أشجار Verkle مقابل STARKs: أي المسارين النهائيين للتحقق من حالة Ethereum بدون تخزين هو الأفضل؟

قد يتقدم شبكة Ethereum نحو التحقق من الحالة بدون تخزين (stateless validation) مع نمو احتياجاتها من تخزين البيانات والتحقق. يقترح المؤسس المشارك فيتاليك بوترين حلين لهذا الانتقال—أشجار Verkle وSTARKs.

بينما يجعل كلا النهجين التحقق من الكتل أكثر كفاءة وإتاحة، هناك مقايضات تتعلق بالأمان والكفاءة وتعقيد التنفيذ.

كيف STARKs كيف تزن كبديل لأشجار Verkle؟

Ethereum المؤسس المشارك فيتاليك بوترين لديه الصادر مدونة أخرى لشرح المستقبل المحتمل للشبكة. ركز بوترين على التحقق من الحالة بدون تخزين في هذه المدونة، حيث يمكن للعقد التحقق من الكتل دون تخزين الحالة الكاملة لـ Ethereum. بالإشارة إلى مشروع The Verge، يشرح أنه كان في وقت سابق يهدف إلى جعل بروتوكول Ethereum أكثر كفاءة من خلال جعل تقليل المتطلبات الحسابية للتحقق منخفض. ومع ذلك، يضيف أن الهدف الآن هو التحقق من السلسلة باستخدام SNARKs.

أشجار Verkle وSTARKs، كلا السبيلين يهدفان إلى جعل المتطلبات الحسابية للتحقق من الكتل رسومأقل. وفي الوقت نفسه، تعد SNARKs—البراهين الصغرى غير التفاعلية للمعرفة—جزءاً من مستقبل Ethereum أيضاً.

ستسمح أشجار Verkle للعقد بالتحقق من كتل Ethereum عن طريق إنشاء براهين مدمجة، مما سيقلل من الحاجة إلى تخزين العقد للحالة بأكملها. ومع ذلك، قد تواجه أشجار Verkle قيوداً محتملة مع الحوسبة الكمية في المستقبل. يعتقد أن التكنولوجيا المعقدة أصبحت الآن أكثر جدوى وقد تتخطى أشجار Verkle تماماً.

في الوقت نفسه، يهدف مشروع The Verge إلى هدفين رئيسيين. الأول هو تقليل كمية البيانات التي يحتاجها العقدة لتخزينها للتحقق من معاملات Ethereum. والثاني هو جعل المتطلبات الحسابية للتحقق منخفضة جداً بحيث يمكن للأجهزة المحمولة والساعات الذكية المشاركة في الشبكة.

لذلك، بغض النظر عن المسار الذي تسلكه Ethereum للتحقق بدون تخزين—Verkle أو STARKs—الهدف هو معالجة النمو المستمر في حجم البياناتوقال بوترين: "تزداد بيانات الحالة الخام بمقدار ~30 جيجابايت سنوياً، ويجب على العملاء الأفراد تخزين بعض البيانات الإضافية فوق ذلك ليكونوا قادرين على تحديث الشجرة بكفاءة.".

كيف يمكن نشر التحقق بدون تخزين تبسيط إعداد العقدة

جدير بالذكر، growing حجم بيانات Ethereum جعل من الصعب على المشاركين في الرهان (stakers) إعداد وترقية عقداتهم. بسبب لهذا السبب، يدافع بوترين عن واحدة التحقق من الحالة بدون تخزين لحل هذه المشكلة من خلال السماح للعقد بالتحقق من الكتل دون تخزين جميع البيانات. تسمح العملية للعقد بالتحقق من الكتل باستخدام شاهد يتضمن قيم الحالة والبراهين المشفرة. ومع ذلك، لكي يعمل التحقق بدون تخزين بكفاءة، يجب استبدال بنية شجرة Merkle Patricia الحالية في Ethereum، لأنها ليست مثالية لإنشاء براهين مدمجة وسهلة التحقق.

ولكن مع دمج التحقق بدون تخزين لأشجار Verkle أو STARKs، أي المسار سيكون أفضل لـ Ethereum؟ لكلتا الطريقتين نقاط قوة وضعف. تستخدم أشجار Verkle التزامن المتجهي القائم على المنحنيات الإهليلجية، مما يخلق براهين مدمجة ولكن قد لا تزال عرضة لهجمات الحوسبة الكمية في المستقبل. كما أنها أسهل في التنفيذ مع بنية Ethereum الحالية. من ناحية أخرى، تقدم STARKs أحجام براهين أصغر—حوالي 100-300 كيلوبايت مقارنة بـ 2.6 ميجابايت لأشجار Verkle—وأوقات إثبات أسرع محتملة. ومع ذلك، فهي تتطلب قوة حوسبية أكبر ولم يتم دمجها بالكامل في نظام Ethereum.

تحتاج Ethereum إلى أن تصبح أسرع وأكثر كفاءة ليس فقط للتحقق من الكتل ولكن للتطبيقات الأخرى أيضاً. وتشمل ذلك Mem pools وقوائم الإدراج والعملاء الخفيفين. وتفيد التقارير أن جميع حالات الاستخدام هذه تتطلب عدداً كبيراً من البراهين للتحقق من عناصر مثل أرصدة الحسابات وصحة المعاملات. لذلك، قد تُستخدم فروع Merkle البسيطة بدلاً من براهين STARK. يحدد بوترين أن فروع Merkle قابلة للتحديث وقد توفر ميزة.

في الوقت نفسه، يحتاج مجتمع Ethereum إلى أيضًا توجيه العمل المتبقي. وفقاً لبوترين، يشمل ذلك تحليل تكلفة الغاز مع EIP-4762. سيوضح ذلك كيف سيؤثر تغيير رسوم الغاز للعملاء بدون تخزين على Ethereum. وبما أن التحول إلى اللامركزية في الحالة معقد، فإن عملية الانتقال تحتاج أيضاً إلى الاختبار. هناك أيضاً وفقاً للتقارير حاجة لتحليل أمان دوال التجزئة الجديدة الصديقة لـ STARKs مثل Poseidon، والتي هي أقل اختبارات. إجراء تحليلات أمنية لدوال التجزئة الجديدة وأنظمة البراهين مثل SHA256 هو أيضاً خطوة حاسمة.

ستحتاج Ethereum إلى النظر في التشفير المقاوم للكمبيوتر وفقاً لبوترين، فإن خوارزميات ⟦N1⟧ Verkle و

وفقاً لـ Buterin، فإن 3 خوارزميات Verkle، مع دوال التجزئة المحافظة ودوال التجزئة الجديدة لها مقايضات. يشرح أن أشجار Verkle هي الأكثر جاهزية للنشر ولكنها ليست مقاومة للكمبيوتر وأصعب في الإثبات في الأنظمة المتقدمة مثل SNARKs. يمكن أن توفر الأساليب القائمة على التجزئة (STARKs) أوقات مزامنة أسرع للعقد، لكن التكنولوجيا لا تزال بحاجة إلى مزيد من التطوير والتحليل الأمني. تسمح أشجار Verkle أيضاً بتحديثات سهلة (مفيدة لـ قوائم المعاملات المعلقة

وقوائم الإدراج) ولكنها أصعب في العمل معها لإثباتات التشفير المتقدمة معينة (SNARKs). للتعامل مع هذه المقايضات، يقترح بوترين أشجار Merkle القائمة على الشبكات لتصبح

بديلاً آمناً ضد الحوسبة الكمية. ومع ذلك، سيكون دمجها في بنية Ethereum الحالية معقداً. خيار آخر هو تحميل إدخال الغاز متعدد الأبعاد لفصل فجوة الكفاءة بين السيناريوهات المتوسطة والأسوأ. هذا يعني أن الغاز متعدد الأبعاد قد يسمح لـ Ethereum بتقليل عدد التجزئات المطلوبة في الحالات القصوى. بذلك، يمكن لـ Ethereum تأجيل حساب جذر الحالة إلى الكتلة التالية وزيادة الوقت لتوليد البراهين. سيعالج مسار قابلية توسع Ethereum عبء التخزين متاحة كما يسلط مدونة بوترين الضوء أيضاً على أن براهين الصلاحية لـ EVM تواجه حالياً تحديات في الأمان ووقت

المُثبت زمن. تأتي تحديات قابلية التوسع واللامركزية في Ethereum أيضاً مع معالجة

توليد البراهين. تقترح EIP-4444 تنفيذ التحقق بدون تخزين وانتهاء صلاحية التاريخ لتقليل عبء تخزين البيانات على العملاء. بالإضافة إلى ذلك تحديات ، تحتاج براهين الصلاحية الحالية إلى التحسين لتحسين السرعة والكفاءة. يقترح بوترين استراتيجيات مثل التوازي و الأجهزة المتقدمة لمساعدة تسريع هذه العملية.سيكون مشروع The Verge تحولاً لـ استخدام Ethereum، مع التركيز على اللامركزية في الحالة والتحقق الفعال. من المتوقع أن تكون الصداقة لـ STARKs مهمة للعديد من الترقيات الأخرى لشبكة PoS لكي تتوسع.

مع أي تحديات متبقية، توجد مقايضات مرتبطة بتنفيذ هذه التقنيات أيضاً. قد يتقدم شبكة Ethereum نحو التحقق من الحالة بدون تخزين مع نمو احتياجاتها من تخزين البيانات والتحقق. يقترح المؤسس المشارك فيتاليك بوترين حلين لهذا الانتقال—أشجار Verkle وSTARKs. بينما يجعل كلا النهجين التحقق من الكتل أكثر كفاءة وإتاحة، هناك مقايضات تتعلق بالأمان والكفاءة وتعقيد التنفيذ. كيف تزن STARKs كبديل لأشجار Verkle؟… مشروع The Verge في Ethereum أفضل عملات الميم ⟦N1⟧ في أكتوبر للنمو المزدوج الأرقام بحلول نوفمبر