Danksharding：以太坊的扩展

• Proto-danksharding 是 danksharding 的首次升级。

• 由于 L2 能够使用 blob，其第二层交易手续费将降低 10 倍。blob 包含已执行的交易数据，并附着在区块上。

• 以太坊已将传统分片技术从路线图中移除，并将 Rollups 视为以太坊未来成功的关键。

• 以太坊将转型为数据可用性层，支持数百个 Rollup 通过完整的 Danksharding 实现扩展。

• 验证者将无法再生成区块，但他们从 MEV 利润中获得的份额将会增加。

Proto-Danksharding 解析：以太坊的可扩展性

围绕以太坊可扩展性及其相关交易费用波动的担忧，理所当然地引起了越来越多的关注。由于对以太坊高昂的交易费用感到不满，普通用户正在探索手续费更低的替代性区块链。然而，诸如第二层区块链（L2）等创新的可扩展性解决方案以及 汇总 有助于缓解以太坊的高手续费问题。Danksharding 将使以太坊能够扩展至数百万用户。

Rollups 的重要性

Rollup（也称为第二层）是一种基于以太坊网络运行的链下扩展解决方案。在 Rollup 中，交易会被"打包"（roll up）成交易集合，因此得名。Rollup 可以比作通过邮政服务寄送信件。 正如将多封信件分别寄往同一地址会累积邮费一样，在以太坊上单独发送每笔交易也会增加网络负载。然而，通过一个包裹或"Rollup 证明"，可以将信件（交易）打包在一起，从而大幅降低费用。

Rollup 会将其聚合的交易提交回对应的第一层（Layer 1）。Rollup 能够与任何允许无限制发布数据的区块链进行集成。在本讨论中，我们将重点关注以太坊 Rollup，因为以太坊计划通过 Rollup 实现扩展。 通过将以太坊用作数据可用性层，执行过程可以从以太坊转移到 Rollup 中。任何人都可以通过重建状态并验证其有效性来检查该状态。由于依赖第一层进行共识和结算，Rollup 能够受益于以太坊区块链固有的安全保障。常见的 Rollup 架构包括 乐观的 和 零知识 (ZK) 卷积网络。

该过程在后台进行，对用户而言是不可见的。

Rollup 技术已经实现了成本的大幅降低。诸如 乐观 和 Arbitrum 乐观地执行所有交易，假设数据是有效的。用户可以提交欺诈证明来防范恶意活动，从而绝对确定汇总层内部是否发生了篡改或无效的状态转换。 提交欺诈证明的用户将获得验证者押金的一部分作为奖励。随着越来越多的 Rollup 上线，它们在将交易包发回以太坊时，会与 L1 用户争夺区块空间。为解决这一问题并使 L2 解决方案实现扩展，以太坊即将推出其首个升级，即 danksharding。

可扩展性

由维塔利克.布特林（Vitalik Buterin）提出的"区块链三难困境"，是区块链设计中的核心权衡问题。区块链具有三大主要特征：可扩展性、安全性和去中心化。在这三者中，只能选择其中两项。以太坊（Ethereum）选择了去中心化和安全性，这限制了其可扩展性。 以太坊对去中心化和安全性的承诺，体现在用户仅需使用消费级硬件即可参与其中，且其验证者池规模超过 900,000。然而，这牺牲了可扩展性。由于硬件要求较低且架构设计简单，大量节点之间需要相互通信，这严重限制了吞吐量。

可扩展性是指在处理额外请求时，系统不会因此产生过高的成本或变得无法使用。与智能合约交互所需的计算负载远高于单纯转账以太坊原生代币。以太坊在进行基本原生转账时，理论上的最大交易处理能力为每秒 119.04 笔（TPS）。 以太坊的平均交易处理速度为 13 TPS，因为一次智能合约交互可能相当于 10 次或更多次原生以太坊转账。 然而，理论上的 110 在实践中无法实现，因为 EIP-1559 的目标是将区块利用率控制在 50%。就目前情况而言，以太坊需要在可扩展性方面做得比 Solana 等竞争对手更好。第二层解决方案（L2）既能实现高吞吐量，又能帮助以太坊在构建 Danksharding 的过程中实现扩展。

另一方面，基于性能更强硬件且节点数量受限的区块链通常更容易实现扩展。借助 Danksharding 技术并坚持采用易于获取的硬件，以太坊最终将能够通过 Rollups 实现扩展。可扩展性是一项重大挑战，因为如果区块链在流量增加时变得无法使用，就无法被广泛采用。

什么是分片？

构建低延迟环境和更高吞吐量区块链的解决方案之一是分片。分片是一种用于区块链的可扩展性解决方案，通过分散网络工作负载来提升性能。其核心思想是让多个分片（链）协同执行交易，每个分片负责处理网络的特定部分。 在每个分片内部，验证者负责执行其所负责的链段。

通过并行执行交易，网络能够处理更多的每秒交易量。此外，由于每个分片仅负责其所分担的部分，数据检索速度也显著提升。分片技术还通过增强容错能力为网络带来了额外优势。如果某个分片离线，整个网络不会因此停机，仍可在其他分片上继续运行。

然而，分片技术在通过网络分布式架构来维护安全性方面面临挑战。例如，如果将 100 个验证者分散到十个分片中，由于验证者分布较为分散，每个分片都可能容易受到恶意攻击。分片技术还存在其他问题，例如分片间的数据迁移和分片重新平衡，这些操作可能会导致系统停机或数据不一致。

什么是 DankSharding？

尽管分片作为以太坊的可扩展解决方案最初备受推崇，但围绕安全性、跨分片通信以及复杂性等问题引发的担忧构成了重大障碍，因为这需要对以太坊架构进行重大改造。 随着复杂性不断增加，以太坊基金会将分片技术从路线图中移除，并用"danksharding"取而代之。danksharding 通过利用 blobs，使以太坊能够借助 Rollup 实现扩展。

Blob 是一种新的交易类型，其中包含来自 Rollup 的已执行交易数据。由于包含 Blob 的区块承载的数据量更大，这将增加节点对存储空间的需求。 以太坊基金会正在评估最佳空间配额；目前，BLOB 交易的规定大小为 768 kb。由于每个 BLOB 的最大大小为 128 kb，这意味着每个区块可容纳六个 BLOB。由于 BLOB 的内存池将采用与 EIP-1559，每个区块的 Blob 平均数量将为三个。通过采用数据可用性采样技术的长期升级，节点将能够仅下载部分 Blob，同时仍能验证所有数据是否正确。在实现全面 Danksharding 之后，以太坊将能够实现扩展，处理数百个 Rollup，并每秒处理数百万笔交易。

什么是 Proto-DankSharding？

Proto-Danksharding， EIP-4844，其名称源自以太坊的研究人员 Protolambda 和 丹克拉德.菲斯特。 虽然 Danksharding 距离真正落地还有数年之遥，但 Proto-Danksharding 现阶段就能帮助以太坊实现扩展。经过几次测试网升级后，Proto-Danksharding 计划于 2024 年第一季度初发布。

Proto-Danksharding 将显著提升 L2 层的用户体验。例如：a 交易 在主网上执行一笔交易需要花费 20-25 美元，而在 Rollup 上可能只需 40 美分。网络升级后，由于不再使用 CALLDATA 来存储 L2 数据，手续费应能再降低 10 倍。 Rollup 最终将凭借更高的吞吐量，在与其他 Layer 1 解决方案的竞争中更具优势。尽管 proto-danksharding 将降低 L2 手续费并促进更广泛的应用，但这并不会提升以太坊的每秒交易处理量（TPS）。

Proto-DankSharding 机制

Proto-danksharding 引入了 blob，其中包含已执行交易的数据。这些 blob 会与已发布的加密承诺一同附加到区块中。该承诺是由对特定点处数据进行多项式拟合得出的，而这些数据点则是通过 KZG 仪式随机生成的。

以太坊基金会 描述 将 KZG 仪式描述为：

1. 参与者 1 选择一个随机数（例如 5.），然后对其进行计算。

2. 该计算的结果被传递给参与者 2，由其使用自己的密钥输入（例如 3）重复步骤 1，并将结果与参与者 1 的输出进行混合（例如 5x3=15）。

3. 该过程将不断重复，直到参与者数量足够为止，此时序列中的最后一个输出即成为最终输出。

任何想要验证数据的人，都可以通过重新执行交易并比较结果来重新计算承诺。如果结果与计算结果一致，则数据有效。 KZG 仪式中的数字必须是随机的。否则，有人可能会在给定点生成一个新的多项式并篡改数据，而结果仍然会被视为有效。

来源：YouTube

Blobs 的主要用例是通过 L2 来节省数据存储成本，并降低费用，同时 独立收费市场。不过，大多数 Rollup 只需在以太坊上临时存储数据。乐观 Rollup 需要长达七天的时间来确保未发生欺诈行为。临时存储可确保 状态膨胀 这不会成为问题，因为第三方将提供存储所有历史数据的 BLOB。尽管在 4096 个纪元（约 18 天）之后将无法访问这些 BLOB，但 KZG 承诺仍将可见，留下可用于验证 BLOB 的残留信息。

以太坊基金会 解释道 proto-danksharding 作为

目前，Rollup 在降低用户交易成本方面受到限制，原因在于它们将交易发布在 CALLDATA 中。使用 CALLDATA 的成本很高，因为所有以太坊节点都会处理这些数据，且这些数据会永久保存在链上，尽管 Rollup 实际上只需短暂使用这些数据。 Proto-Danksharding 引入了数据块（data blobs），这些数据块可以被发送并附加到区块上。EVM 无法访问这些数据块中的数据，且数据会在固定期限（1-3 个月）后自动删除。

通过不使用 CALLDATA，Rollup 可以避免为清零的字节支付 4 gas，或为每个非清零字节支付 16 gas。Blob 每字节仅消耗 1 gas，从而显著降低了 gas 成本。这些节省正是 Rollup 实现成本降低的主要来源和核心优势。

当原型 Danksharding 上线时，每个节点都必须下载每个 blob。为了实现真正的 Rollup 可扩展性，完整的 Danksharding 将允许节点仅下载部分 blob 数据，但仍能验证整个 blob。 数据可用性采样将在后续的完整 Danksharding 中引入，但这是验证者高效且可靠地验证大量 blob 的关键机制。让验证者随机抽取数据点并生成证明，意味着验证者无需检查整个 blob。如果存在任何数据缺失，则该 blob 的承诺值将发生变化。

擦除编码 为覆盖数据采样时的所有攻击途径，引入了擦除编码。擦除编码对数据块进行编码，使得即使只广播了数据块的一半，网络中的任何人都能将其重建。 通过使用多项式承诺，任何人都可以轻松证明数据有效。如果存在恶意排序器隐瞒 1%至 49%的 blob 数据，这将保护网络安全。

提案者与构建器的分离

目前，第二层解决方案占用了 10.5% 区块空间。将 Blobs 与内存池解耦，能进一步减轻网络压力。Blobs 将使用一个独立的内存池，这为区块构建者增加了额外的门槛。目前，区块构建者通过运用交易选择和排序策略来优化区块构成，从而争夺尽可能高的经济价值，以此相互竞争。 在 proto-dank 分片机制上线后，区块构建者必须对两个池进行排序，并分别管理每个池的 gas 限制。

Danksharding 还将包含提议者-构建者分离（PBS）机制。目前，以太坊验证者负责构建区块并将其广播至网络。验证者可以查阅公共内存池并选择手续费最高的交易，也可以选择加入 MEV-boost 计划，获取已构建好的区块并获得额外小费。 通过接受最大可提取价值（MEV），验证者获得的区块奖励是使用公共内存池时的 2.83 倍。

PBS 更进一步，通过提高 MEV 分成比例，既减少了审查，又提高了验证者的回报。PBS 上线后，验证者将无法自行生成区块，只能从区块构建者处接收区块。 此外，验证者无法查看区块内容，仅能看到哪笔交易的手续费最高。正因如此，MEV 将通过激励机制，让验证者获得更高的 MEV 分成，从而使其区块被选中。

展望未来

尽管 Danksharding 还需要数年时间才能实现，但以太坊现在可以通过 Proto-Danksharding 实现可扩展性。 随着 CALLDATA 功能被淘汰，Rollup 的数据存储成本将大幅下降。通过采用 blob 形式的临时存储，以太坊的交易费用将至少降低十倍。尽管最终用户将在 L2 层因费用降低而获益匪浅，但这对以太坊主网的交易可能影响甚微，甚至毫无影响。

每个区块都可以附加包含来自 Rollup 的已执行交易数据的 Blob。EVM 无法访问这些 Blob，且它们每 4096 个纪元会被一次清理。根据以太坊的文档，Blob 的数量将从每个区块一个开始，并在完全实现 DankSharding 后扩展至 64 个。然而，最近 测试 数据显示，核心开发者们正在就每个区块中最多包含 4 到 6 个数据块（blob）这一问题展开讨论。附着在数据块上的加密"承诺"使得无需解析数据即可实现无缝验证。即使数据块从网络中移除后，这些承诺依然有效。随着验证者无法再自行创建区块，区块构建者的专业化程度将进一步提高。 由于验证者无法再查看每个区块的内部情况，他们将选择价值最高的区块，这间接增加了 MEV 的份额。

备受期待的 Proto-DankSharding 升级计划于 2024 年第一季度在以太坊主网上线。 该升级已于 2024 年 1 月 17 日成功部署至 Goerli 测试网；其他测试网也将很快跟进。尽管分片技术已被移出路线图，但 Proto-DankSharding 对于以太坊 L2 层而言是一项亟需的升级，以使其在面对成本更低的 L1 层时保持竞争力。

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