Dencun: разбираем обновление Ethereum и его влияние на сеть

17 января в тестнете Goerli активировали обновление Dencun. Это один из последних этапов перед имплементацией хардфорка в основной сети Ethereum. Апдейт, среди прочего, вносит ряд технических изменений, необходимых для перехода к данкшардингу и повышения пропускной способности блокчейна.

Для большинства пользователей Dencun ассоциируется в первую очередь с EIP-4844 или так называемым прото-данкшардингом. Однако помимо него апгрейд включает реализацию еще семи предложений по улучшению Ethereum (EIP), влияющих на те или иные аспекты работы блокчейна. Команда Incrypted подробно разобрала каждый из них.

Что такое обновление Dencun

Dencun — комплексное обновление сети Ethereum, необходимое для дальнейшей реализации данкшардинга и Деревьев Веркла. Это крупнейший апгрейд после Shapella, развернутого в апреле 2023 года.

Как и другие знаковые обновления, Dencun затрагивает одновременно уровни консенсуса и исполнения, поэтому, по сути, состоит из двух больших модулей, образующих его название:

• Deneb — блок EIP, касающихся консенсуса сети. По сформировавшейся традиции эти обновления получают название в честь определенной звезды в алфавитном порядке.
• Cancun — включает нововведения в слое исполнения, которые называют в честь городов, где проходила конференция Devcon.

Если наложить Dencun на последнюю версию дорожной карты Ethereum, опубликованную Виталиком Бутериным 30 декабря 2023 года, то он затрагивает такие этапы развития сети, как The Surge и The Purge.

Фрагмент дорожной карты Ethereum. Данные: Виталик Бутерин.

Дальше мы подробно разберем все EIP, включенные в модули Deneb и Cancun, чтобы понять, как изменится сеть Ethereum после обновления и каким образом это скажется на обычных пользователях.

Изменения в слое консенсуса

Слой консенсуса Ethereum (Beacon Chain) — это набор механизмов взаимодействия валидаторов, обеспечивающий консенсус в отношении текущего состояния сети. Сюда входит все, что касается алгоритма Proof-of-Stake — от очереди на запуск и закрытие узла до финализации блоков и размера депозита. Пакет предложений, относящихся к консенсусу, включает три EIP.

EIP-7044: бессрочная подпись для добровольного выхода валидатора

Ethereum позволяет валидаторам (операторам нод) и стейкерам (владельцам ETH) использовать делегированный стейкинг, при котором инвестор передает свои активы для внесения залога узла. В этом процессе задействуется два типа ключей:

• ключ подписи (signing keys), при помощи которого валидатор подтверждает свои действия;
• ключ отзыва (withdrawal keys), который дает доступ к активам стейкера.

Взаимодействие между сторонами делегированного стейкинга. Данные: Consensys.

В теории механизм позволяет стейкерам в любой момент забрать свои средства при помощи ключа отзыва. Однако для этого валидатору нужно подписать транзакцию о добровольном выходе из сети (VEM) своим ключом.

Как правило, такая операция подписывается валидатором и передается стейкеру при внесении ETH, чтобы он мог в любое время инициировать вывод средств. Однако текущая конфигурация Ethereum предусматривает, что подписи добровольного выхода действительны только для текущего и предыдущего форков блокчейна, что фактически аннулирует подписи валидаторов после внедрения Dencun.

EIP-7044 предлагает убрать правило двух форков, сделав подписи бессрочными. Это исключит ситуации, в которых стейкер окажется зависимым от действий валидатора и не сможет забрать свои активы без согласия последнего. Обновление также позволит отказаться от предоставления подписанного добровольного выхода сразу для нескольких версий сети.

EIP-7045: увеличение периода подачи аттестаций

Для обеспечения консенсуса касательно действительной цепочки блоков в Ethereum используется гибридный алгоритм Gasper. Одна из его составляющих — LMD-GHOST (Latest Message Driven Greedy Heaviest Observed SubTree). Это механизм, отвечающий за оценку голосований (аттестаций) по каждому блоку и определения его каноничности. Проще говоря, LMD-GHOST выбирает, какая цепочка в случае форка считается основной.

Принцип работы LMD-GHOST. Данные: Consensys.

В текущей версии сети валидаторы могут подавать свои аттестации по какому-либо блоку на протяжении одной эпохи.

Что такое эпоха?

Эпоха — это временной период в сети Ethereum, который состоит из 32 слотов. Слот, в свою очередь, представляет собой промежуток времени, на протяжении которого может быть предложен или утвержден блок (12 секунд).

Проблема в том, что у голосующих валидаторов (за исключением первого блока) временной промежуток для подачи аттестаций будет меньше одной эпохи и он сокращается по мере заполнения слотов в каждой эпохе. Это приводит к тому, что у последних блоков эпохи количество аттестаций, оцениваемое LMD-GHOST, будет меньше, чем у первых.

EIP-7045 предлагает расширить окно подачи аттестации для блока с одной эпохи до двух. Фактически это значит, что финализация последнего слота (и, следовательно, всей эпохи) возможна лишь по завершению следующей эпохи. За это время последний слот сможет собрать больше аттестаций, чем при текущей конфигурации.

Это даст валидатором больше времени для голосования и одновременно позволит алгоритму LMD-GHOST получить большее количество мнений для каждого блока в эпохе, что повышает надежность консенсуса сети.

EIP-7514: ограничения на вход валидаторов

После обновления Shapella, разблокировавшего вывод активов из депозитного контракта, количество валидаторов в сети начало стремительно расти. Частично это связано с популяризацией сервисов ликвидного стейкинга, частично — с появлением у инвесторов возможности управлять своим капиталом.

Чтобы избежать резкого роста или сокращения стека валидаторов, Ethereum устанавливает ограничения на присоединение и выход из сети. Базовое значение составляет четыре узла на каждую эпоху и увеличивается пропорционально общему числу валидаторов. Поэтому в теории при сохранении спроса на стейкинг лимит может расти до бесконечности.

Однако слишком большое число валидаторов создает трудности в работе сети, в частности, усложняет финализацию блоков, о чем мы говорили в статье, посвященной централизации стейкинга Ethereum.

EIP-7514 направлен на ограничение темпов роста стека валидаторов через установку максимального лимита на вход на уровне восьми нод в эпоху, независимо от текущего числа узлов. Формула расчета для выхода при этом останется прежней.

Разработчики считают, что это поможет замедлить рост количества узлов в слое консенсуса и даст сообществу Ethereum больше времени на поиск комплексного решения проблемы.

Еще одним последствием станет снижение темпов эмиссии ETH, поскольку показатель зависит от объема вознаграждения валидаторов и, следовательно, от числа последних. Потенциально это может усилить дефляционные процессы в токеномике.

Нововведения для слоя исполнения

Второй пакет обновлений — Deneb — включает предложения по улучшению работы слоя исполнения, то есть виртуальной машины Ethereum (EVM). В этот блок включено четыре EIP.

EIP-5656: добавление команды MCOPY

При создании смарт-контрактов в Ethereum часто задействуется базовая операция копирования памяти при помощи команд MSTORE или MLOAD. Однако в EVM их выполнение требует сравнительно большого количества газа, поэтому EIP-5656 предлагает новую команду MCOPY с оптимизированной структурой данных.

MCOPY является комбинацией MSTORE и MLOAD и позволяет выполнять копирование памяти в несколько раз дешевле по сравнению с уже существующим механизмом. Это положительно скажется на пользователях, поскольку может снизить расходы на газ при вызове определенных смарт-контрактов.

При этом MCOPY не заменяет старые команды, то есть никак не влияет на уже развернутые смарт-контракты, а при написании новых разработчики могут использовать опкод по своему усмотрению.

EIP-1153: временные хранилища

С оптимизацией хранения данных связано и EIP-1153, которое предлагает ввести в Ethereum концепцию временных хранилищ и две релевантные команды — TLOAD и TSTORE.

Временные хранилища данных работают так же, как и обычные, но очищаются после каждой транзакции. Разработчики считают, что с помощью временного хранилища можно оптимизировать промежуточные этапы исполнения смарт-контрактов. Например, когда транзакцией вызывается контракт, который, в свою очередь, вызывает другой контракт.

Это позволит отказаться от сравнительно небезопасного обмена данными между контрактами через входы/выходы или дорогостоящего использования основного хранилища для записи промежуточных данных. Так же, как и предыдущее предложение, EIP-1153 может снизить потребление газа для некоторых контрактов, что в какой-то мере скажется на комиссии пользователей.

EIP-6780: переработка команды SELFDESTRUCT

В Ethereum существует функция SELFDESTRUCT, при вызове которой из базы данных блокчейна удаляется фрагмент кода и его хранилище. Этот опкод был введен для очищения состояния сети от устаревшей или ненужной информации, однако на практике принес больше проблем, чем пользы.

Во многих случаях использование SELFDESTRUCT приводит к непредсказуемым последствиям и может нарушить взаимосвязи сразу в нескольких смарт-контрактах. Вред от низкой детерминированности опкода только увеличится после внедрения Древа Веркла, поэтому устранение команды отмечено отдельным пунктом на дорожной карте Ethereum.

Однако блокировка и полное удаление функции также может иметь отрицательные последствия для уже существующих смарт-контрактов, поэтому EIP-6780 предлагает «ослабить» SELFDESTRUCT, разрешив ее выполнение только в рамках той же транзакции, в которой создается контракт. Все остальные вызовы команды приведут к переводу активов с уничтожаемого баланса, но не к удалению данных и хранилища.

Разработчики ожидают, что такое решение поможет постепенно минимизировать влияние SELFDESTRUCT, не приведя к сбоям в уже существующих контрактах, использующих эту функцию.

EIP-4788: отображение состояния консенсуса в EVM

Как мы уже упоминали, Ethereum состоит из двух слоев — исполнения (EVM) и консенсуса (Beacon Chain). При создании нового блока, чисто технически, он создается на каждом уровне, то есть каждый блок в EVM соответствует блоку с информацией в Beacon Chain.

На момент написания коммуникация между слоями происходит через так называемый Engine API. С его помощью клиент консенсуса получает данные со слоя исполнения, необходимые для построения и предложения нового блока, и передает обратно информацию о предыдущем валидном блоке, на основе которого EVM может проводить дальнейшие операции.

Взаимодействие между слоями Ethereum с использованием Engine API. Данные: Consensys.

Проблема в том, что это односторонний способ обмена информацией, при котором клиент консенсуса может затребовать данные у клиента исполнения, но не наоборот. Из-за этого узлы EVM по умолчанию не имеют доступа к информации из слоя консенсуса, например, о балансе валидаторов.

Инициаторы EIP-4788 предлагают исправить это при помощи размещения корневого хеша предыдущего блока уровня консенсуса в каждом блоке уровня исполнения. Определенный набор этих корневых хешей хранится в самоочищающемся смарт-контракте Ethereum. Размер смарт-контракта рассчитан таким образом, чтобы сохранять данные из Beacon Chain на протяжении ~24 часов, после чего они перезаписываются.

Фактически это создание на уровне блокчейна своего рода оракула, который передает информацию о слое исполнения в EVM, чего не было раньше.

Почему это важно?

EIP-4788 ориентирован в первую очередь на платформы ликвидного стейкинга и рестейкинга, которым требуются данные о слое консенсуса для начисления вознаграждений пользователям. Сейчас для получения этой информации они полагаются на сеть внешних оракулов (к примеру, у Lido их пять), что требует дополнительных расходов и доверительных отношений между провайдером оракулов и LST-протоколом.

После реализации обновления смарт-контракты этих платформ (и любых других приложений) смогут запрашивать данные о Beacon Chain напрямую у публичного контракта Ethereum. Это позволит отказаться от внешних поставщиков и исключит потенциальные риски, связанные с их компрометацией.

В целом EIP-4788 оценивается как одно из наиболее технически сложных и ощутимых обновлений пакета Dencun, уступая по значимости только EIP-4844.

На пути к данкшардингу: EIP-4844

Наиболее ожидаемым компонентом Dencun является EIP-4844 или прото-данкшардинг. Он вносит в архитектуру блокчейна изменения, необходимые для дальнейшей имплементации данкшардинга, в частности, интегрирует так называемые большие двоичные объекты (blobs или блобы).

Блобы позволяют прикреплять к каждому блоку в сети Ethereum до трех больших (128 kB) пакетов информации о транзакциях. Эта информация будет сохраняться узлами Beacon Chain лишь ограниченное время (~18 дней) и не попадает в EVM, поэтому пространство для хранения блобов стоит гораздо дешевле, чем запись основных ончейн-данных. Сам слой исполнения при этом будет получать лишь ссылку на данные в виде обязательств KZG.

Архитектура большого двоичного объекта. Данные: Consensys.

Ожидается, что сети второго уровня задействуют большие двоичные объекты для записи пакета транзакций, вместо calldata, которая используется для этой цели сейчас. Таким образом более дешевые блобы помогут сделать комиссию в L2 в 40-100 раз ниже, чем в основном блокчейне.

Изменения коснутся и других аспектов работы уровней консенсуса и исполнения. В частности:

• появится механизм проверки больших двоичных объектов и доказательств KZG;
• запустится рынок комиссий для блобов;
• валидаторам, вероятнее всего, потребуется дополнительное пространство для хранения временных данных;
• проведена церемония KZG для создания криптографичской защиты доказательств.

Чтобы узнать больше об EIP-4844, рекомендуем ознакомиться с нашей обзорной статьей, посвященной этому предложению.

Таким образом, Dencun является одним из наиболее комплексных и важных обновлений для сети Ethereum, сопоставимый с The Merge. Несмотря на то, что большая часть нововведений ориентирована в первую очередь на разработчиков и валидаторов, EIP-4844 окажет влияние и на рядовых пользователей экосистемы. Особенно тех, которые взаимодействуют с L2.

Важно понимать, что Dencun это еще и важный этап на пути к реализации данкшардинга, который полностью перестроит архитектуру блокчейна и, вероятно, позволит Ethereum преодолеть проблему низкой пропускной способности, не жертвуя безопасностью. Это, в свою очередь, поможет проекту усилить позиции на рынке за счет эффективной конкуренции с более производительными сетями вроде Solana.

Часто задаваемые вопросы

Каким будет обновление Ethereum в 2024 году?

На 2024 год запланировано обновление Dencun. Основной его целью является подготовка сети к данкшардингу, однако форк включает несколько других важных изменений, влияющих на разработчиков и обычных пользователей.

Что такое Ethereum Dencun?

Dencun — это комплексное обновление Ethereum, влияющее на работу блокчейна на различных уровнях. Нововведения будут развернуты в основной сети предположительно весной 2024 года через хардфорк.

Был ли запущен ETH 2.0?

Термин ETH 2.0 обозначал комплекс шагов, необходимых для перехода Ethereum с алгоритма Proof-of-Work на Proof-of-Stake и слияния уровней исполнения и консенсуса. Это слияние произошло осенью 2022 года после чего понятие Ethereum 2.0 перестало использоваться.

Каковы обновления Ethereum выпущенные на этот момент?

Начиная с 2016 года в ходе нескольких крупных форков в сети Ethereum было реализовано 17 комплексных обновлений, включая переход на PoS-алгоритм (Paris) и разблокировку депозитного контратка (Shapella). Полный список апдейтов доступен тут.