이더리움 5년: 열반에서 깨어남

Unitimes

特邀专栏作者

2020-07-31 18:10 (UTC+8)

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블록체인이 다시 한 번 대중의 시야에 들어와 유례없는 기술 거물들의 주목을 받았을 때, 이더리움은 블록체인 분야에서 무시할 수 없는 거대한 배가 되었다.

AI 요약

편집자 주: 이 기사의 출처는Unitimes（ID：Uni-times）, 허가를 받아 게시했습니다.

편집자 주: 이 기사의 출처는

Vitalik Buterin의 "이더리움 프로토콜의 선사시대", 번역자: Nabaier

"이더리움이 5년! "저자: Ethereum Foundation, 번역: Johnny

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블록체인이 다시 한 번 대중의 시야에 들어와 유례없는 기술 거물들의 주목을 받았을 때, 이더리움은 블록체인 분야에서 무시할 수 없는 거대한 배가 되었다. 파렴치하고 잔인한 자본 성장의 혼란스러운 시대에 이더리움의 개발자와 커뮤니티는 항상 이 작은 배를 세심하게 돌보고 꾸준한 방향을 유지하며 그 과정에서 거대한 배의 세대로 업그레이드했습니다.

2020년 7월 30일은 이더리움의 5주년일 뿐만 아니라 예상되는 기념일이기도 합니다. 현재까지 Ethereum 2.0 테스트 네트워크의 출시 진행률이 92% 이상 완료되었습니다.

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대단원

2016년 6월 17일, 이더리움 창시자인 비탈릭(Vitalik)은 레딧(Reddit)에 "DAO가 해커의 공격을 받았다. 모든 거래 플랫폼은 즉시 ETH/DAO 거래 및 입출금을 중단할 것을 요청한다"는 긴급 경고를 발령했다. 이 한 달 간의 공세 전쟁은 이더리움 블록체인이 ETH("이더리움"이라는 이름으로 계속됨)와 ETC(이더리움 클래식)로 분리되면서 끝났습니다. The DAO 사건을 겪은 후 Ethereum은 오랫동안 "중앙화"의 문제를 제거하지 못하고 다른 외부 커뮤니티에 포위되었습니다.

오늘 사람들의 축하 행사는 어제의 교훈을 잊은 것 같습니다. 앞으로 이더리움의 가장 큰 적은 외부가 아니라 내부 그 자체입니다. 항공모함의 모든 세부 모듈이 제대로 작동하는지 확인하는 것은 외부의 적을 방어하는 것보다 훨씬 더 어렵습니다.

각기

이더리움이 탄생한 후 창립 팀원들은 점차 더 넓은 분야로 초점을 옮기거나, 이더리움의 생태계를 확장하는 데 전념하거나, 새로운 기술을 탐구하는 데 전념하면서 이더리움의 경쟁자가 되었습니다. 현재 이더리움 개발에 여전히 집중하고 있는 Vitalik 외에도 다른 창립자들은 이더리움 소셜 프레임워크 Akasha(Mihai Alisie), Jaxx Wallet(사임, Anthony Dilorio), 퍼블릭 체인 Cardano(Charles Hoskinson), Polkadot 및 Web3 Foundation Will(개빈 우드).

보조 제목https://vitalik.ca계속되다

"이더리움은 어떻게 탄생했는가"를 검토하는 기사를 썼습니다. 이더리움의 다섯 번째 생일을 맞아 이 "이더리움 프로토콜의 선사시대"를 검토하는 것이 좋을 것입니다.

이 기사는 Vitalik Buterin이 작성하고 Lingtai Technology와 Unicorn Times에서 번역 및 출판한 "이상: 이더리움 블록체인의 기원"에서 발췌한 것입니다. 동시에 Ethereum 커뮤니티의 모든 개발자, 번역가 및 전도사에게 진심으로 감사드립니다.여러분 덕분에 블록체인의 세계는 더 이상 단조롭지 않습니다.

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이더리움 프로토콜의 선사시대

(2017년 9월 14일)

편집자 주: 이 기사는 이더리움 프로토콜의 개발 프로세스에 대한 Vitalik의 회고록으로, 이더리움 프로토콜의 개념부터 초기 릴리스 및 반복까지의 이야기를 들려줍니다.

현재 이더리움 프로토콜의 이면에 있는 아이디어는 지난 2년 동안 대체로 안정화되었지만 현재 이더리움의 아이디어와 완전한 형태는 하룻밤 사이에 구체화되지 않았습니다. 이더리움 블록체인 출시 후 프로토콜은 일련의 중요한 발전과 결정을 거쳤습니다. 이 기사는 이더리움 프로토콜의 시작부터 릴리스까지의 진화를 검토하는 것을 목표로 합니다. 프로토콜을 구현하는 과정에서 Geth, cppethereum, pyethereum 및 EthereumJ가 수행한 광범위한 작업과 Ethereum 생태계의 응용 및 비즈니스 역사는 이 기사의 범위를 벗어납니다.

https://web.archive.org/

또한 범위를 벗어난 것은 캐스퍼 및 샤딩 연구의 역사입니다. 작업 증명, 라운드 로빈 보조 다중 체인, 하이퍼큐브, 섀도우 체인( Plamsa의 전임자), 체인 섬유 및 Casper의 다양한 반복 버전, Vlad가 제안한 인센티브 메커니즘 및 합의 프로토콜 참여자에 대한 특성 추론 아이디어의 급속한 진화. 이러한 요점 뒤에 숨겨진 이야기는 그 자체로 다른 기사를 쓸 만큼 충분히 복잡합니다. 따라서 지금은 논의하지 않겠습니다.

가장 초기 버전부터 시작하겠습니다. 이 버전은 결국 이더리움이 되었지만 당시에는 이더리움이라고 부르지도 않았습니다. 2013년 10월 이스라엘을 방문했을 때 Mastercoin 팀과 많은 시간을 보냈고 특정 기능을 추가하자고 제안하기도 했습니다. 그들이 한 일에 대해 두 번 생각한 후, 나는 프로토콜을 보다 일반적으로 만들고 크고 복잡한 기능 세트를 추가하지 않고도 더 많은 유형의 계약을 지원할 수 있도록 제안서를 팀에 보냈습니다.

https://web.archive.org/

이 버전은 후기 이더리움의 더 넓은 비전과는 매우 다르다는 점에 유의해야 합니다. 이 버전은 당시 Mastercoin이 돌파하려고 시도했던 기술, 즉 쌍방 계약에 순전히 초점을 맞춥니다. 이 계약에서는 당사자 A와 B가 공동으로 자금을 투자한 다음 양 당사자가 계약서에 명시된 공식에 따라 자금을 인출할 수 있습니다(예: 내기의 내용은 "X가 발생하면 모든 자금을 A에게 주고 그렇지 않으면 모든 자금을 A에게 제공합니다. , B에게 모든 자금을 제공하십시오"). 이 계약을 구현하는 스크립팅 언어는 튜링 완전하지 않습니다.

Mastercoin 팀은 이에 감명을 받았지만 이 방향으로 나아가기 위해 그들이 한 모든 것을 포기하는 데 관심이 없으며 이것이 올바른 선택이라는 확신이 점점 커지고 있습니다. 그래서 12월쯤에 두 번째 버전이 나왔습니다.

이 릴리스에서는 광범위한 리팩토링이 완료된 결과를 볼 수 있습니다. 이러한 결과의 대부분은 11월 샌프란시스코에서 긴 산책을 하는 동안 마음에 떠올랐습니다. 그 시점에서 저는 스마트 계약이 완전히 일반화될 가능성이 있다는 것을 깨달았습니다. 단순히 쌍방의 관계만을 기술할 수 있는 스크립트 언어에 비해 계약 자체는 성숙한 계정이며, 자산을 보유하고 보내고 받을 수 있는 능력을 가지고 있으며 영구 보관(당시에는 영구 보관)까지 할 수 있습니다. "메모리"라고 불렸고 유일한 임시 "메모리"는 256 레지스터입니다. 언어가 스택 기반 가상 머신에서 레지스터 기반 가상 머신으로 변경되어 내 바람에 더 잘 맞을 뿐입니다. 더 복잡해 보인다는 점을 제외하고는 이것에 대해 거의 문제가 없습니다.

"Ether"는 말 그대로 에테르(즉, 가스와 동등한 연료)를 의미합니다. 각 계산 단계가 완료되면 트랜잭션에 의해 호출된 계약의 잔액이 일부 줄어듭니다. 계약 자금이 소진되면 실행 프로세스가 중지됩니다. 이 수신자 지불 메커니즘은 계약 자체가 발신자가 계약에 수수료를 지불하도록 요구해야 함을 의미합니다. 수수료를 받지 않으면 집행이 즉시 철회됩니다. 이 버전의 프로토콜은 16개의 무료 실행 단계 제한을 할당하여 계약이 수수료를 지불하지 않는 트랜잭션을 거부할 수 있도록 합니다.

이 시점에서 Ethereum 프로토콜은 나 혼자 완전히 구축되었습니다. 하지만 이때부터 새로운 플레이어들이 이더리움 진영에 합류하기 시작했습니다. 지금까지 계약 측면에서 가장 눈에 띄는 선수는 2013년 12월 about.me의 개인 메시지를 통해 저에게 연락하기 시작한 Gavin이었습니다.

Go 클라이언트(당시에는 "ethereal"이라고 함)의 수석 개발자인 Jeffrey Wilcke도 같은 시기에 저에게 연락하여 프로그래밍을 시작했습니다. 그의 기여는 프로토콜 연구보다 클라이언트 개발에 더 많았습니다.

Gavin의 초기 기여는 두 가지였습니다. 먼저, 원래 디자인의 계약 호출 모델이 비동기식이라는 것을 알아차렸을 수 있습니다. 계약 A는 계약 B에 대한 내부 트랜잭션을 생성할 수 있지만("내부 트랜잭션"은 이더리움 전문 용어입니다. 원래는 "트랜잭션"이라고 불렸습니다) 이후에 참조됩니다. "메시지 호출" 또는 "통화"로). 내부 트랜잭션의 실행은 첫 번째 트랜잭션의 실행이 완전히 완료될 때까지 시작되지 않습니다. 이것은 트랜잭션이 다른 컨트랙트에서 정보를 얻는 방법으로 내부 트랜잭션을 사용할 수 없다는 것을 의미합니다; 다른 컨트랙트에서 정보를 얻으려면 EXTRO opcode(다른 컨트랙트 저장소를 읽을 때 사용하는 SLOAD와 같은 종류)만 사용할 수 있지만 이 opcode는 그런 다음 Gavin과 다른 사람들의 지원으로 제거됩니다.

개빈은 이더리움의 비전을 큰 방식으로 매우 미묘하게 변화시켰습니다. 프로그래밍 가능한 돈을 구축하기 위한 플랫폼(디지털 자산을 보유하고 규칙에 따라 사전 설정된 전송을 따를 수 있는 블록체인 기반 계약이 있는 플랫폼)에서 공통 컴퓨팅 플랫폼. 이 변화는 이더리움에 대한 초점과 용어의 약간의 변화로 시작되었고, 나중에 우리가 웹 3 통합(이더리움을 분산 기술 제품군의 일부로 보고 다른 두 개는 Whisper와 Swarm, 그림 1)을 채택함에 따라 점점 더 강조되고 있습니다. 이 효과도 지속적으로 강화됩니다.

그림 1

2014년 초쯤에는 다른 사람들의 제안을 바탕으로 몇 가지 변경 사항도 적용했습니다. Andrew Miller 등이 스택 기반 아키텍처로 돌아가는 아이디어를 뜬 후에 우리는 결국 되돌아갔습니다(그림 2).

그림 2

이미지 설명

그림 2

https://github.com/

Charles Hoskinson은 Bitcoin의 SHA256에서 최신 SHA3(또는 더 정확하게는 keccak256)로 전환할 것을 제안했습니다. 한동안 논쟁이 있었지만 Gavin, Andrew 등과 논의한 결과 스택에 있는 값의 크기가 32바이트로 제한되어야 한다는 것이 확립되었습니다. 덧셈, 곱셈 및 기타 연산을 수행하는 데 얼마나 많은 가스가 필요한지 파악하기 어렵다는 문제 때문에 무한 정수라는 대안이 아직 고려 중입니다.

2014년 1월에 우리가 처음 생각한 마이닝 알고리즘은 Dagger라는 것이었습니다.

Dagger는 Directed Acyclic Graph(DAG)의 이름을 따서 명명되었습니다. DAG는 알고리즘에 사용되는 수학적 구조입니다. 아이디어는 N 블록마다 시드에 의해 의사 무작위로 생성되는 새로운 DAG가 있다는 것입니다. 또한 DAG의 맨 아래 계층은 수십억 바이트에 저장해야 하는 노드 모음이 됩니다. 그러나 DAG에서 개별 값을 생성하려면 수천 개의 항목만 계산하면 됩니다. 단검 계산은 이 기본 데이터 세트의 어느 곳에서나 특정 수의 값을 취한 다음 해당 값을 함께 해싱하는 것으로 구성됩니다. 이것은 단검 계산을 수행하는 빠른 방법이 있음을 의미합니다. 즉, 이미 데이터를 메모리에 저장한 다음 느리지만 메모리 집약적이지 않은 방법으로 처음부터 값을 가져와야 하는 모든 비트를 DAG에서 재생성합니다.

이 알고리즘의 목적은 Scrypt 알고리즘과 같은 당시 인기 있는 알고리즘과 동일한 메모리 제한 속성을 가지면서도 여전히 라이트 클라이언트에 친숙한 것입니다. 광부는 빠른 방법을 사용하므로 광업은 메모리 대역폭에 의해 제한됩니다(이론적으로 소비자 수준 메모리는 ASIC를 사용한 추가 최적화가 매우 어려울 정도로 충분히 최적화됨). . 빠른 방법은 마이크로초가 걸릴 수 있는 반면 느리고 메모리 친화적인 방법은 밀리초가 걸릴 수 있으므로 라이트 클라이언트에는 여전히 가능합니다.

여기에서 알고리즘은 Ethereum의 개발 과정에서 몇 가지 변경을 거쳤습니다. 다음 아이디어는 적응형 작업 증명입니다. 이 체계에서 작업 증명은 무작위로 선택된 이더리움 계약을 실행하는 것과 관련되며 ASIC에 저항하는 영리한 방법이 있습니다. ASIC이 개발되면 경쟁 채굴자는 ASIC이 아닌 계약을 생성하고 발행할 인센티브를 갖게 됩니다. 실행을 잘함. ASIC은 CPU에 불과하기 때문에 일반 컴퓨팅에 사용할 수 없습니다. 따라서 이러한 유형의 적대적 인센티브를 활용하여 기본적으로 범용 계산을 수행하는 작업 증명을 구현할 수 있습니다.

아이디어는 나중에 한 가지 간단한 이유로 무너졌습니다. 이 이유는 장거리 공격입니다. 공격자는 블록 1부터 시작하여 체인을 구축하고 간단한 계약만으로 체인을 채울 수 있습니다. 공격자는 이 간단한 계약을 위해 특수 하드웨어를 설계할 수 있으므로 공격 체인이 메인 체인을 빠르게 따라잡을 수 있습니다. 그래서... 원점으로 돌아갑니다.

다음 알고리즘은 "무작위 회로"라고 하며 해당 설명은 Google 문서에서 찾을 수 있습니다. 이 알고리즘은 저와 Vlad Zamfir가 제안했고 Matthew Wampler-Doty 등이 분석했습니다. 이 알고리즘의 아이디어는 의사 난수 생성 회로를 구현하여 마이닝 알고리즘의 일반적인 계산을 시뮬레이션하는 것입니다. 이번에는 이러한 원칙에 기반한 것이 작동하지 않을 것이라는 확실한 증거가 없습니다. 그러나 2014년에 우리가 이야기한 컴퓨터 하드웨어 전문가들은 매우 비관적이었습니다. Matthew Wampler-Doty는 작업 증명 기반 SAT 솔루션을 제안했지만 역시 거부되었습니다.

결국, 우리는 약간의 회전 후에 Dagger Hashimoto 알고리즘(간단히 Dashimoto라고도 함)을 생각해 냈습니다. 이 알고리즘은 Hashimoto에서 많은 아이디어를 차용합니다. Hashimoto는 "I/O 제약 작업 증명" 개념을 개척한 Thaddeus Dryja가 제안한 작업 증명 메커니즘입니다. 이 메커니즘에서 채굴 속도의 주요 제한 요소는 초당 해시 작업 속도가 아니라 초당 액세스 가능한 RAM의 메가바이트 수입니다. 그러나 Dagger Hashimoto는 이 작업 증명 메커니즘을 Dagger 알고리즘의 가벼운 클라이언트 친화적인 DAG에서 생성된 데이터 세트와 결합합니다. 나 자신, Matthew, Tim 및 다른 사람들이 많은 조정을 한 후 이러한 아이디어는 마침내 우리가 현재 "Ethash"라고 부르는 알고리즘에 통합되었습니다.

2014년 여름까지 작업 증명이 2015년 초까지 Ethash 단계에 도달하지 않는다는 점을 제외하고는 프로토콜이 상당히 안정적이었으며 준공식 사양이 Gavin의 노란색 종이 형식으로 게시되었습니다.

2014년 8월 엉클블럭 메커니즘을 개발하여 선보였습니다. 이 메커니즘을 통해 이더리움의 블록체인은 중앙 집중화의 위험을 줄이면서 더 짧은 블록 시간과 더 높은 처리 능력을 가질 수 있습니다. 삼촌 블록 메커니즘에 대한 소개는 PoC6을 참조하십시오.

BitShares 팀과 논의한 후, 우리는 힙을 일급 데이터 구조로 사용하는 것을 고려했습니다. 하지만 결국 시간 부족으로 그렇게 하지 않았고 이후의 보안 감사와 DoS 공격을 통해 우리는 이 기능은 당시에 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 어려웠습니다.

9월에 Gavin과 저는 프로토콜 설계에 두 가지 주요 변경 사항을 적용할 계획입니다. 먼저 상태 트리와 트랜잭션 트리 외에도 각 블록에는 영수증 트리도 포함됩니다. 영수증 트리에는 각 트랜잭션에서 생성된 로그의 해시와 중간 상태 루트가 포함됩니다. 로그를 통해 트랜잭션은 블록체인에 저장되고 라이트 클라이언트가 액세스할 수 있는 출력을 생성할 수 있습니다. 그러나 미래 상태 계산에서는 이러한 로그에 액세스할 수 없습니다. 이 접근 방식을 통해 분산형 애플리케이션은 토큰 전송, 구매, 교환 주문 생성 및 일치, 진행 중인 경매 등과 같은 이벤트를 쉽게 쿼리할 수 있습니다.

또한 트랜잭션의 전체 실행 추적에서 Merkle 트리를 추출하여 임의의 내용을 증명할 수 있도록 하는 것과 같은 다른 아이디어도 고려했습니다. 단순성과 완전성 사이에서 절충한 후 로그를 사용하기로 결정했습니다.

두 번째는 사전 컴파일의 아이디어입니다. 사전 컴파일은 EVM 오버헤드를 처리할 필요 없이 EVM에서 복잡한 암호화 계산을 사용할 수 있도록 허용하는 문제를 해결합니다. 우리는 또한 네이티브 컨트랙트에 대한 많은 야심찬 아이디어를 내놓았습니다. 이러한 아이디어에서 채굴자가 특정 계약에 대해 더 나은 구현 방법을 가지고 있다면 이러한 계약의 가스 가격을 낮추는 데 투표할 것입니다. 이러한 방식으로 대부분의 채굴자가 신속하게 실행할 수 있는 계약은 자연스럽게 가스 가격이 낮아집니다. 그러나 암호경제학적으로 안전한 구현 방법을 제시할 수 없었기 때문에 이러한 모든 아이디어는 거부되었습니다. 공격자는 항상 트랩도어로 암호화 작업을 수행하는 계약을 생성한 다음 이 계약을 더 빨리 실행할 수 있도록 자신과 친구에게 트랩도어를 배포할 수 있습니다. 그런 다음 공격자는 가스 가격을 낮추기 위해 투표하고 이를 네트워크 DoS에 사용합니다. 대신, 우리는 해싱 및 서명 체계와 같은 일반적인 작업을 위해 프로토콜에 미리 컴파일된 작은 수량을 지정하는 덜 야심찬 접근 방식을 선택했습니다.

Gavin은 또한 프로토콜 추상화 개발 아이디어에 대한 초기 지원의 핵심 인물이었습니다. 소위 프로토콜 추상화는 Ethereum의 잔액, 트랜잭션 서명 알고리즘, 난수 등과 같은 프로토콜의 많은 부분을 계약으로 프로토콜 자체로 마이그레이션하는 것입니다. 그것의 이론적인 궁극적인 목표는 전체 이더리움 프로토콜이 특정 사전 초기화 상태로 가상 머신에 함수 호출을 추가하는 것으로 설명될 수 있는 목표를 달성하는 것입니다. 우리는 이러한 모든 아이디어를 초기 최첨단 릴리스에 통합할 시간이 충분하지 않았지만 이러한 원칙이 "Constantinople", Casper 계약 및 샤딩 사양의 일부 변경을 통해 천천히 통합되기 시작할 것으로 예상합니다.

이들은 모두 PoC 7에서 구현됩니다. 프로토콜은 PoC 7 이후에 실제로 많이 변경되지 않았습니다. 몇 가지 사소하지만 경우에 따라 중요한 변경 사항이 있습니다. 이러한 세부 정보는 보안 감사를 통과한 후 발표됩니다.

2015년 초까지 Jutta Steiner와 다른 사람들은 소프트웨어 코드 감사 및 학술 감사를 포함한 시험판 보안 감사를 조직했습니다. 소프트웨어 코드 감사는 Gavin과 Jeffrey가 각각 이끄는 C++ 및 Go 언어로 주로 구현됩니다. 내 Pyethereum 구현도 간단한 감사를 수행하지만. 두 개의 학술 감사 중 하나는 Ittay Eyal("이기적인 채굴"을 제안한 것으로 유명함)이 수행했고 다른 하나는 Andrew Miller와 Least Authority의 다른 구성원이 수행했습니다. Eyal의 감사 결과 프로토콜이 약간 변경되어 삼촌 블록이 체인의 총 난이도 값에 포함되지 않았습니다. Least Authority의 감사는 스마트 계약, 연료 경제 및 Patricia 나무에 더 중점을 두었습니다. 감사 결과 몇 가지 프로토콜이 변경되었습니다. 그 중 비교적 작은 변화는 주소와 키 값을 직접 사용하는 대신 sha3(addr)과 sha3(key)를 트리의 키 값으로 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 공격자가 트리에서 최악의 경우 공격을 시작하기가 더 어려워집니다.

우리가 논의한 또 다른 중요한 문제는 가스 한도 투표 메커니즘이었습니다. 그 시점에서 우리는 이미 비트코인 블록 크기 논쟁의 진전 부족에 대해 우려하고 있었고 필요에 따라 시간이 지남에 따라 조정할 수 있는 이더리움의 유연한 설계를 원했습니다. 그러나 문제는 최적의 제약 조건이 무엇인가 하는 것입니다. 내 초기 생각은 실제 연료 사용량의 장기 지수 이동 평균의 1.5배의 동적 한계를 갖는 것이었습니다. 따라서 장기적으로 평균 블록은 용량의 2/3를 차지하게 됩니다. 그러나 Andrew는 이 제한이 몇 가지 방법으로 악용될 수 있음을 보여줍니다. 특히 제한을 높이려는 채굴자는 많은 가스를 소비하지만 자체 블록에서 처리 시간이 거의 걸리지 않는 트랜잭션만 포함하면 되므로 완전히 로드된 블록을 생성할 수 있습니다. 비용을 잃지 않고. 따라서 적어도 최종 결과에서 이 메커니즘의 보안 모델은 채굴자가 가스 한도에 대해 투표하도록 하는 것과 같습니다.

Gavin과 Jeff와의 미니 해커톤 후 PoC 9이 마침내 3월에 나왔습니다. 개념 증명의 최종 버전이 될 예정입니다. 우리는 4개월 동안 "Olympiad"라는 테스트넷을 운영했습니다. 이 테스트넷은 메인넷에서 사용될 프로토콜을 사용합니다. 동시에 우리는 Ethereum에 대한 장기 계획도 수립했습니다. Vinay Gupta는 "The Ethereum Launch Process"라는 기사를 썼습니다. 이 기사는 이더리움 메인넷 개발의 4단계를 설명하며, "Frontier", "Homeland", "Metropolis" 및 "Serenity"와 같이 이제 모든 사람에게 친숙한 해당 이름을 제공합니다.