Виталик Бутерин: Как оптимизировать Криптографию

В новой статье соучредитель Ethereum Виталик Бутерин рассматривает время доступа к памяти, одно из самых игнорируемых ограничений в вычислениях, и как лучшее понимание этого может изменить способы разработки криптографических систем. Несмотря на то, что тема кажется чрезвычайно технической, она напрямую влияет на потенциальную эффективность блокчейнов, криптографических доказательств и даже моделей ИИ.

Проблема доступа к памяти

Бутерин утверждает, что неверно предполагать, что чтение или запись в память занимает фиксированное количество времени, как это часто делается в компьютерных науках. Вместо этого он представляет модель, которая предполагает, что кубический корень размера памяти определяет время доступа к памяти. Проще говоря, извлечение данных из вашей памяти становится все медленнее по мере её увеличения, потому что сигналы должны проходить большие физические расстояния.

! Изображение статьи

Он приводит доказательства из реального мира, чтобы поддержать это, показывая, что время доступа к данным увеличивается с размером памяти, от кэш-памяти процессора до оперативной памяти, что, удивительно, соответствует его теоретической модели. Это осознание выходит за рамки простого академического придирки ----- оно радикально меняет наше представление об оптимизации алгоритмов, особенно в области криптографии, где типичной практикой является предвычисление и хранение промежуточных результатов.

Решение проблем управления памятью в блокчейне

Виталик Бутерин приводит пример, связанный с криптографией на эллиптических кривых, которая является фундаментальной частью безопасности блокчейна, чтобы продемонстрировать эту точку. Для ускорения процессов разработчики часто предварительно вычисляют большие таблицы чисел. Однако любые приросты скорости могут быть потеряны, если таблицы становятся слишком большими, чтобы уместиться в кэш-памяти из-за замедления, вызванного большим доступом к памяти. В одном из его тестов таблица меньшего размера, подходящая для кэша, оказалась быстрее, чем большая, хранящаяся в ОЗУ.

Вывод прост, но глубок: эффективность в криптографии включает в себя не только более быстрые процессоры — это также связано с более интеллектуальным управлением памятью. Понимание принципа, который он изложил, может направить оптимизацию аппаратного обеспечения будущих блокчейнов и систем с нулевыми знаниями, поскольку индустрия переходит к специализированному оборудованию, такому как ASIC и GPU.