Ethereum modülerliğinin ilk adımı: Proto-danksharding temel tanıtımı ve çalışma prensibi

Ethereum, ölçeklenebilirlik konusunda önemli bir adım atıyor. Birleşme ve Şanghay yükseltmesinin tamamlanmasıyla, Ethereum başarıyla iş kanıtından hisse kanıtı konsensüs protokolüne geçti. Yol haritasındaki bir sonraki büyük proje EIP-4844, yani "proto-danksharding".

Bu kod değişikliği, Ethereum tabanlı rollup'ların ölçeklenebilirliğini artırmayı amaçlamaktadır. Yeni bir işlem türü olan blob'u tanıtarak, Ethereum bloklarının veri ve depolama gereksinimlerini artırmakta ve blob'u normal işlemlerden ayrı bir fiyatlandırma ile yeni bir ücret pazarı oluşturmaktadır.

Rollup, Layer 2 blok zinciri ( gibi Ethereum ) üzerinde veri kullanılabilirliği ( DA ) protokolüne dayanır. Akıllı sözleşmelere dayalı rollup, yalnızca Ethereum'un DA'sına değil, aynı zamanda işlem uzlaşması ( doğrulamasına ) da dayanır. Bu rollup'lar, Ethereum gibi DA katmanlarından veri okur ve geçerli işlemler ile akıllı sözleşme kodlarını yürütür.

Genellikle, Ethereum üzerinde büyük miktarda veri yayınlamanın maliyeti yüksektir; bunun bir kısmı, ağın verileri işlem geçmişinin bir parçası olarak "CALLDATA" alanında kalıcı olarak depolamasıdır. EIP-4844, her blokta rollup kullanımı için 512kB veya 768kB ek veri alanı oluşturacaktır. Önemli olan, bu alana yayınlanan verilerin yalnızca yaklaşık üç hafta süreyle depolanmasıdır.

Blob işlemleriyle doğrulanan verilerin geçici olması ve blob fiyatlandırmasının bağımsız bir ücretli pazar olarak diğer işlem türlerinden ayrı olması nedeniyle, teorik olarak rollup'ın Ethereum'a veri yayınlama maliyeti büyük ölçüde azalacaktır. Zamanla, geliştiriciler veri örnekleme teknolojisini tanıtmayı planlıyor, böylece blob verilerinin tamamının Ethereum tam düğümlerine doğrulama için indirilmesi gerekmeyecek ve rollup maliyetlerini daha da düşürecektir.

Proto-danksharding, tamamen danksharding'in öncüsü ve "prototipi"dir; bu, Ethereum düğümlerinin blob verilerinin parçalarını indirerek tam blob'un kullanılabilirliğini belirlemesine olanak tanıyacaktır. Bu makale, EIP-4844'ün çalışma prensiplerinin detaylarını, proto-danksharding'in sınırlamalarını, tamamen danksharding'e geçiş planını ve nihai kullanıcılar ile dapp geliştiricilerine sağladığı doğrudan faydaları derinlemesine incelemektedir.

Tam danksharding'in odak noktası Layer 2 rollup ekosistemini desteklemek ve Ethereum'u modüler genişletme ile birleştirmek olduğundan, bir sonraki Ethereum yükseltmesinde uygulanacak kod değişiklikleri, modüler blok zinciri teorisinin dünyadaki en büyük kamu blok zincirlerinden birinde ölçeklenebilir uygulama için önemli bir test alanı olacaktır.

Arka Plan

EIP-4844, Ethereum'un ölçeklenebilirlik yükseltimi olarak görülmektedir. Ancak, bu kod değişikliğinin Ethereum'un kendisinin işlem kapasitesini önemli ölçüde artırmadığını veya geliştirmediğini unutmamak gerekir. Proto-danksharding, Ethereum'a büyük miktarda veri yayınlama maliyetini düşürerek rollup'ların işletim maliyetlerini azaltır. EIP-4844'ün Ethereum'un ölçeklenebilirliğini artırdığı düşünülüyor çünkü Ethereum tabanlı Layer 2 ağlarını daha maliyet etkin hale getiriyor, ancak bu kod değişikliği Ethereum'un işlem yapma ve akıllı sözleşmeler yürütme yeteneği açısından genel bir blok zinciri olarak ölçeklenebilirliğini artırmamaktadır.

Son dört yılda, Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync ve Polygon zkEVM gibi Ethereum rollup'larının işlem hacmi artmaya devam etti. L2Beat.com'a göre, tüm Layer 2 ağlarının gerçekleştirdiği her saniye işlem hacmi (TPS) toplamı, Ethereum'un günlük TPS'sinin 3.8 katıdır.

Blockworks Research tarafından Dune Analytics aracılığıyla sağlanan verilere göre, rollup, son kullanıcılar ve dapp geliştiricileri için doğrudan Ethereum'da kod dağıtımı ve işlem yapma maliyetine kıyasla %99'dan fazla gaz ücreti tasarrufu sağlıyor.

2023 yılı 13 Haziran itibarıyla, en popüler Ethereum rollup'ları olan Optimism ve Arbitrum'da işlem yapmanın maliyeti yaklaşık 0.03 ile 0.05 dolar arasındadır. Ancak, zincir üzerindeki faaliyetlerin yoğun olduğu ve ağın tıkanık olduğu zamanlarda, bu maliyetler bazen 1 doların üzerine çıkabilmektedir.

EIP-4844, rollup maliyetlerini azaltmak için yeni bir işlem türü olan ikili büyük nesne (blob)'ı tanıtarak tasarlanmıştır. Aşağıda EIP-4844 tarafından tanımlanan blob işlem yaşam döngüsünün adım adım açıklaması bulunmaktadır:

1. Kullanıcı bir blob işlemi oluşturur ve bunu Ethereum mempool'una gönderir.
2. Doğrulayıcılar mempool'dan blob işlemlerini seçer ve bunları bloğa paketler.
3. Doğrulayıcı, bloğu ağdaki diğer düğümlere yayar.
4. Diğer düğümler blokları doğrular, bunlar arasında blob işlemleri de bulunmaktadır.
5. Bir blok onaylandığında, blob verileri yaklaşık 3 hafta boyunca beacon zincirinde saklanır.
6. 3 hafta sonra, blob verileri düğümden silinir, ancak taahhüt yine de zincirde kalır.

EIP-4844, Ethereum mempool ve bloklarına normal işlemlerin nasıl dahil edileceğini etkilemeyecek ve Ethereum blok alanı fiyatını belirleyen ücret piyasasını da etkilemeyecek. Ancak EIP-4844, Ethereum bloklarının depolama gereksinimlerini artırmaktadır. Ek veri alanı, blob işlemlerinin bloklara eklenmesi için özel olarak ayrılmıştır.

Blob, Ethereum bloklarına eklenebilen bir yan araç gibidir ve mevcut blok alanını etkilemeden veya kullanmadan normal işlemleri işlemek için kullanılabilir. Blob blok alanı, kendi ücret pazarı üzerinden açık artırmaya sunulacak ve EIP-1559'un ücret pazarı tasarımını taklit edecektir. Başlangıçta, blob işlemlerinin maliyeti neredeyse sıfırdır. Sonrasında, her bir blok onaylandığında, eğer blob blok alanının ('den fazla olan kısmı en az 256kB ) kullanılmışsa, blob işleminin maliyeti %12.5 artacaktır. Yeterince kullanılmayan her blob blok alanı için, yani blob blok alanı %50'den az doldurulmuşsa, blob'un maliyeti %12.5 azalacaktır.

Blob işlemleri Ethereum'da sonsuza dek saklanmayacak, bunun yerine Ethereum'un konsensüs katmanında (CL), yani beacon chain üzerinde saklanacak ve üç hafta sonra CL düğümünden silinecektir. Proto-danksharding, her blokta en fazla 4 blob olmasını sağlayacak, her blob en fazla 128kB ek veri içerebilecektir. 512kB'lık blob alanı için maksimum sınırlama, devam eden EIP-4844 testlerine bağlı olarak değişebilir. Geliştiriciler, bu sınırlamayı 4 blob'dan 6 blob'a çıkarma olasılığını aktif olarak tartışıyorlar.

Her blob, bir rollup sıralayıcısının Ethereum'a bir grup işlem yayınlama fırsatıdır. Ethereum günde yaklaşık 7094 blok üretmektedir, EIP-4844'ten sonra, her blokta 4 blob sınırlaması olduğunu varsayarsak, günde en fazla 28376 blob işlenebilir. ( bu teorik maksimum değerdir, blob ücretlerinin dinamik değişimi nedeniyle pratikte asla ulaşılamayabilir. Her blokta maksimum sayıda blobun sürekli işlenmesi sıralayıcı için oldukça maliyetlidir. )

Son 6 ayda, Optimism üzerinde çalışan sıralayıcı (, işlem etkinliği açısından en popüler ikinci Ethereum rollup'ıdır ), Ethereum'a günde yaklaşık 3126 işlem paketi gönderiyor.

Arbitrum'un onayladığı işlem hacmi, Optimism'in yaklaşık iki katıdır ve Optimism gibi, işlemleri tamamlamak için sıralayıcılar aracılığıyla CALLDATA kullanarak Ethereum'a veri gönderir. Ethereum üzerinde popüler olan rollup'lara diğer örnekler arasında Polygon zkEVM, zkSync ve StarkNet bulunmaktadır. Optimism'de, %90'dan fazla ücret Layer 1 CALLDATA ücretlerinden gelmektedir.

Özelleşmiş veri depolama alanının tanıtılması, başlangıçta ne kadar küçük olursa olsun, Ethereum'un Ethereum tabanlı tüm rolluplar için DA katmanı olarak kullanım maliyetini düşürmek içindir. Temkinli bir tahminle, rollup geliştiricileri EIP-4844'ün etkinleşmesinin ardından rollup ücretlerinin %100 ile %900 arasında düşmesini bekliyor. Ancak bu tahminler, proto-danksharding'in etkinleşmesi öncesi ve sonrası birkaç ay boyunca rollup benimseme ve aktivitesindeki artışa bağlı olarak değişebilir.

Blob işlemlerinin maliyeti, EIP-4844'ün etkinleştirilmesinin başında sıradan işlemlerden daha ucuz olabilmesine rağmen, Ethereum tabanlı rollup sayısının artması durumunda hızla yükselebilir. Ayrıca, her blob'un tek bir sıralayıcıya en fazla 128kB veri yayınlama fırsatı sunmak üzere tasarlanmış olmasına rağmen, rollup sıralayıcıları koordinasyon sağlayarak tek bir blob'un birden fazla rollup'tan veri içermesini sağlayabilir. Ethereum geliştiricileri, her blokta blob sayısının sınırlı olması ve tek bir işlem grubunun her blob işleminde bulunan 128kB veri alanının tamamını kullanamayabileceği nedeniyle, blob fiyatlandırması için ikincil bir pazarın ortaya çıkabileceğini fark ettiler. Zincir dışı ikincil pazarların oluşumunu engellemek öncelikli bir amaçtır, ancak bu olasılığı önlemek için daha yüksek düzeyde protokol karmaşıklıkları getirmenin gereksiz olduğu düşünülmektedir; şu anda geliştiriciler EIP-4844'ü kullanarak blob'ları tanıtmak için "bekle ve gözlemle" yaklaşımını benimsemekte ve gelecekte EIP-4844 üzerinde daha fazla optimizasyon planlamaktadırlar.

Proto-danksharding, düzeltilmiş daha ileri teknolojilerin tanıtımını sağlamak için bir temel oluşturdu, böylece düğüm hesaplama yükünü artırmadan blob maliyetlerini daha da azaltabiliriz. Tam danksharding olarak adlandırılan blob'un tam tasarımı, her bloktaki blob'un maksimum sayısını 4'ten 64'e çıkarmaktır.

Tam Danksharding

4 blob, Ethereum blok boyutunu 512kB artırır. 6 blob, Ethereum blok boyutunu ek olarak 768kB artıracaktır. Daha önce belirtildiği gibi, ek blok alanı yalnızca blob işlemleri için sıkı bir şekilde kullanılmaktadır ve normal blok alanları gibi verileri kalıcı olarak depolamaz. EIP-4844'ün tam vizyonu, Ethereum'a en fazla 64 blob getirmektir ve bunu blok doğrulamanın düğüm hesaplama yükünü önemli ölçüde artırmadan gerçekleştirmektir. Tam danksharding'i gerçekleştirmek için Ethereum, iki teknolojiyi uygulamak zorundadır: veri kullanılabilirliği örnekleme (DAS) ve silme kodlaması.

Veri kullanılabilirliği örnekleme(DAS)

Layer 2 rollup işlemlerinin doğrulanması bağlamında, DAS'ın amacı sıralayıcı tarafından paketlenen tüm veri parçalarının zincire yayınlandığını garanti etmektir. Tam düğümler rastgele seçilir, blob'dan bir veri bloğu indirir ve veri kullanılabilirlik kanıtı üretir. Tam düğümlerin veri örnekleme sayısı ne kadar fazla olursa, sıralayıcıdan sağlanan tüm verilerin önemli verilerin saklanmadan sağlandığı olasılığının belirlenmesi o kadar yüksek olur. Düğümler için, veri örnekleme süreci, tüm blob verilerini indirmekten daha az hesaplama yüküne sahiptir, ancak teorik olarak aynı veri kullanılabilirliği garantisini verir. Proto-danksharding ile aynı şekilde, tam danksharding altındaki blob veri örneklemesi, sıralayıcıdan gelen işlemlerin doğrulandığını ve herhangi bir kullanıcı veya ağ paydaşı tarafından değerlendirilmek üzere zincire yayınlandığını garanti edecektir. Kullanıcılar ve paydaşlar, bu işlemleri gözden geçirmek, Ethereum gibi bir DA katmanında nihai olarak tamamlandıklarını doğrulamak ve önceki işlem grubuna dayanarak yeni işlem grupları oluşturmak için bir süreye sahip olacaklardır.

DAS aracılığıyla, Ethereum geliştiricileri, düğüm hesaplama yükünü artırmadan Ethereum'a yayınlanan blob sayısını ve veri miktarını artırma konusunda güvene sahip. Ayrıca, geliştiriciler gelecekteki güncellemelerde tarihsel sürenin uygulanması gibi önerileri hayata geçirerek düğüm hesaplama yükünü daha da azaltmayı planlıyor. Ethereum araştırmacısı Dankrad Feist'in dediği gibi, zamanla Ethereum, "bir arşiv sistemi yerine kamu ilan tahtası" haline gelecek ve işlem geçmişinin tam kopyalarını saklama sorumluluğunu bu verileri sıkça kullanan ağ paydaşlarına, örneğin Layer 2 rollup ve Infura, Alchemy ve Blockdaemon gibi blockchain altyapı şirketlerine devredecek. EIP-4844 blobları tanıtsa da, bu, tüm işlemlerin bir gün Ethereum'da geçici depolama haline gelebileceğinin erken bir örneğidir.

silme kodu

Silme kodlama teknolojisi, verilerin örnekleme yeteneğini artırmıştır. Eğer bir kötü niyetli sıralayıcı az sayıda veri blokunu, %1 ile %49 arasında herhangi bir yerde tutuyorsa, işlem örneklemesi bazı örneklerin başlangıçta doğru olarak döndürülme olasılığını artırabilir, yanlış olarak değil. Silme kodlaması, en az yarısı doğrulanan blob olursa, geri kalan blobların yeniden inşa edilebileceğini garanti eder. Bu teknoloji, verilerin polinom olarak temsil edilmesi, yani iki veya daha fazla cebirsel terim ifadesi halinde olduğunda geçerlidir. En yaygın silme kodlama biçimi, yeterli bilinen veri parçalarına dayanarak kaybolan verileri çözebilen Reed-Solomon(RS) kodlarına dayanır; bu, yüksek düzeyde bir matematik formülüdür. Sezgisel olarak, yalnızca örnekleme, özellikle bir kötü niyetli sıralayıcının bir blobdan tek bir veriyi tuttuğu varsayıldığında büyük miktarda verinin kullanılabilirliğini etkili bir şekilde garanti edemeyebilir. Silme kodlaması, blob için veri fazlalığı getirir; bu sayede kötü niyetli sıralayıcı, veri tutmak için blob verilerinin belirgin bir büyük kısmını tutmak zorunda kalır.

DAS ile silme kodlamasının birleşimi, tamamen danksharding teknolojisinin temelini oluşturur. Bu teknolojiler, Polygon Avail ve Celestia gibi bazı DA katmanlarının arkasındaki teknolojilerdir. Birçok yönden, modüler blok zinciri hesaplamasını destekleyen vizyon, diğerleri aracılığıyla ilerlemektedir.