ROL:Vitalik：解析Rollups的擴展方案——數據分片

本文描述了實現該解決方案的一條實用的路徑。

VitalikButerin，以太坊聯合創始人

編輯：南風

對于以太坊而言，Rollups是短中期，也可能是長期的唯一無須信任的可擴展性解決方案。以太坊L1上的交易費在幾個月以來一直很高，現在更迫切的是采取一切必要的行動，幫助推動整個生態系統轉移到Rollups。Rollups已經大大降低了許多以太坊用戶的費用：l2fees.info網站時常顯示Optimism和Arbitrum網絡的費用要比以太坊基礎層本身低了約3-8倍，而zk-Rollups有著更好的數據壓縮，并且可以避免包含簽名，因此其費用要比以太坊基礎層低約40-100倍。

然而，對于許多用戶來說，即便是這些(Rollups中的)費用也還是太過昂貴了。很長一段時間以來，數據分片(datasharding)被認為是解決當前形式的Rollups的長期不足的解決方案，數據分片有望在以太坊鏈上為Rollups增加大約1-2MB/s的專用數據空間。本文描述了實現該解決方案的一條實用的路徑，能夠盡可能快地為Rollups解鎖數據空間，并隨著時間的推移增加更多額外的空間和安全性。

Step1:擴展交易calldata

Web3加速器GRAVITON公布首批入圍隊列，每個項目將獲5萬美元投資:5月9日消息，專注于新興市場的Web3加速器GRAVITON 已公布首批入圍隊列，覆蓋DeFi 支付、去中心化身份、現實世界資產標記化、NFT交易、GameFi等領域，其中包括Spydra、Strive、Zoth、Wall、GETSecured、Fetcch等七個印度項目。每個入圍項目將從Graviton獲得高達50,000美元的初始投資和來自全球Web3品牌的技術資助，以及與全球風險投資公司建立聯系并獲得未來機構資金的機會。[2023/5/9 14:52:57]

目前現有的Rollups使用了交易calldata。因此，如果我們想要在無需讓各個Rollups團隊做出任何額外工作的情況下，在短期內提升Rollups的容量并降低成本，我們應該降低交易calldata的Gas成本。當前的平均區塊大小還遠沒有達到威脅以太坊網絡穩定性的大小，因此這樣做是有可能安全的，盡管可能需要一些額外的邏輯來預防非常不安全的邊緣情況。

參見EIP-4488提案，或者另一個(更簡單但效果更溫和的)EIP-4490提案。

EIP-4488：

https://github.com/ethereum/EIPs/pull/4488

波場與WAVES達成戰略合作 將利用Gravity連接區塊鏈智能合約語言:據官方消息，波場已與WAVES達成戰略合作，Waves和TRON將一起利用Gravity來連接各自區塊鏈的智能合約語言，即Ride和Solidity。Gravity是一個無基礎代幣的預言機，具有跨鏈通信網絡。TRON和Waves正在通過Gravity建立一座橋梁，這將允許兩個生態系統為兩個用戶群提供更多的服務。波場和Waves的生態系統計劃將這一趨勢擴展到其他區塊鏈生態系統并以此為鏈間DeFi行業帶來革命性改變。波場 TRON 以推動互聯網去中心化為己任，致力于為去中心化互聯網搭建基礎設施。旗下的 TRON 協議是基于區塊鏈的去中心化應用操作系統協議之一，為協議上的去中心化應用運行提供高吞吐，高擴展，高可靠性的底層公鏈支持。波場 TRON 還通過創新的可插拔智能合約平臺為以太坊智能合約提供更好的兼容性。[2020/8/14]

EIP-4490：

https://github.com/ethereum/EIPs/pull/4490

EIP4488應該能將每個slot可用于Rollups的數據空間增加至理論上最大約1MB，并將Rollups上的成本降低約5倍。這可以比后面的步驟更快地實現。

聲音 | Vitalik：Libra 短期不足以影響以太坊 DeFi 生態 傳統領域并非以太坊強項:以太坊創始人 Vitalik Buterin 在回答“Facebook 區塊鏈項目 Libra 會影響以太坊 DeFi 生態嗎？”時表示，他認為短期內不會有太大影響，畢竟 Libra 明年才會推出，推出后也只是發布代幣，再往后才會推出智能合約。而目前以太坊的 DeFi 的規模已經相當大，而且在這兩年只會越來越壯大，以太坊的生態也會有更多方向的發展。如果 Libra 與以太坊架起橋梁，以太坊也會進行相應開發，讓 Libra 用戶進入以太坊的生態。總體來說，參與 Facebook 的 Libra 生態成員的類型自然相對保守，因此他們會在 Libra 生態中搭建傳統的設施，而這并不是以太坊的強項。[2019/6/29]

Step2:幾條分片

與此同時，我們可以開始做一些工作來推出“適當的”分片。想要以完整(功能)的形式實現分片還需要很長的時間，但我們能做的是可以一步步地實現它，并從每一步中獲益。首先自然是要實現分片規范的“業務邏輯”，但需要使最先上線的分片數量非常低(比如4條分片)，以此來避免圍繞分片網絡的大多數難點。每條分片將在其自己的子網絡中廣播。默認情況下，驗證者將信任委員會，但如果他們愿意，他們可以選擇在每個子網絡中，但只有當他們看到了信標區塊確認的任何分片區塊的全部數據時，他們才會接收該信標區塊。

聲音 | Vitalik Buterin：許多DApp的用戶界面都很差:Vitalik Buterin在倫敦帝國理工學院(Imperial College London)發表演講時，承認，到目前為止，許多DApp的用戶界面都很差，很難找到用戶。他在探索以太坊是否能通過擴容來支持它們。[2018/12/4]

分片規范本身并不是特別困難；它與最近發布的Altair硬分叉有著類似規模的樣板代碼更改(Altair的信標變更規范文件是728行，分片的信標變更規范文件是888行)，因此可以合理地預計它可以在與Altair的實現和部署類似的時間框架內實現。

為了使分片數據(shardeddata)實際上可被Rollups使用，Rollups將需要能夠使其證明(proofs)進入到分片數據中。有兩個選擇：

增加BEACONBLOCKROOT操作碼；Rollups將增加代碼來驗證根植于歷史信標鏈區塊根的默克爾證明(Merkleproofs)；

增加面向未來的狀態和歷史訪問預編譯，這樣當承諾方案(commitmentscheme)在未來發生改變時，Rollups就不需要更改它們的代碼。

這將使得每個slot的Rollup數據空間增加至約2MB(每個分片250kB*4個分片，再加上上文Step1中擴大的calldata)。

動態 | Vitalik Buterin在layer2解決方案中加入SNARK:上周，以太坊核心開發者Schoedon表示，以太坊網絡已經超負荷，Dapp開發者應該在其他鏈上建設。Vitalik Buterin不同意這一觀點，他認為大多數Dapps并不是針對Gas進行優化的，而且行業內的競爭將“推動”次優Dapps。他還強調了layer2解決方案的重要性和前景，并在Ethresear.ch上發布了一個潛在的使SNARK-utilizing分叉解決方案來支持他的論點。[2018/9/25]

Step3:N條分片，由委員會保護

將活躍分片的數量從4條增加到64條。此時分片數據將進入子網絡，因此屆時的P2P層必須已經足夠牢固，使得將其分割成更多數量的子網絡變得可行。數據可用性的安全性將基于大多數(驗證者)誠實假設，依賴于委員會的安全性。

這將使得每個slot的Rollup數據空間增加至約16MB(每條分片250kB*64條分片)；我們假設此時Rollups將已經從以太坊執行鏈中遷移出來。

Step4:數據可用性抽樣(DAS)

添加數據可用性抽樣(DAS)以確保更高級別的安全性，使得即便是在大多數(驗證者)不誠實的攻擊情況下，用戶也能夠得到保護。數據可用性抽樣可以分階段來進行：首先，以非約束性的方式來允許網絡對其進行測試，然后將其作為接收信標區塊的必要條件，甚至可能先在某些客戶端上進行。

一旦完全引入了數據可用性抽樣，分片的鋪展就完成了。

基于分片的OptimisticRollups和ZKRollups

當前的以太坊與實施分片之后的以太坊的一個主要區別就是，在分片的世界里，Rollup數據實際上不可能成為向智能合約提交Rollup區塊的交易的一部分。相反，Rollup數據的發布與Rollup區塊的提交將必須是分開的：首先，數據發布將把數據放到鏈上(也就是放到分片鏈中)，然后區塊提交將會提交區塊頭以及一個指向底層數據的證明。

Optimism和Arbitrum已經為Rollup區塊的提交使用了一種兩步式設計，因此這對二者來說都將是一個很小的代碼更改。

對于ZKRollups，事情有點棘手，因為提交交易需要提供一個直接對數據進行操作的證明。它們可以通過ZK-SNARK來證明分片中的數據與信標鏈上的承諾相匹配，但這一操作是非常昂貴的。幸運的是，還有更便宜的替代方案。

如果該ZK-SNARK是一個基于BLS12-381的PLONK證明，那么它們可以簡單地直接將分片數據承諾作為輸入來進行打包。BLS12-381分片數據承諾是一個KZG承諾，與PLONK中的承諾類型相同，因此可以作為公共輸入直接傳遞到證明中。

如果ZK-SNARK使用了一些不同的機制(或者即便是BLS12-381PLONK但有著一個更大的可信設置)，那么它可以包含自己的數據承諾，并使用一個等效性證明(proofofequivalence)來驗證該證明中的承諾與信標鏈中的承諾是對相同數據的承諾。

分片世界中，誰將存儲歷史數據？

增加數據空間的一個必要條件是移除以太坊核心協議負責永久性維護達成共識的所有數據的屬性。因為這些數據量太大了。例如：

EIP-4488理論上帶來的最大鏈大小是每12秒的slot為大約1,262,861字節，也即每年大約3.0TB，但實際上每年更有可能是約250-1000GB，尤其是在開始階段。

4條分片(每個slot為1MB)每年會增加額外的約2.5TB。

64條分片(每個slot為16MB)每年將帶來總計為約40TB的存儲。

大多數用戶的硬盤驅動器的大小在256GB和2TB之間，1TB似乎是中間值。下圖是一項針對計算機硬盤空間有多大而在一組區塊鏈研究員中開展的內部調查的結果：

這意味著用戶當前可以運行一個節點，但如果此路線圖的任何一部分如果不進行修改就實施，那么用戶將無法運行節點。當然還有更大的驅動器可用，但用戶將必須竭力去購買它們，這大大增加了運行節點的復雜性。當前主要的解決方案是EIP-4444，此提案消除了節點運營者存儲超過1年的區塊或收據的這一責任。在分片的情況下，這個1年的時長將很可能進一步縮短，而且節點將只需要負責他們積極參與的子網絡上的分片。

這就提出了一個問題：如果以太坊核心協議不存儲這些數據，誰來存儲？

首先，重要的是要記住，即使有了分片，數據量也不會那么大。是的，每年40TB確實超出了運行“默認”消費硬件的個人的能力(事實上，即便每年1TB也還是如此)。然而，對于一個愿意投入一些資源并想辦法來存儲這些數據的人來說，這是在其可接受的范圍內的。當前一臺48TB的HDD(硬盤驅動器)的售價是1729美元，一臺14TB的是約420美元。出于可以獲得質押獎勵，某個運行了1個32ETH驗證者插槽的人可能會愿意支付并存儲分片實施之后的整條鏈。因此，實際上，「沒有人會存儲某個分片的一些歷史數據以至于這些數據完全丟失」的這種情況似乎是不可能出現的。

那么誰將存儲這些數據？我的一些想法：

個人和機構志愿者；

區塊瀏覽器(etherchain.org、etherscan.io、amberdata.io等等)將肯定會存儲所有數據，因為向用戶提供數據是它們的業務模式。

RollupDAOs指定并付費給參與者來存儲并提供與他們的Rollup相關的歷史數據。

歷史數據可以通過種子(torrents)進行上傳和共享。

客戶端可以自愿選擇隨機存儲區塊鏈的0.05%的歷史數據(使用糾刪碼，這樣只有當許多客戶端在同一時間離線時才會丟失一小塊數據)。

PortalNetwork中的客戶端可以隨機存儲一部分區塊鏈歷史數據，且PortalNetwork會自動將數據請求導向存儲了該數據的節點。

可以在協議中激勵歷史數據的存儲。

像TheGraph這樣的協議可以創建激勵市場，其中的客戶端向服務器支付費用，從而獲取歷史數據和證明其正確性的默克爾證明。這就激勵了人們和機構來運行存儲歷史數據的服務器，并按需提供這些數據。

這些解決方案中的一些方案(個人和機構志愿者、區塊瀏覽器)已經是可用的了。而當前的P2P種子場景更是一個主要由志愿者驅動和存儲大量內容的生態系統的絕佳例子。其他基于協議的方案要更加強大，因為它們提供了激勵機制，但它們可能需要更長的時間來進行開發。從長期來看，通過這些L2協議來訪問歷史數據，可能要比通過當前的以太坊協議更加有效。

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