Langkah Pertama Modul Ethereum: Pengenalan Dasar Proto-danksharding dan Cara Kerjanya

Ethereum sedang mengambil langkah penting menuju skalabilitas. Dengan selesainya penggabungan dan pembaruan Shanghai, Ethereum telah berhasil beralih dari bukti kerja ke protokol konsensus bukti kepemilikan. Proyek besar berikutnya di peta jalan adalah EIP-4844, yaitu "proto-danksharding".

Perubahan kode ini bertujuan untuk meningkatkan skalabilitas rollup berbasis Ethereum. Ini memperkenalkan jenis transaksi baru yang disebut blob, meningkatkan persyaratan data dan penyimpanan blok Ethereum, dan menciptakan pasar biaya baru yang memisahkan penetapan harga blob dari transaksi biasa.

Rollup adalah protokol yang bergantung pada blockchain Layer 2 ( seperti Ethereum ) untuk ketersediaan data ( DA ). Rollup berbasis kontrak pintar tidak hanya bergantung pada DA Ethereum, tetapi juga bergantung padanya untuk penyelesaian transaksi ( verifikasi ). Rollup ini khususnya membaca data dari lapisan DA seperti Ethereum dan menjalankan transaksi yang valid serta kode kontrak pintar.

Biasanya, biaya untuk menerbitkan sejumlah besar data di Ethereum sangat tinggi, sebagian karena jaringan menyimpan data sebagai bagian dari riwayat transaksi secara permanen di bidang "CALLDATA". EIP-4844 akan menciptakan ruang data tambahan sebesar 512kB atau 768kB untuk digunakan oleh rollup di setiap blok. Yang penting, data yang diterbitkan ke ruang ini hanya akan disimpan selama sekitar tiga minggu.

Karena data yang diverifikasi melalui transaksi blob bersifat sementara, ditambah dengan pasar biaya terpisah untuk penetapan harga blob yang berbeda dari jenis transaksi lainnya, secara teori, biaya untuk rollup dalam menerbitkan data ke Ethereum akan sangat berkurang. Seiring berjalannya waktu, para pengembang berencana untuk memperkenalkan teknologi pengambilan sampel data, sehingga data blob tidak perlu diunduh sepenuhnya oleh node penuh Ethereum untuk diverifikasi, yang lebih lanjut mengurangi biaya rollup.

Proto-danksharding adalah pendahulu dan "prototipe" dari danksharding yang lengkap, yang akan memungkinkan node Ethereum untuk mengunduh fragmen data blob untuk menentukan ketersediaan blob yang lengkap. Artikel ini membahas secara mendalam rincian cara kerja EIP-4844, keterbatasan proto-danksharding, rencana evolusi menuju danksharding yang lengkap, serta manfaat langsung bagi pengguna akhir dan pengembang dapp.

Mengingat bahwa fokus utama dari danksharding yang lengkap adalah mendukung ekosistem rollup Layer 2 dan memperluas Ethereum melalui modularisasi, perubahan kode yang diterapkan dalam pembaruan Ethereum berikutnya akan menjadi tempat pengujian penting untuk penerapan teori blockchain modular pada salah satu blockchain publik terbesar di dunia.

Latar Belakang

EIP-4844 dianggap sebagai peningkatan skalabilitas Ethereum. Namun, perlu dicatat bahwa perubahan kode ini tidak secara substansial meningkatkan atau memperbaiki kemampuan transaksi Ethereum itu sendiri. Proto-danksharding mengurangi biaya untuk menerbitkan sejumlah besar data ke Ethereum, sehingga menurunkan biaya operasional rollup. EIP-4844 dianggap meningkatkan skalabilitas Ethereum karena membuat jaringan Layer 2 berbasis Ethereum lebih efisien biaya, tetapi perubahan kode ini tidak meningkatkan skalabilitas Ethereum sebagai blockchain umum untuk mengeksekusi transaksi dan kontrak pintar.

Selama empat tahun terakhir, aktivitas transaksi rollup Ethereum seperti Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync, dan Polygon zkEVM terus meningkat. L2Beat.com memperkirakan bahwa jumlah total volume transaksi per detik yang dicapai oleh semua jaringan Layer 2 adalah 3,8 kali lipat dari TPS harian Ethereum.

Menurut data yang disediakan oleh Blockworks Research melalui Dune Analytics, rollup menghemat lebih dari 99% biaya gas untuk pengguna akhir dan pengembang dapp dibandingkan dengan biaya untuk langsung menerapkan kode dan melakukan transaksi di Ethereum.

Hingga 13 Juni 2023, biaya untuk mengirim transaksi di dua rollup Ethereum yang paling populer, Optimism dan Arbitrum, berkisar antara 0,03 dolar hingga 0,05 dolar. Namun, saat aktivitas di jaringan tinggi dan terjadi kemacetan, biaya ini kadang-kadang dapat melonjak hingga lebih dari 1 dolar.

EIP-4844 bertujuan untuk mengurangi biaya rollup dengan memperkenalkan jenis transaksi baru yaitu objek besar biner (blob). Berikut adalah penjelasan langkah demi langkah tentang siklus hidup transaksi blob yang didefinisikan oleh EIP-4844:

1. Pengguna menghasilkan transaksi blob dan mengirimkannya ke mempool Ethereum.
2. Validator memilih transaksi blob dari mempool dan mengemasnya ke dalam blok.
3. Validator menyebarkan blok ke node lain di jaringan.
4. Node lain memvalidasi blok, termasuk transaksi blob di dalamnya.
5. Setelah blok terkonfirmasi, data blob disimpan di rantai beacon selama sekitar 3 minggu.
6. Setelah 3 minggu, data blob dihapus dari node, tetapi komitmennya tetap tersimpan di blockchain.

EIP-4844 tidak akan memengaruhi bagaimana transaksi reguler dimasukkan ke dalam mempool Ethereum dan blok, juga tidak akan memengaruhi pasar biaya yang menentukan harga ruang blok Ethereum. Namun, EIP-4844 memang meningkatkan persyaratan penyimpanan blok Ether. Ruang data tambahan disediakan khusus untuk melampirkan transaksi blob ke blok.

Blob seperti sidecar, dapat dilampirkan ke blok Ethereum tanpa mempengaruhi atau menggunakan ruang blok yang ada untuk memproses transaksi reguler. Ruang blok Blob akan dilelang berdasarkan pasar biaya sendiri, meniru desain pasar biaya EIP-1559. Pada awalnya, biaya transaksi blob hampir nol. Setelah itu, setiap kali satu blok dikonfirmasi, jika lebih dari setengah ruang blok blob ( setidaknya 256kB) digunakan, biaya transaksi blob akan meningkat 12,5%. Untuk setiap blok ruang blob yang tidak digunakan secara memadai, yaitu ruang blok blob terisi kurang dari 50%, biaya blob akan berkurang 12,5%.

Transaksi Blob tidak akan disimpan tanpa batas waktu di Ethereum, tetapi disimpan di lapisan konsensus Ethereum (CL) yaitu rantai beacon, dan akan dihapus dari node CL setelah tiga minggu. Proto-danksharding akan memungkinkan setiap blok memiliki maksimal 4 blob, di mana setiap blob dapat berisi hingga 128kB data tambahan. Batas maksimum ruang blob per blok 512kB mungkin akan berubah berdasarkan pengujian EIP-4844 yang sedang berlangsung. Para pengembang sedang mendiskusikan kemungkinan meningkatkan batas ini dari 4 blob menjadi 6.

Setiap blob adalah kesempatan bagi satu sorter rollup untuk menerbitkan sekumpulan transaksi ke Ethereum. Ethereum menghasilkan sekitar 7094 blok setiap hari, setelah EIP-4844, dengan asumsi setiap blok memiliki batas 4 blob, maka maksimum 28376 blob dapat diproses setiap hari. ( ini adalah nilai maksimum teoritis, dan karena fluktuasi biaya blob, dalam praktiknya mungkin tidak akan pernah tercapai. Memproses secara berkelanjutan jumlah maksimum blob per blok sangat mahal bagi sorter. )

Selama 6 bulan terakhir, sorter yang berjalan di Optimism ( adalah rollup Ethereum paling populer kedua berdasarkan aktivitas transaksi ) mengirimkan sekitar 3126 batch transaksi ke Ethereum setiap harinya.

Volume transaksi yang dikonfirmasi oleh Arbitrum adalah sekitar dua kali lipat dari Optimism, dan seperti Optimism, bergantung pada penyorter untuk mengirimkan data ke Ethereum melalui CALLDATA untuk menyelesaikan transaksi. Contoh rollup lain yang populer di Ethereum termasuk tetapi tidak terbatas pada Polygon zkEVM, zkSync, dan StarkNet. Di Optimism, lebih dari 90% biaya berasal dari biaya CALLDATA Layer 1.

Memperkenalkan ruang penyimpanan data khusus, tidak peduli seberapa kecil pada awalnya, adalah untuk mengurangi biaya penggunaan Ethereum sebagai lapisan DA untuk semua rollup berbasis Ethereum. Secara konservatif, pengembang rollup memperkirakan bahwa mulai dari aktivasi EIP-4844, biaya rollup akan turun 100% hingga 900%. Namun, perkiraan ini mungkin berubah berdasarkan peningkatan adopsi dan aktivitas rollup dalam beberapa bulan sebelum dan sesudah aktivasi proto-danksharding.

Biaya transaksi Blob, meskipun mungkin lebih murah dibandingkan transaksi biasa pada awal aktivasi EIP-4844, dapat dengan cepat meningkat jika jumlah rollup berbasis Ethereum meningkat. Selain itu, meskipun setiap blob dirancang untuk memberikan kesempatan kepada satu sorter untuk menerbitkan data hingga 128kB, sorter rollup berpotensi berkoordinasi sehingga satu blob berisi data dari beberapa rollup. Para pengembang Ethereum menyadari bahwa, karena jumlah blob dalam setiap blok terbatas, dan satu batch transaksi mungkin tidak sepenuhnya memanfaatkan seluruh ruang data 128kB dari setiap transaksi blob, dapat muncul pasar sekunder untuk penetapan harga blob. Meskipun mencegah munculnya pasar sekunder di luar rantai adalah prioritas, bukan untuk memperkenalkan kompleksitas protokol tingkat lebih tinggi untuk mencegah kemungkinan ini, saat ini para pengembang mengambil pendekatan "menunggu dan melihat" dengan memperkenalkan blob melalui EIP-4844, dan merencanakan untuk melakukan optimasi lebih lanjut pada EIP-4844 di masa depan.

Proto-danksharding telah meletakkan dasar untuk memperkenalkan teknologi yang lebih maju, sehingga dapat lebih lanjut mengurangi biaya blob tanpa menambah beban komputasi node. Dikenal sebagai danksharding penuh, visi lengkap untuk blob adalah meningkatkan jumlah maksimum blob per blok dari 4 menjadi 64.

Danksharding Penuh

4 blob meningkatkan ukuran blok Ethereum sebesar 512kB. 6 blob akan menambah ukuran blok Ethereum sebesar 768kB lagi. Seperti yang disebutkan sebelumnya, ruang blok tambahan sepenuhnya digunakan untuk transaksi blob, dan tidak menyimpan data secara permanen seperti ruang blok biasa. Visi lengkap dari EIP-4844 adalah untuk memperkenalkan hingga 64 blob ke Ethereum, dan melakukannya tanpa meningkatkan beban komputasi node verifikasi blok secara signifikan. Untuk mencapai danksharding sepenuhnya, Ethereum perlu menerapkan dua teknologi: sampling ketersediaan data (DAS) dan pengkodean penghapusan.

( sampling ketersediaan data ) DAS ###

Dalam konteks memvalidasi transaksi Layer 2 rollup, tujuan DAS adalah memastikan bahwa semua fragmen data yang dibundel oleh sorter telah dipublikasikan ke rantai. Node lengkap dipilih secara acak, mengunduh sepotong data dari blob dan menghasilkan bukti ketersediaan data. Semakin banyak sampel data yang diambil oleh node lengkap, semakin besar kepastian probabilitas bahwa semua data telah disediakan oleh sorter tanpa menahan data penting. Proses pengambilan sampel data bagi node lebih sedikit beban komputasi dibandingkan dengan mengunduh seluruh data blob, namun secara teoritis memberikan jaminan ketersediaan data yang sama. Seperti proto-danksharding, pengambilan sampel data blob di bawah danksharding penuh akan memastikan bahwa transaksi dari sorter telah diverifikasi dan dipublikasikan di rantai, untuk dinilai oleh pengguna atau pemangku kepentingan jaringan. Kemudian, pengguna dan pemangku kepentingan memiliki waktu untuk melihat transaksi ini, mengonfirmasi bahwa mereka telah selesai secara final di lapisan DA seperti Ethereum, dan membangun batch transaksi baru berdasarkan batch transaksi sebelumnya.

Melalui DAS, pengembang Ethereum memiliki keyakinan untuk meningkatkan jumlah dan volume blob yang diterbitkan ke Ethereum tanpa menambah beban komputasi node. Selain itu, pengembang juga merencanakan untuk mengurangi beban komputasi node lebih lanjut dengan menerapkan saran seperti kedaluwarsa sejarah dalam pembaruan mendatang. Menurut peneliti Ethereum, Dankrad Feist, seiring berjalannya waktu, Ethereum akan menjadi seperti "papan pengumuman publik daripada sistem arsip", yang akan memindahkan tanggung jawab untuk menyimpan salinan lengkap sejarah transaksi kepada pemangku kepentingan jaringan yang sering menggunakan data ini, seperti Layer 2 rollup dan perusahaan infrastruktur blockchain seperti Infura, Alchemy, dan Blockdaemon. Meskipun EIP-4844 memperkenalkan blob, ini adalah contoh awal yang menunjukkan bahwa suatu hari semua transaksi mungkin akan menjadi penyimpanan sementara di Ethereum.

( menghapus kode

Teknik pengkodean penghapusan meningkatkan kemampuan pengambilan data. Jika seorang pengurut jahat menahan sejumlah kecil blok data, di mana saja antara 1% hingga 49% data blob, pengambilan sampel transaksi dapat secara probabilistik menyebabkan beberapa sampel terbukti benar sejak awal, dan bukan salah. Pengkodean penghapusan memastikan bahwa jika setidaknya setengah dari blob diverifikasi, sisa blob dapat direkonstruksi. Teknik ini hanya berlaku ketika data diwakili sebagai polinomial, yaitu ekspresi dari dua atau lebih istilah aljabar. Bentuk pengkodean penghapusan yang paling umum bergantung pada kode Reed-Solomon)RS###, yang merupakan rumus matematika tingkat tinggi yang dapat menyelesaikan data yang hilang berdasarkan cukup banyak potongan data yang diketahui. Secara intuitif, hanya dengan pengambilan sampel mungkin tidak cukup efektif untuk menjamin ketersediaan data dalam jumlah besar, terutama dengan asumsi seorang pengurut jahat menahan satu data dari sebuah blob. Pengkodean penghapusan memperkenalkan redundansi data untuk blob, sehingga pengurut jahat harus menahan sebagian besar yang signifikan dari data blob untuk menahan jumlah data apa pun.

Kombinasi DAS dan pengkodean penghapusan adalah dasar dari teknologi danksharding yang sepenuhnya. Teknologi ini juga merupakan teknologi di balik beberapa lapisan DA, seperti Polygon Avail dan Celestia. Dalam banyak hal, visi untuk mendukung komputasi blockchain modular sedang diwujudkan melalui yang lain.