Árvores de Verkle vs. STARKs: Qual das duas rotas definitivas para validação sem estado Ethereum é a melhor?

A rede Ethereumpode evoluir em direção à validação sem estado à medida que suas necessidades de armazenamento e verificação de dados aumentam. O cofundador Vitalik Buterin propõe duas soluções para essa transição: árvores de Verkle e STARKs.

Embora ambas as abordagens tornem a verificação de blocos mais eficiente e acessível, existem vantagens e desvantagens em relação à segurança, eficiência e complexidade de implementação.

Qual dos STARKs como alternativa às Árvores Verkle?

Ethereum Vitalik Buterin, cofundador publicou mais um artigo em seu blog para explicar o possível futuro da rede. Buterin focou na validação sem estado , onde os nós podem verificar blocos sem armazenar o estado completo Ethereum . Em declaração ao The Verge, ele explica que o objetivo inicial era tornar o Ethereum protocolo mais eficiente, reduzindo os requisitos computacionais para verificação . No entanto, ele acrescenta que a meta agora é verificar a cadeia com SNARKs.

Tanto as árvores de Verkle quanto os STARKs visam reduzir os requisitos computacionais para a verificação de blocos . Enquanto isso, os SNARKs — argumentos concisos e não interativos de conhecimento — também fazem parte do Ethereumfuturo do

As árvores de Verkle permitiriam que os nós verificassem os blocos Ethereum gerando provas compactas, o que reduziria a necessidade de os nós armazenarem todo o estado. No entanto, as árvores de Verkle podem enfrentar limitações potenciais com a computação quântica no futuro. Ele acredita que essa tecnologia complexa agora é mais viável e poderia até mesmo dispensar as árvores de Verkle.

Enquanto isso, o The Verge tem dois objetivos principais. O primeiro é reduzir a quantidade de dados que um nó precisa armazenar para verificar as transações Ethereum . O segundo é tornar os requisitos computacionais para verificação tão baixos que até mesmo dispositivos móveis e smartwatches possam participar da rede.

Portanto, independentemente do caminho que Ethereum escolher para a verificação sem estado — Verkle ou STARKs — o objetivo é lidar com o tamanho crescente dos dados. Buterin afirmou: "Os dados brutos do estado aumentam em cerca de 30 GB por ano, e os clientes individuais precisam armazenar alguns dados extras para poderem atualizar a árvore de dados de forma eficiente."

Como a implementação da Verificação Sem Estado pode simplificar a configuração de nós

Notavelmente, o crescente volume de Ethereumtem dificultado a configuração e atualização de nós pelos participantes do stake. Por esse motivo, Buterin defende a validação sem estado para solucionar esse problema, permitindo que os nós verifiquem os blocos sem armazenar todos os dados. O processo permite que os nós verifiquem os blocos usando uma testemunha que inclui valores de estado e provas criptográficas. No entanto, para que a validação sem estado funcione de forma eficiente, Ethereumprecisaria ser substituída, pois não é ideal para criar provas compactas e fáceis de verificar.

Mas, considerando que a verificação sem estado incorpora Árvores de Verkle ou STARKs, qual caminho seria melhor para Ethereum? Ambos os métodos têm pontos fortes e fracos. As Árvores de Verkle usam compromissos vetoriais baseados em curvas elípticas, que criam provas compactas, mas ainda podem ser vulneráveis ​​a futuros ataques quânticos. Elas também são mais fáceis de implementar com Ethereum. Os STARKs, por outro lado, oferecem tamanhos de prova menores — cerca de 100 a 300 kB em comparação com os 2,6 MB das Árvores de Verkle — e tempos de prova potencialmente mais rápidos. No entanto, eles exigem mais poder computacional e ainda não foram totalmente integrados ao Ethereumsistema do

Ethereum precisa se tornar mais rápido e eficiente não apenas para a verificação de blocos, mas também para outras aplicações. Isso inclui Mempools, Listas de Inclusão e Clientes Leves. Todos esses casos de uso exigem um grande número de provas para verificar itens como saldos de contas e validade de transações. Portanto, ramificações Merkle mais simples podem ser usadas em vez de provas Stark. Buterin especifica que as ramificações Merkle são atualizáveis ​​e podem oferecer uma vantagem.

Enquanto isso, a Ethereum precisa comunidade também lidar com o trabalho restante. De acordo com Buterin, isso inclui a análise do custo do gás com a EIP-4762. Será observado como a alteração das taxas de gás para clientes sem estado impactaria Ethereum. E como a transição para a ausência de estado é complexa, o processo de transição também precisa ser testado. Há também a necessidade de analisar a segurança de novas funções hash compatíveis com o padrão Stark, como o Poseidon, que são menos testadas . Realizar análises de segurança de novas funções hash e sistemas de prova como o SHA256 também é um passo crucial.

Ethereum terá que considerar criptografia

Segundo Buterin, os três algoritmos — Verkle, STARK com funções hash conservadoras e com novas funções hash — apresentam vantagens e desvantagens. Ele explica que as árvores de Verkle são as mais fáceis de implementar, mas não são resistentes a computação quântica e são mais difíceis de comprovar em sistemas avançados como os SNARKs.

As abordagens baseadas em hash (STARKs) podem oferecer tempos de sincronização mais rápidos para os nós, mas a tecnologia ainda precisa de mais desenvolvimento e análise de segurança. As árvores de Verkle também permitem atualizações fáceis (úteis para mempools e listas de inclusão), mas são mais difíceis de usar para certas provas criptográficas avançadas (SNARKs).

Para lidar com essas compensações, Buterin propõe árvores de Merkle baseadas em reticulados como uma alternativa segura contra computação quântica. No entanto, integrá-las à estrutura atual Ethereum seria complexo. Outra opção é introduzir gás multidimensional para separar a diferença de eficiência entre cenários de caso médio e de pior caso. Isso significa que o gás multidimensional poderia permitir Ethereum reduzisse o número de hashes necessários em casos extremos. Com isso, Ethereum poderia adiar o cálculo da raiz do estado para o próximo bloco e aumentar o tempo disponível para gerar provas.

A rota para a Ethereum abordará a sobrecarga

O blog de Buterin também destaca que as provas de validade para a EVM enfrentam atualmente desafios em termos de segurança e tempo Ethereumtambém envolve a resolução dos de comprovação . O desafio de escalabilidade e descentralização do problemas de geração de provas. A EIP-4444 sugere a implementação de validação sem estado e expiração do histórico para reduzir a carga de armazenamento de dados nos clientes. Além disso , as provas de validade atuais precisam ser otimizadas para melhorar a velocidade e a eficiência. Buterin sugere estratégias como paralelização e o uso de hardware avançado para ajudar a acelerar esse processo.

O The Verge será uma transformação para Ethereum, com foco na ausência de estado e na verificação eficiente. A compatibilidade com o padrão STARK será crucial para diversas outras atualizações da rede PoS, permitindo sua escalabilidade. Apesar dos desafios que ainda persistem, a implementação dessas tecnologias também apresenta vantagens e desvantagens.