Proposal Vitalik Buterin untuk Meningkatkan Efisiensi Ethereum
Ethereum (ETH) berupaya mengatasi 80% hambatan dalam efisiensi pembuktian dengan usulan Vitalik Buterin mengenai penggunaan pohon status biner dan penggantian Ethereum Virtual Machine (EVM) dengan RISC-V. Dalam proposal yang diuraikan dalam EIP-7864, Buterin mengusulkan dua perubahan teknis yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi pembuktian dalam jaringan blockchain.
Perubahan Jangka Pendek: EIP-7864
Proposal jangka pendek, EIP-7864, akan menggantikan Merkle Patricia Tree yang saat ini digunakan oleh Ethereum dengan struktur pohon biner yang memanfaatkan fungsi hash yang lebih efisien. Struktur hexary yang ada saat ini dirancang dengan prioritas yang berbeda dari arsitektur yang berat dalam pembuktian yang sedang dikejar oleh pengembang Ethereum. Dengan menggunakan pohon biner, cabang Merkle yang dihasilkan akan menjadi empat kali lebih pendek dibandingkan dengan sistem yang ada saat ini.
Hal ini disebabkan oleh operasi biner yang memerlukan 32 kali log(n), sementara hexary memerlukan 512 kali log(n) dibagi 4, sesuai dengan spesifikasi teknis dalam proposal.
Pengurangan panjang cabang ini diharapkan dapat menurunkan biaya verifikasi cabang sisi klien dan mengurangi kebutuhan bandwidth data untuk alat seperti Helios dan sistem pengambilan informasi pribadi. Selain itu, peningkatan efisiensi pembuktian tidak hanya berasal dari pengurangan panjang cabang, tetapi juga dari optimasi fungsi hash. Mengimplementasikan blake3 sebagai pengganti keccak dapat memberikan peningkatan efisiensi hingga tiga kali lipat, sementara varian Poseidon dapat memberikan peningkatan hingga 100 kali, meskipun analisis keamanan tambahan diperlukan sebelum penerapan Poseidon.
Desain pohon biner juga mencakup sistem penyimpanan berbasis halaman yang mengelompokkan slot penyimpanan yang berdekatan menjadi halaman berisi 64 hingga 256 slot, dengan ukuran sekitar 2 hingga 8 kilobyte. Header blok dan 1 hingga 4 kilobyte pertama dari kode dan penyimpanan akan berbagi halaman yang sama, memungkinkan kontrak yang membaca dari slot penyimpanan awal untuk mendapatkan manfaat dari efisiensi batch, bukan biaya akses individu.
Proposal ini memperkirakan penghematan lebih dari 10.000 gas per transaksi untuk aplikasi terdesentralisasi yang memuat data dari slot penyimpanan awal, yang merupakan bagian substansial dari kontrak yang aktif diterapkan.
Pohon biner juga menawarkan proses implementasi dan audit yang lebih sederhana. Struktur ini memberikan kedalaman akses yang lebih dapat diprediksi di seluruh kontrak dengan ukuran yang bervariasi, mengurangi varians dalam biaya eksekusi, dan menciptakan ruang untuk menyematkan metadata yang diperlukan untuk pengembangan kedaluwarsa status di masa depan.
Perubahan Jangka Panjang: Penggantian EVM dengan RISC-V
Proposal jangka panjang melibatkan penggantian EVM dengan mesin virtual yang lebih efisien seperti RISC-V. Buterin berargumen bahwa arsitektur EVM tidak dioptimalkan untuk blockchain yang berat dalam pembuktian, dan penggantian ini akan mengatasi ketidakefisienan mendasar daripada hanya mengelolanya melalui precompile yang terakumulasi dan solusi sementara.
Buterin mencatat empat keuntungan RISC-V dibandingkan EVM:
- Efisiensi eksekusi mentah: RISC-V dapat menghilangkan kebutuhan untuk banyak precompile karena perhitungan dapat dilakukan dengan efisien di dalam VM itu sendiri.
- Efisiensi pembuktian: Prover zero-knowledge saat ini ditulis dalam RISC-V, menciptakan keselarasan alami dengan infrastruktur pembuktian yang ada.
- Pembuktian sisi klien: VM RISC-V memungkinkan pengguna untuk menghasilkan bukti zero-knowledge secara lokal tentang interaksi akun dengan data tertentu, mendukung aplikasi privasi dan verifikasi yang tidak dapat dilakukan oleh EVM tanpa alat eksternal.
- Kesederhanaan: Interpreter RISC-V dapat diimplementasikan dalam beberapa ratus baris kode.
Peta jalan penerapan yang diuraikan dalam proposal mencakup tiga tahap. Pada tahap pertama, mesin virtual baru, kemungkinan RISC-V, akan menangani precompile saja, dengan precompile saat ini dan baru menjadi blob kode di VM baru. Pada tahap kedua, pengguna dapat menerapkan kontrak langsung di VM baru. Pada tahap ketiga, EVM akan dihentikan dan diimplementasikan kembali sebagai kontrak pintar yang ditulis dalam VM baru, mempertahankan kompatibilitas mundur untuk kontrak yang ada dengan penyesuaian biaya gas yang diharapkan akan terbayangi oleh perkembangan penskalaan yang bersamaan.
Buterin menggambarkan kedua perubahan ini sebagai solusi untuk tantangan mendasar yang sama dari sudut pandang yang berbeda. Pohon status dan VM bersama-sama menyumbang lebih dari 80 persen hambatan dalam efisiensi pembuktian. Mengatasi salah satu komponen tanpa yang lain akan meninggalkan masalah yang lebih besar sebagian tidak terpecahkan, sementara mengatasi keduanya akan menghasilkan protokol yang secara struktural selaras dengan arsitektur yang berat dalam bukti zero-knowledge yang telah dikembangkan Ethereum.
Proposal ini mengakui bahwa penggantian VM saat ini tidak mewakili konsensus dalam komunitas pengembangan Ethereum, dan menggambarkannya sebagai perubahan yang akan menjadi lebih jelas setelah modifikasi pohon status selesai. Proses perubahan diusulkan secara berurutan: pohon biner terlebih dahulu, diikuti oleh penggantian VM setelah infrastruktur pembuktian matang di sekitar struktur status baru. EVM telah mengakumulasi kompleksitas selama bertahun-tahun, dan proposal ini menyatakan bahwa memenuhi persyaratan fungsionalitas Ethereum memerlukan penanganan VM daripada terus menerus menerapkan solusi sementara.
