Được viết bởi: Hoàng đế, 0xkrane

Biên soạn bởi: Lynn, Mars Finance

Blockchain là một sổ cái phân phối toàn cầu cho phép sự đồng thuận về tình trạng toàn cầu. Một số chuỗi khối được trang bị môi trường thực thi hoàn chỉnh Turing cho phép khả năng lập trình ở trạng thái toàn cầu này. Các chương trình hướng tới môi trường thực thi blockchain được gọi là hợp đồng thông minh và blockchain cơ bản được gọi là nền tảng hợp đồng thông minh. Ethereum, Solana và Avalanche là những nền tảng hợp đồng thông minh được biết đến rộng rãi nhất. Chúng ta có thể coi nền tảng hợp đồng thông minh như một máy tính phân tán, với môi trường thực thi (hoặc máy ảo) đóng vai trò là CPU và trạng thái đóng vai trò lưu trữ.

Khuôn khổ xem blockchain như máy tính này rất quan trọng trong việc giải thích tại sao bộ đồng xử lý/điện toán ngoài chuỗi là không thể tránh khỏi, đặc biệt là trong bối cảnh của blockchain. Trong điện toán truyền thống, bộ đồng xử lý có nguồn gốc từ vi kiến ​​trúc và được thiết kế để cải thiện hiệu suất. Tương tự như vậy, bộ đồng xử lý trên Ethereum hứa hẹn quyền truy cập vào dữ liệu lịch sử và tính toán ngoại tuyến hiệu suất cao để nâng cao khả năng và không gian thiết kế của các giao thức lớp cơ sở. Hãy xem bài viết giới thiệu về bộ đồng xử lý này để tìm hiểu thêm.

Bài viết này khám phá các bộ đồng xử lý từ các nguyên tắc đầu tiên, nhằm mục đích làm sáng tỏ tầm quan trọng và các đặc tính meta của chúng. Sau đó, chúng tôi so sánh chúng với rollup, cho thấy rằng hai khái niệm này, mặc dù khác nhau, nhưng có liên quan chặt chẽ với nhau. Chúng tôi cũng cung cấp các ví dụ về thời điểm bạn có thể sử dụng tính năng tổng hợp với bộ đồng xử lý. Ví dụ: ngay cả một bản tổng hợp đầy đủ tính năng hoặc L1 cũng có thể yêu cầu bộ đồng xử lý để thực hiện các công việc nặng.

Chúng tôi kết thúc bài viết này bằng cách nhận thấy rằng blockchain đang hướng tới một tương lai nơi việc tính toán được tập trung hóa nhưng việc xác minh vẫn được phân cấp. Các bản tổng hợp, bộ đồng xử lý và bất kỳ hình thức tính toán ngoài chuỗi có thể kiểm chứng nào khác chỉ là những trường hợp khác nhau của tương lai này.

Làm thế nào chúng tôi đến được đây:

Vitalik đã đề cập trong " Hạn chế của khả năng mở rộng chuỗi khối " rằng việc người dùng thông thường có thể chạy các nút là rất quan trọng đối với việc phân cấp chuỗi khối.

Như đã đề cập trước đó, Ethereum có thể được khái niệm hóa theo nhiều cách như một máy tính toàn cầu phi tập trung. Đó là một mạng lưới các nút chạy phần mềm và cung cấp tài nguyên máy tính để thực hiện các hợp đồng thông minh. Chuỗi khối Ethereum lưu trữ thông tin trạng thái và mã, tương tự như bộ nhớ và bộ nhớ của máy tính. Máy ảo Ethereum (EVM) chạy trên mỗi nút, xử lý các giao dịch và thực thi mã giống như CPU. Tuy nhiên, Ethereum không được phép và phi tập trung, sử dụng sự đồng thuận giữa các nút không đáng tin cậy. Nếu một số nút ngoại tuyến, mạng sẽ tiếp tục hoạt động. Để đảm bảo EVM hoạt động chính xác, các trình xác thực trên mạng bằng chứng cổ phần (PoS) như Ethereum phải thực hiện tất cả các chuyển đổi trạng thái để xác thực chúng. Điều này giới hạn tốc độ của các nút chậm nhất trên mạng PoS, hạn chế lượng tính toán có sẵn cho các nhà phát triển ứng dụng.

Không giống như các máy tính thông thường, Ethereum giới hạn tính toán và lưu trữ để ngăn chặn việc lạm dụng mạng. Mỗi thao tác đều phải trả phí nên vòng lặp vô hạn không thực tế về mặt kinh tế. Cách tiếp cận này làm giảm rào cản gia nhập, cho phép phần cứng hàng ngày như Raspberry Pi chạy các nút mạng. Những hạn chế này cho phép một hệ thống toàn diện nơi mọi người có thể giúp vận hành mạng Ethereum phi tập trung.

Do những hạn chế tính toán này của các nút Ethereum, các ứng dụng phức tạp như mô hình học máy, trò chơi hoặc ứng dụng điện toán khoa học hiện không thể chạy trực tiếp trên Ethereum.

Đây là một sự đánh đổi nhằm giúp Ethereum có thể truy cập rộng rãi, an toàn và bền vững làm nền tảng cho các ứng dụng thiết yếu. Nhưng chắc chắn, có một số hạn chế liên quan đến máy tính có khả năng tính toán không giới hạn. Ngay cả khi so sánh với các bộ xử lý cổ xưa như Pentium 5, nó vẫn có những hạn chế:

Đây là một sự đánh đổi nhằm giúp Ethereum có thể truy cập rộng rãi, an toàn và bền vững làm nền tảng cho các ứng dụng thiết yếu. Nhưng chắc chắn, có một số hạn chế liên quan đến máy tính có khả năng tính toán không giới hạn. Ngay cả khi so sánh với các bộ xử lý cổ xưa như Pentium 5, nó vẫn có những hạn chế:

Cuối cùng, việc lưu trữ và tính toán hạn chế sẽ giới hạn mức độ tự do có sẵn cho các ứng dụng (các giới hạn này khác nhau tùy theo từng blockchain, nhưng chúng luôn tồn tại). Mọi người so sánh blockchain với môi trường bị hạn chế về mặt tính toán của những năm 1970 và 1980, nhưng chúng tôi tin rằng có một số khác biệt lớn:

Tất cả những điều này nhằm nói lên rằng CPU đã được cải thiện qua nhiều năm và chúng ta có nhiều lõi CPU hơn trên mỗi thiết bị, cho phép chúng ta thực hiện các tác vụ ngày càng phức tạp. Nếu chúng tôi tin rằng máy tính blockchain sẽ không nhanh bằng điện toán truyền thống (do các yêu cầu về nút cơ sở), thì việc cố gắng tìm các nguồn máy tính thay thế là điều hợp lý. Một sự tương đồng thú vị ở đây là CPU trong điện toán truyền thống không giỏi xử lý đồ họa, dẫn đến sự gia tăng GPU ở hầu hết mọi máy tính. Tương tự như vậy, vì blockchain tập trung vào việc trở thành một kho lưu trữ trạng thái an toàn cho phép sử dụng các loại pin tính toán đơn giản, nên sẽ có cơ hội rõ ràng để điện toán ngoài chuỗi mở rộng không gian thiết kế ứng dụng. Ngày nay, blockchain chỉ có ý nghĩa đối với các ứng dụng có tính toán thấp yêu cầu các đặc tính như quyền truy cập mở, quyền tự chủ, khả năng chống kiểm duyệt và khả năng kết hợp. Để đưa nhiều ứng dụng hơn vào chuỗi, chúng tôi cần dỡ bỏ các hạn chế đối với các nhà phát triển ứng dụng. Chúng tôi nói điều này với giả định rằng những hạn chế này cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc thử nghiệm. Ví dụ: CLOB không thể chạy hiệu quả trên Ethereum do hạn chế về mặt tính toán, vì vậy AMM đã được thông qua, khối lượng giao dịch của nó đã đạt tới một nghìn tỷ đô la Mỹ.

Có hai cách phổ biến để cung cấp thêm sức mạnh tính toán cho các ứng dụng blockchain:

Tăng yêu cầu nút cơ sở tương đối thường xuyên. Đây gần như là con đường được thực hiện bởi các chuỗi khối hiệu suất cao tích hợp như Solana và Sui. Đường cơ sở cao của các nút cho phép chúng xây dựng các chuỗi khối rất nhanh và cũng loại bỏ một số hạn chế về thiết kế trong thiết kế ứng dụng. Phoenix là một sổ lệnh giới hạn DEX trên Solana và hiện không thể được xây dựng trên Ethereum (hoặc bất kỳ L2 nào). Mặt trái của việc ngày càng tăng các yêu cầu cơ bản là nếu chúng tiếp tục phát triển thì các nút đang chạy chỉ có thể khả thi đối với các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng chuyên nghiệp. Các yêu cầu về RAM trong quá khứ là một ví dụ điển hình về việc các yêu cầu về phần cứng trên Solana tiếp tục tăng như thế nào:

Lưu trữ (lưu ý: chúng tôi sử dụng nhu cầu RAM trung bình năm 2020) chuyển việc tính toán sang bên thứ ba ngoài chuỗi. Đây là chiến lược được hệ sinh thái Ethereum áp dụng. Bản thân các bên thứ ba này có thể là blockchain (trong trường hợp tổng hợp), các thiết bị điện toán có thể xác minh ngoài chuỗi (tức là bộ đồng xử lý) hoặc các bên thứ ba đáng tin cậy (trong trường hợp điện toán ngoài chuỗi dành riêng cho ứng dụng như sổ đặt hàng dydx ) ).

Hướng tới sự thống nhất của điện toán ngoài chuỗi

Gần đây, ngày càng có nhiều cuộc thảo luận về bộ đồng xử lý, nơi cung cấp các tính toán có thể kiểm chứng ngoài chuỗi. Bộ đồng xử lý có thể được triển khai theo nhiều cách khác nhau, bao gồm nhưng không giới hạn ở bằng chứng không có kiến ​​thức hoặc Môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE). Một số ví dụ:

Đồng thời, về mặt tính toán giảm tải, lộ trình tập trung vào tổng hợp của Ethereum sẽ giảm tải các tính toán cho các tập hợp khác nhau trên Ethereum. Trong vài năm qua, các nhà phát triển và người dùng đã chuyển sang Rollups do các giao dịch và ưu đãi rẻ hơn, nhanh hơn mà họ cung cấp. Trong một thế giới lý tưởng, các đợt tổng hợp cho phép Ethereum mở rộng quy mô sức mạnh tính toán tổng thể của mình thông qua việc thực thi ngoài chuỗi mà không cần thêm các giả định về độ tin cậy. Tính toán nhiều hơn có nghĩa là không chỉ thực hiện nhiều giao dịch hơn mà còn thực hiện nhiều phép tính biểu cảm hơn trên mỗi giao dịch. Các loại giao dịch mới mở rộng không gian thiết kế có sẵn cho các ứng dụng và thông lượng cao hơn giúp giảm chi phí thực hiện các giao dịch biểu cảm này, đảm bảo quyền truy cập hiệu quả về mặt chi phí vào các ứng dụng cấp cao hơn.

Trước khi đi xa hơn, hãy xác định ngắn gọn tập hợp và bộ đồng xử lý để tránh nhầm lẫn:

Bản tổng hợp: Bản tổng hợp duy trì trạng thái phân vùng liên tục tách biệt với chuỗi cơ sở/chuỗi máy chủ nhưng vẫn kế thừa các thuộc tính bảo mật của cơ sở bằng cách xuất bản dữ liệu/bằng chứng lên cơ sở đó. Bằng cách di chuyển các trạng thái ra khỏi chuỗi máy chủ, các bản tổng hợp có thể sử dụng tính toán bổ sung để thực hiện chuyển đổi trạng thái trước khi xuất bản bằng chứng về tính toàn vẹn cho các chuyển đổi trạng thái đó sang máy chủ. Rollup hữu ích nhất cho những người dùng không muốn trả phí cao của Ethereum nhưng muốn truy cập vào các thuộc tính bảo mật của Ethereum.

Trước khi đi sâu vào bộ đồng xử lý, trước tiên chúng ta hãy hiểu những hạn chế hiện tại của việc phát triển hợp đồng thông minh trên Ethereum. Ethereum có trạng thái lưu trữ liên tục ở trạng thái toàn cầu - số dư tài khoản, dữ liệu hợp đồng, v.v. Dữ liệu này vẫn còn trên blockchain vô thời hạn. Tuy nhiên, có một số hạn chế:

Giải pháp xung quanh vấn đề này là:

Bộ đồng xử lý: Bản thân bộ đồng xử lý không duy trì bất kỳ trạng thái nào; chúng hoạt động giống như các hàm lambda trên AWS, các ứng dụng có thể gửi cho chúng các tác vụ tính toán và chúng trả về kết quả cùng với bằng chứng tính toán. Về cơ bản, bộ đồng xử lý làm tăng số lượng tính toán có sẵn cho bất kỳ giao dịch cụ thể nào, nhưng vì bằng chứng về bộ đồng xử lý cũng được thực hiện trên cơ sở mỗi giao dịch nên việc sử dụng chúng sẽ đắt hơn so với việc tổng hợp. Xem xét chi phí, bộ đồng xử lý có thể hữu ích cho các giao thức hoặc người dùng muốn thực hiện các tác vụ phức tạp một lần theo cách có thể kiểm chứng được. Một lợi ích khác của bộ đồng xử lý là chúng cho phép các ứng dụng sử dụng tính toán ngoài chuỗi cũng có thể truy cập vào trạng thái lịch sử đầy đủ của Ethereum mà không cần thêm bất kỳ giả định tin cậy nào vào chính ứng dụng đó; điều này là không thể với các hợp đồng thông minh thông thường ngày nay.

Để hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa tập hợp và bộ đồng xử lý, chúng ta hãy tham khảo hương vị ZK của hai nguyên thủy này. Bản tổng hợp ZK cung cấp quyền truy cập vào các khía cạnh có thể xác minh và nén của bằng chứng không có kiến ​​thức, làm tăng đáng kể thông lượng của hệ sinh thái. Mặt khác, bộ đồng xử lý chỉ truy cập các thuộc tính có thể xác minh của zk-proofs, có nghĩa là thông lượng tổng thể của hệ thống không thay đổi. Ngoài ra, các bản tổng hợp ZK yêu cầu mạch điện có thể chứng minh bất kỳ chương trình nào nhắm mục tiêu vào máy ảo của bản tổng hợp (ví dụ: các bản tổng hợp trên Ethereum đã xây dựng zkEVM cho các hợp đồng nhắm mục tiêu EVM). Ngược lại, bộ đồng xử lý ZK chỉ cần xây dựng các mạch cho các tác vụ mà chúng dự định thực hiện.

Vì vậy, hai điểm khác biệt lớn nhất giữa cuộn lên và bộ đồng xử lý dường như là:

Gần đây, Booster Rollups đã được đề xuất, thực hiện các giao dịch như thể chúng đang chạy trực tiếp trên chuỗi máy chủ, với quyền truy cập vào trạng thái đầy đủ của máy chủ. Tuy nhiên, Booster Rollups cũng có bộ lưu trữ riêng, cho phép chúng mở rộng quy mô tính toán và lưu trữ trên các máy chủ và bản tổng hợp. Đề xuất Booster Rollup chỉ ra một phổ trong phổ của các thiết kế điện toán ngoài chuỗi, với các cuộn và bộ đồng xử lý truyền thống ở hai đầu đối diện của phổ. Bản tổng hợp, bản tổng hợp tăng cường và bộ đồng xử lý đều cung cấp quyền truy cập vào nhiều tính toán hơn, điểm khác biệt duy nhất là chúng giữ lại lượng trạng thái được phân vùng từ L1 cơ bản.

Trong buổi nói chuyện tại Hội nghị thượng đỉnh mô-đun 2023 có tên "Giao dịch được bảo vệ là các bản tổng hợp", Henry De Valence đã nói về khái niệm chính xác này và đưa ra một hình ảnh rất đơn giản để xác định các bản tổng hợp:

Cuộc thảo luận này giả định rằng bất kỳ hoạt động thực thi nào được chuỗi cơ bản giảm tải cho bên thứ ba đều là một bản tổng hợp. Theo định nghĩa của ông, bộ đồng xử lý cũng sẽ được tổng hợp. Điều này hơi khác so với quan điểm của chúng tôi về việc hợp nhất các cuộn tổng hợp và bộ đồng xử lý dưới biểu ngữ tính toán có thể xác minh ngoài chuỗi, nhưng cảm nhận chung vẫn như cũ!

Trong tầm nhìn Endgame của mình, Vitalik thảo luận về một tương lai nơi việc sản xuất khối được tập trung hóa, xác thực khối là không cần tin cậy và có tính phân cấp cao. Chúng tôi tin rằng đây gần như là mô hình phù hợp để suy nghĩ về những gì đang xảy ra hiện nay. Trong zk-rollup, việc tính toán sản xuất khối và chuyển đổi trạng thái được tập trung hóa. Tuy nhiên, bằng chứng làm cho việc xác minh trở nên rẻ và phi tập trung. Tương tự, bộ đồng xử lý zk không tạo ra các khối; nó chỉ truy cập dữ liệu lịch sử và tính toán các chuyển đổi trạng thái cho dữ liệu đó. Các phép tính trên bộ đồng xử lý zk luôn có thể được thực hiện trên một máy tập trung; tuy nhiên, bằng chứng hợp lệ được trả về cùng với kết quả cho phép mọi người xác minh kết quả trước khi sử dụng chúng. Có lẽ tầm nhìn của Vitalik là đúng khi khẳng định lại: “Tương lai của điện toán là tập trung, nhưng việc xác minh điện toán tập trung là không đáng tin cậy và có tính phân cấp cao”.

Chúng ta biết nhau nhưng có sự khác biệt

Mặc dù nhìn chung tương tự nhau nhưng các bản tổng hợp và bộ đồng xử lý ngày nay phục vụ các thị trường rất khác nhau. Người ta có thể hỏi: “Nếu chúng tôi có thể sử dụng bộ đồng xử lý trên ETH L1 và tăng tính thanh khoản cho chúng, thì tại sao chúng tôi lại cần bản tổng hợp?” Mặc dù đây là một câu hỏi hợp lý nhưng chúng tôi cho rằng có một số lý do tại sao bản tổng hợp vẫn có sẵn. cơ hội thị trường hơn các bộ đồng xử lý ngày nay):

Ngoài ra, vì các bản tổng hợp cung cấp khả năng chạy các giao dịch ở trạng thái riêng biệt này nên chúng vẫn hoạt động giống như một chuỗi khối (một chuỗi khối nhanh hơn, ít phi tập trung hơn nhưng vẫn là một chuỗi khối), do đó, bản thân chúng cũng có những giới hạn rõ ràng về số lượng tính toán có thể được thực hiện. được truy cập từ danh sách tổng hợp. Trong trường hợp này, bộ đồng xử lý rất hữu ích cho việc tổng hợp nếu người dùng muốn thực hiện các giao dịch phức tạp tùy ý (hiện tại bạn đang thực hiện một giao dịch có thể xác minh được trên tổng hợp, do đó bạn chỉ phải tuân theo các quy luật vật lý của tổng hợp).

Một điểm quan trọng khác cần lưu ý ở đây là phần lớn thanh khoản hiện nằm trên ETH L1, vì vậy đối với nhiều giao thức dựa vào tính thanh khoản để cải thiện sản phẩm của họ, có lẽ vẫn nên khởi chạy trên mạng chính Ethereum. Các ứng dụng trên mạng chính Ethereum có thể truy cập nhiều tính toán hơn bằng cách thực hiện các giao dịch không liên tục trên bộ đồng xử lý. Ví dụ: DEX như Ambient hoặc Uniswap v4 có thể sử dụng hook và bộ đồng xử lý để thực hiện logic phức tạp nhằm quyết định cách thay đổi phí hoặc thậm chí sửa đổi hình dạng của đường cong thanh khoản dựa trên dữ liệu thị trường.

Một sự tương tự thú vị so sánh sự tương tác giữa cuộn lên và bộ đồng xử lý với lập trình mệnh lệnh và chức năng. Lập trình mệnh lệnh tập trung vào trạng thái có thể thay đổi và các tác dụng phụ, chỉ định cách thực hiện các nhiệm vụ theo từng bước. Lập trình hàm nhấn mạnh vào dữ liệu bất biến và các hàm thuần túy, tránh thay đổi trạng thái và tác dụng phụ. Tương tự như vậy, các bản tổng hợp giống như các chương trình mệnh lệnh sửa đổi trạng thái mà chúng nắm giữ, trong khi bộ đồng xử lý giống như các chương trình chức năng không thay đổi trạng thái nhưng tạo ra kết quả và bằng chứng tính toán. Hơn nữa, giống như lập trình mệnh lệnh và lập trình chức năng, các bản tổng hợp và bộ đồng xử lý đều có vị trí của chúng và nên được sử dụng phù hợp.

Một tương lai dựa trên bằng chứng

Nếu chúng ta đến một thế giới nơi điện toán được tập trung hóa, nhưng việc xác minh tính toán tập trung lại không đáng tin cậy và có tính phân cấp cao, thì Ethereum sẽ đi về đâu? Máy tính của thế giới sẽ được thu gọn thành cơ sở dữ liệu? đây là một điều xấu?

Cuối cùng, mục tiêu của Ethereum là cung cấp cho người dùng quyền truy cập vào tính toán và lưu trữ không cần tin cậy. Trước đây, cách duy nhất để truy cập tính toán không cần tin cậy trên Ethereum là tính toán phải được thực hiện và xác minh bởi tất cả các nút. Với những tiến bộ trong công nghệ chứng minh (đặc biệt là bằng chứng không có kiến ​​thức), chúng tôi có thể chuyển hầu hết các tính toán xảy ra trên nút trình xác thực sang tính toán ngoài chuỗi và chỉ có trình xác thực mới xác minh kết quả trên chuỗi. Về cơ bản, điều này biến Ethereum thành bảng thông báo bất biến của thế giới. Bằng chứng tính toán cho phép chúng tôi xác minh rằng các giao dịch đã được hoàn thành chính xác và bằng cách xuất bản chúng lên Ethereum, chúng tôi có thể lấy được dấu thời gian và lưu trữ lịch sử bất biến của những bằng chứng này. Khi các bằng chứng không có kiến ​​thức trở nên hiệu quả hơn trong các phép tính tùy ý, đến một lúc nào đó, chi phí tính toán trong ZK có thể thấp hơn đáng kể so với chi phí tính toán trên chuỗi khối (thậm chí có thể là chuỗi CometBFT 100 trình xác thực). Trong một thế giới như vậy, thật khó để tưởng tượng rằng bằng chứng ZK sẽ không trở thành phương thức truy cập thống trị vào điện toán không cần sự tin cậy. David Wong gần đây cũng bày tỏ suy nghĩ tương tự:

Bất kỳ tính toán nào trong tương lai đều có thể được chứng minh, điều này cũng cho phép chúng tôi xây dựng cơ sở hạ tầng cho nhiều ứng dụng không cần sự tin cậy mà người dùng cần, thay vì cố gắng trang bị thêm lớp cơ sở Ethereum để trở thành ngôi nhà cho các ứng dụng này. Trong một thế giới lý tưởng, cơ sở hạ tầng tùy chỉnh sẽ tạo ra trải nghiệm người dùng liền mạch hơn và cũng sẽ mở rộng quy mô với các ứng dụng được xây dựng trên đó. Điều này hy vọng sẽ cho phép các ứng dụng web3 cạnh tranh với các ứng dụng web2 và mở ra một tương lai dựa trên bằng chứng, không cần sự tin cậy mà các nhà mạng đã mơ ước.

Nói chung, chúng tôi tin rằng chúng tôi đang hướng tới mô hình sau:

Đừng tin tưởng, hãy xác minh.