereum serviront de terrain d'essai important pour l'application à grande échelle de la théorie des blockchains modulaires sur l'une des plus grandes blockchains publiques au monde.

Contexte

EIP-4844 est considéré comme une mise à niveau de l'évolutivité d'Ethereum. Mais il convient de noter que ce changement de code n'a pas substantiellement augmenté ou amélioré la capacité de transaction d'Ethereum lui-même. Le Proto-danksharding réduit le coût de publication d'un grand volume de données sur Ethereum, diminuant ainsi les coûts d'exploitation des rollups. EIP-4844 est considéré comme une amélioration de l'évolutivité d'Ethereum car il rend les réseaux Layer 2 basés sur Ethereum plus rentables, mais ce changement de code n'a pas amélioré l'évolutivité d'Ethereum en tant que blockchain générale pour l'exécution des transactions et des contrats intelligents.

Au cours des quatre dernières années, les activités de transaction des rollups Ethereum tels qu'Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync et Polygon zkEVM ont continué à croître. L2Beat.com estime que le volume total des transactions par seconde de tous les réseaux de Layer 2 atteint ( TPS, soit 3,8 fois le TPS quotidien moyen d'Ethereum.

Selon les données fournies par Blockworks Research via Dune Analytics, les rollups permettent aux utilisateurs finaux et aux développeurs de dapps d'économiser plus de 99 % des frais de gas par rapport aux coûts de déploiement de code et de transaction directement sur Ethereum.

À la date du 13 juin 2023, le coût d'envoi de transactions sur les deux rollups Ethereum les plus populaires, Optimism et Arbitrum, se situe autour de 0,03 à 0,05 USD. Cependant, en cas d'activité en chaîne fréquente et de congestion du réseau, ces coûts peuvent parfois grimper à plus de 1 USD.

EIP-4844 vise à réduire les coûts de rollup en introduisant un nouveau type de transaction, à savoir le blob d'objet binaire )blob(. Voici une explication étape par étape du cycle de vie des transactions blob tel que défini par EIP-4844:

1. L'utilisateur génère une transaction blob et la soumet au mempool d'Ethereum.
2. Le validateur sélectionne les transactions blob dans le mempool et les emballe dans un bloc.
3. Les validateurs propagent le bloc aux autres nœuds du réseau.
4. D'autres nœuds vérifient les blocs, y compris les transactions blob qu'ils contiennent.
5. Une fois le bloc confirmé, les données blob sont stockées sur la chaîne de balises pendant environ 3 semaines.
6. Après 3 semaines, les données blob sont supprimées des nœuds, mais leur engagement reste sur la chaîne.

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EIP-4844 n'affectera pas la manière dont les transactions ordinaires sont intégrées dans le mempool d'Ethereum et dans les blocs, et n'affectera pas non plus le marché des frais qui détermine le prix de l'espace de bloc d'Ethereum. Cependant, EIP-4844 augmente effectivement les exigences de stockage des blocs d'Éther. Un espace de données supplémentaire est spécifiquement destiné à ajouter des transactions blob aux blocs.

Les blobs fonctionnent comme des sidecars, pouvant être attachés à un bloc Ethereum sans affecter ou occuper l'espace de bloc existant pour traiter les transactions ordinaires. L'espace de bloc blob sera mis aux enchères en fonction de son propre marché des frais, imitant la conception du marché des frais d'EIP-1559. Au départ, le coût des transactions blob est presque nul. Par la suite, à chaque confirmation d'un bloc, si plus de la moitié de l'espace de bloc blob ) d'au moins 256kB ( est utilisé, le coût des transactions blob augmentera de 12,5 %. Pour chaque bloc dont l'espace de bloc blob n'est pas entièrement utilisé, c'est-à-dire si l'espace de bloc blob est rempli à moins de 50 %, le coût des blobs diminuera de 12,5 %.

Les transactions Blob ne seront pas stockées indéfiniment sur Ethereum, mais plutôt sur la couche de consensus d'Ethereum )CL(, c'est-à-dire sur la chaîne de balises, et seront supprimées des nœuds CL trois semaines plus tard. Le proto-danksharding permettra à chaque bloc d'avoir jusqu'à 4 blobs, chaque blob pouvant contenir jusqu'à 128 Ko de données supplémentaires. La limite maximale de l'espace blob de 512 Ko par bloc pourrait être modifiée en fonction des tests en cours de l'EIP-4844. Les développeurs discutent activement de la possibilité d'augmenter cette limite de 4 blobs à 6.

Chaque blob représente une opportunité pour un unique ordonnanceur de rollup de publier un lot de transactions sur Ethereum. Ethereum produit environ 7094 blocs par jour, et après l'EIP-4844, en supposant une limite de 4 blobs par bloc, jusqu'à 28376 blobs peuvent être traités par jour. ) c'est la valeur maximale théorique, qui pourrait ne jamais être atteinte en pratique en raison des fluctuations dynamiques des frais de blob. Traiter continuellement le nombre maximum de blobs par bloc est très coûteux pour l'ordonnanceur. (

Au cours des 6 derniers mois, le séquenceur ) fonctionnant sur Optimism est le deuxième rollup Ethereum le plus populaire en termes d'activité de transaction, soumettant environ 3126 lots de transactions à Ethereum chaque jour.

Le volume des transactions confirmé par Arbitrum est environ deux fois celui d'Optimism, et comme Optimism, il s'appuie sur des ordonnateurs pour publier des données sur Ethereum via CALLDATA afin de compléter les transactions. D'autres exemples de rollups populaires sur Ethereum incluent, sans s'y limiter, Polygon zkEVM, zkSync et StarkNet. Sur Optimism, plus de 90 % des frais proviennent des frais CALLDATA de Layer 1.

Introduire un espace de stockage de données spécialisé, peu importe à quel point il est petit au départ, vise à réduire le coût d'utilisation d'Ethereum comme couche DA pour tous les rollups basés sur Ethereum. À titre de prévision prudente, les développeurs de rollups estiment qu'à partir de l'activation de l'EIP-4844, les frais de rollup pourraient diminuer de 100 % à 900 %. Cependant, ces estimations pourraient changer en fonction de l'augmentation de l'adoption et de l'activité des rollups dans les mois précédant et suivant l'activation du proto-danksharding.

Le coût des transactions Blob, bien qu'il puisse être moins cher que les transactions ordinaires au début de l'activation de l'EIP-4844, pourrait rapidement augmenter si le nombre de rollups basés sur Ethereum augmente. De plus, bien que chaque blob soit conçu pour offrir à un seul ordonneur la possibilité de publier jusqu'à 128 kB de données, les ordonneurs de rollup pourraient potentiellement s'accorder pour faire en sorte qu'un seul blob contienne des données provenant de plusieurs rollups. Les développeurs d'Ethereum se rendent compte qu'en raison du nombre limité de blobs par bloc et du fait qu'un lot de transactions unique peut ne pas entièrement utiliser l'espace de données de 128 kB de chaque transaction blob, un marché secondaire pour le prix des blobs pourrait émerger. Bien que prévenir l'apparition d'un marché secondaire hors chaîne soit une priorité, ce n'est pas en introduisant des niveaux de complexité de protocole plus élevés pour empêcher cette possibilité. Actuellement, les développeurs adoptent une approche "attendre et voir" en introduisant des blobs via l'EIP-4844, et prévoient d'optimiser davantage l'EIP-4844 à l'avenir.

Le proto-danksharding a jeté les bases de l'introduction de technologies plus avancées, afin de réduire davantage le coût des blobs sans augmenter la charge de calcul des nœuds. Appelé danksharding complet, la vision complète des blobs est d'augmenter le nombre maximum de blobs par bloc de 4 à 64.

Danksharding complet

4 blobs augmentent la taille des blocs Ethereum de 512 kB. 6 blobs augmenteraient la taille des blocs Ethereum de 768 kB supplémentaires. Comme mentionné précédemment, l'espace de bloc supplémentaire est strictement réservé aux transactions de blob et ne stocke pas les données de manière permanente comme l'espace de bloc normal. La vision complète de l'EIP-4844 est d'introduire jusqu'à 64 blobs pour Ethereum, et ce, sans augmenter de manière significative la charge de calcul des nœuds pour la validation des blocs. Pour réaliser un danksharding complet, Ethereum doit mettre en œuvre deux technologies : l'échantillonnage de disponibilité des données (DAS) et le codage d'effacement.

( échantillonnage de disponibilité des données ) DAS ###

Dans le contexte de la vérification des transactions Layer 2 rollup, l'objectif de DAS est de s'assurer que tous les fragments de données regroupés par le séquenceur ont été publiés sur la chaîne. Des nœuds complets sont choisis au hasard, téléchargent un morceau de données à partir du blob et génèrent une preuve de disponibilité des données. Plus le nombre d'échantillonnages de données par les nœuds complets est élevé, plus la probabilité déterministe que toutes les données aient été fournies par le séquenceur sans retenir des données importantes augmente. Pour les nœuds, le processus d'échantillonnage des données est moins coûteux en calcul que le téléchargement de l'ensemble des données du blob, mais théoriquement, il offre les mêmes garanties de disponibilité des données. Comme avec le proto-danksharding, l'échantillonnage des données du blob sous le danksharding complet garantira que les transactions provenant du séquenceur ont été vérifiées et publiées sur la chaîne, prêtes à être évaluées par tout utilisateur ou partie prenante du réseau. Les utilisateurs et les parties prenantes auront ensuite un certain temps pour examiner ces transactions, confirmer qu'elles ont été finalisées sur une couche DA comme Ethereum, et établir de nouveaux lots de transactions basés sur le lot de transactions précédent.

Grâce à DAS, les développeurs d'Ethereum peuvent être confiants d'augmenter le nombre et le volume de données des blobs publiés sur Ethereum sans augmenter la charge de calcul des nœuds. De plus, les développeurs prévoient de réduire davantage la charge de calcul des nœuds dans les futures mises à jour en mettant en œuvre des suggestions comme l'expiration historique. Pour citer le chercheur d'Ethereum, Dankrad Feist, avec le temps, Ethereum deviendra comme "un panneau d'affichage public plutôt qu'un système d'archivage", déléguant la responsabilité de conserver des copies complètes de l'historique des transactions aux parties prenantes du réseau qui utilisent fréquemment ces données, comme les rollups de Layer 2 et les entreprises d'infrastructure blockchain telles qu'Infura, Alchemy et Blockdaemon. Bien que l'EIP-4844 introduise des blobs, c'est un exemple précoce montrant que toutes les transactions pourraient un jour devenir un stockage temporaire sur Ethereum.

( effacer le code

La technique de codage par effacement renforce la capacité d'échantillonnage des données. Si un ordonneur malveillant retient quelques blocs de données, n'importe où entre 1 % et 49 % des données blob, l'échantillonnage des transactions peut probabilistiquement conduire à ce que certains échantillons soient prouvés corrects dès le départ, plutôt que faux. Le codage par effacement garantit que si au moins la moitié des blobs sont vérifiés, les autres blobs peuvent être reconstruits. Cette technique n'est efficace que lorsque les données sont représentées sous forme de polynôme, c'est-à-dire une expression de deux termes algébriques ou plus. La forme de codage par effacement la plus courante repose sur le code Reed-Solomon)RS###, qui est une formule mathématique avancée capable de résoudre les données manquantes en fonction d'un nombre suffisant de segments de données connus. De façon intuitive, compter uniquement sur l'échantillonnage peut ne pas garantir efficacement la disponibilité d'un grand volume de données, surtout en supposant qu'un ordonneur malveillant retient une seule donnée d'un blob. Le codage par effacement introduit une redondance des données pour les blobs, de sorte qu'un ordonneur malveillant doit nécessairement retenir une part substantielle des données blob pour pouvoir retenir une quantité quelconque de données.

La combinaison de DAS et du codage d'effacement est la base de la technologie danksharding complète. Ces technologies sont également à la base de certaines couches DA, comme Polygon Avail et Celestia. À bien des égards, la vision de soutenir le calcul blockchain modulaire se réalise grâce à d'autres