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ETH 1.0 需要为 ETH 2.0 提供什么支持?

曾汨   |     |   505 次阅读

新的疆域

ETH 2.0 Phase 0(又称 “信标链”)的主网预计将于今年晚些时候上线。眼下,我们应该思考这样一个问题:现有网络可以做些什么来推动新的系统平滑上线?我们可以想象出一些令人振奋的应用场景,可以(在 ETH 1.0 并入 ETH 2.0 之前)利用两个网络之间的互操作性,但是事实表明,如果不能修改 EVM(以太坊虚拟机)来适应 ETH 2.0 系统使用的新密码学元件,这些应用就将受阻。在此我希望为这些新的密码学元件提供概要的说明,并解释为什么将其整合进 EVM 有助于我们在 Eth1 在迁移之前也能利用新系统的功能。

ETH 1.0 少了什么?

以太坊区块链上的所有数据都是公开的,因此我们必须使用密码学签名来确保特定交易反映相关方的诉求。以太坊所使用的签名方案是以椭圆曲线为基础的,使用的是名为 secp256k1 的曲线。这条曲线上的点被用于名为 ECDSA 的签名方案,为我们的密码学签名赋予我们所期望的属性。

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-https://en.wikipedia.org/wiki/Elliptic_curve_point_multiplication,该椭圆曲线的属性提高了 ECDSA 签名方案的安全性-

尽管基于 secp256k1 的 ECDSA 签名方案已经经过了多年的使用测试,但是二者的定义标准分别只有 20 和 10 年左右的历史。ETH 2.0 采用了较为新颖的构造,利用了密码学方面的新进展。ETH 2.0 系统中的验证者(类似 ETH 1.0 的矿工)使用 BLS 签名方案,以另一种名为 BLS12-381椭圆曲线为基础。(请注意,“BLS” 是缩写,这三个字母分别来自三位提出者的名字!)ETH 2.0 之所以采用这种新技术,主要是因为它可以高效地将多个签名聚合到一个签名中,直接促进 ETH 2.0 安全性的参与可行性。欲知更多信息,请参见 Carl Beekhuizen文章,了解 ETH 2.0 中签名聚合的重要性(编者注:见文末超链接《Eth2 Staking 指南 #2》)。

虽然 BLS 签名对 Eth2 有很多好处,但是我们遇到的问题是,ETH 1.0 本身并不支持这种新的密码学元件,而且其底层数学逻辑对计算要求很高,致使我们无法在 EVM 中实行 BLS 签名。幸运的是,我们可以将计算逻辑添加为 “预编译” 部分,以此规避 EVM 在性能上的局限性 —— 通过硬编码算法让原生实现在 EVM 解释器之外被智能合约调用。

如何实现预编译?

以太坊协议的预编译部分属于稀缺资源,因此仅留给社区认为重要的计算逻辑。此外,预编译需要通过硬分叉来部署(因为它们会改变 EVM 的语义),因此协调成本很高。幸运的是,在当前的 EIP-2537 草案中,我们可以看到这些 BLS 预编译的相关工作正在推进。EIP-2537 包括对 BLS12-381 曲线运算的预编译,以及 BLS 算法方案中使用的另一个被称为 “映射至曲线(map to curve)” 的高成本操作。如果你深入研究 BLS 算法方案的数学原理,你会发现需要利用某个机制才能将(你想要签署的)某个消息通过 “映射至曲线” 操作转化为椭圆曲线上的点。

预编译为我们带来了什么?

EIP-2537 预编译会通过提高保证金合约用户体验来帮助 ETH 2.0 上线,并为在 ETH 1.0 内构建 ETH 2.0 轻客户端奠定基础。BLS12-381 曲线本身可用于构建 zk-SNARKs ,连同其他区块链中使用的 BLS 为实现这些网络之间的互操作性铺平道路。

  • 保证金合约用户体验

成为 ETH 2.0 信标链验证者的初始方法是,将 ETH 存入 ETH 1.0 上的智能合约(“保证金合约”)。为了节省 Gas 费用并最大程度上降低复杂性,保证金合约的主要功能就是为(在默克尔树上)的某笔存款提供密码学承诺,然后这样一个承诺就能在信标链上用作证明。重要的是,确认保证金所需的 BLS 签名并非在 ETH 1.0 链上验证的。测试网就因为出现漏洞而导致一系列 BLS 签名计算错误,丢失了一部分测试网 ETH 。为了在 ETH 1.0 链上对 BLS 签名进行验证(可以通过 EIP-2537 实现),我们可以编写一个 “转发” 智能合约来获取保证金数据,验证签名然后仅将保证金数据发送至保证金合约。这个功能虽然不是保障保证金合约安全性的必备条件,但它 确实能给那些与保证金合约交互的开发者带来心理上的慰藉。

  • 在 EVM 内构建的 ETH 2.0 轻客户端

我们认为,在 ETH 1.0 链上构建 ETH 2.0 轻客户端之前,必须先让 ETH 1.0 “理解” ETH 2.0 采用的密码学技术。这样才有可能在智能合约中实现类似于 BTCRelay 的轻客户端。这种轻客户端一旦实现,将会成为沟通 ETH 1.0 和 ETH 2.0 网络 “桥梁” 的支柱,想想还有点小激动呢。通过这个双向桥梁,ETH 就可以在 ETH 1.0 和 ETH 2.0 网络之间转移,ETH 2.0 分片也可以作为一种具有高度可扩展性的数据层来支撑 ETH 1.0 上的二层架构(例如,optimistic rollups、zk-rollups 等等)。

激动归激动,不过要注意的是,在 EVM 内构建轻客户端来作为一种智能合约(而不是在 ETH 1.0 客户端层面实现轻客户端)或许不是让 ETH 1.0 理解 ETH 2.0 的最佳方法。此外,对 “双向桥梁” 的最新研究表明,考虑到 ETH 1.0 和 ETH 2.0 网络的其他安全参数,这种方法并不可行(还不如将 ETH 1.0 的状态分叉然后放到 ETH 2.0 分片上)。话虽如此,现在打好基础没什么坏处,而且随着后续研究的推进,ETH 1.0 和 ETH 2.0 的合并策略有可能改变。

  • zk-SNARKs

创建 BLS12-381 曲线的目的是为了让 ZCash 能够使用更加高效的 zk-SNARKs (若想了解更多关于 BLS12-381 曲线的信息,可以查看上文链接)。此外,将该曲线添加到 EVM 上能够让以太坊验证这类 SNARKs ,通过零知识证明协议来实现具有隐私性和可扩展性的应用。

  • 其他网络

一些 “新一代” 区块链(Filecoin、Chia、Cosmos 等等)也打算使用 BLS 签名方案;赋予 EVM 验证这些签名的原生功能,能够解锁更多互操作性用例,就像 ETH 1.0 和 ETH 2.0 之间那样。

宜早不宜迟

EIP-2537 中提议的所有用途都不会阻碍 ETH 2.0 上线。而且,保证金合约的优化方案会带来很好的效果;我们越早为互操作性奠定基础,就能越早开始创建这类应用的原型。该 EIP 有可能会放到接下来的以太坊柏林硬分叉中。如果你也想出一份力的话,可以在你喜欢的客户端上支持 EIP-2537 的实现 :) 。

感谢 Kobi Gurkan 和 Alex Vlasov 的审阅。

(完)


原文链接: https://medium.com/@ralexstokes/what-eth2-needs-from-eth1-over-the-next-six-months-86b01863746
作者: Alex Stokes
翻译&校对: 闵敏 & 阿剑

本文由原作者授权 EthFans 翻译及再出版。


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