DATA:如何降低Layer2費用100倍？一文讀懂EIP-4844

引子

Vitalik于2022年11月5日發布了更新后的以太坊路線圖，相比于之前2021年12月2日發布的路線圖，其中即將到來的The Surge階段的更新無疑是最值得關注的。

如下圖所示，這一階段的更新明顯添加了更多細節 —— 我們可以明顯看到，為了實現“基本的Rollup擴容”，以太坊社區提出了EIP-4844：Proto-Danksharding。這個提案將于2023年5月到6月初落地，屆時Rollup的費用花費將降低100倍，這將非常大的優化以太坊L2的用戶體驗。如此大的優化，勢必會成為Web3社區討論和關注的焦點。

原來以太坊相關的問題在哪？EIP-4844是用什么思路和方案解決這一問題的？本文就將幫助大家簡明扼要的理解EIP-4844。

如果你希望跟上以太坊底層的架構更新，實時跟上社區的討論，就請不要錯過本文！

正文

一、EIP-4844起源：數據可用性引起的L2費用瓶頸

1.1 當前有關L2與L1數據交互的基本情況

當前以太坊L2大多以Rollup為基本的技術路線，Vitalik更是將以太坊的更新用”A Rollup-Centric Roadmap“描述，可見Rollup基本已經一統L2江湖。

沃爾瑪調查其與萊特幣合作的虛假新聞稿是如何發布的:9月14日消息，在與萊特幣合作的假消息傳出后，沃爾瑪公司表示正在調查欺詐性新聞稿是如何發布的。The Litecoin Foundation和Charlie Lee也在調查此事。此外，Globenewswire表示，它還將與當局合作，“要求并促進進行全面調查，包括與此事相關的任何犯罪活動。”（Bitcoin News）[2021/9/15 23:25:08]

而Rollup運行的基本原理，是將一捆交易在以太坊主鏈外執行，執行完后將執行結果和交易數據本身經過壓縮后發回到L1上，以便其他人去驗證交易結果的正確性。顯然，如果其他人沒有辦法讀取數據，那就無法完成驗證。因此讓其他人能夠獲取交易原始數據這一點非常重要，它也被稱為“數據可用性”（Data Availability）。

而受限于以太坊當前的架構，L2向L1的傳輸的數據，是儲存在交易的Calldata里面的。然而，Calldata在最初以太坊設計的時候只是一個智能合約函數調用的參數，是所有節點必須同步下載的數據。如果Calldata膨脹，將造成以太坊網絡節點的高負載，因此Calldata的費用是比較昂貴的。這也是造成當前L2費用的主要因素。

1.2 問題的改進思路

讀者不妨思考一下，如果讓你來針對這個問題設計優化方案，你會朝哪個方向去做改進？

Life預言機協議：正在探索如何把真實數據存儲在Filecoin網絡:北京時間2021年5月18日15時，Life預言機協議官方發布博客表示正在探索如何把真實數據存儲在Filecoin網絡。Life去中心化數據預言機協議啟動于2017年，旨在實現區塊鏈與現實世界的數據可信交互。Life是一個集成了智能合約、加密算法、通證經濟以及各種API的綜合性去中心化預言機網絡。生態參與者可依靠智能硬件采集設備進行海量數據收集，后端接入Life完成數據的加密存儲、確權和自由流轉。目前Life與可信硬件廠商的合作開發已經進展到了最后的階段，相關可信硬件（數據采集設備）已經研發完成，不久將會上市。Life技術團隊目前正基于Filecoin網絡完善相關的API，以實現可信硬件采集的數據可直接上傳至Filecoin網絡。[2021/5/19 22:20:00]

其實我們可以觀察到，L2的交易壓縮數據的上傳，只是為了讓它能夠被其他人所下載驗證，并不需要被L1所執行。而Calldata費用之所以高，是因為它作為一個函數調用的參數，是默認可能被L1執行的，因此需要全網的節點進行同步。

這就造成了一種不匹配：打個比方，就像我明明只想把數據傳個網盤，讓有需要的其他人在一段時間內能夠去下載；結果，你卻把我的數據做了個我并不需要的全網廣播同步，強制所有人必須在限定時間內完成下載，然后反過來因為這個服務向我收取高昂的費用。這明顯是不合適、需要改進的。

那怎么改進呢？我們可以把L2傳過來的數據單獨設計一個數據類型，把它和L1的Calldata分開。這種數據類型只需要滿足能在一定時間內被有需要的其他人所訪問下載即可，無需做全網的同步。實際上，這點也被眾多以太坊技術社區的成員所想到了。

動態 | 美國大學不知如何處理所得數字貨幣捐款:據Cryptoticker消息，美國大學處于數字資產捐贈的接收端，每年以比特幣和其他數字資產形式接受捐贈的美國大學名單繼續增長。然而，似乎并非所有大學都非常熱衷于接受不熟悉的資產作為捐贈，許多大學都不清楚如何處理他們所獲得的數字貨幣資金。[2018/10/18]

EIP-4844的改進，其實就是圍繞著這個脈絡進行的。

二、EIP-4844的核心：帶Blob的交易

如果用一句話來概括EIP-4844究竟做了什么，那就是：引入了”攜帶blob的交易“這一新的交易類型。Blob就是上文提到的，為L2的數據傳輸所專門設計的數據類型。

因此，將有關blob的細節理解清楚，就可以說基本搞明白了EIP-4844。

2.1 Blob的本體：一個用于放置L2壓縮數據的“大數據塊“，存在共識層的節點中

Blob這個名字，其實是Binary Large Object的簡稱，直譯”二進制大數據塊“。它被設計出來，就是為了承載L2的原始交易壓縮數據，相當于之前L2的這些數據放到Calldata，現在就放到Blob里面。相比于Calldata，Blob的數據大小可以非常大，高達125KB。

Blob是由共識層的節點進行存儲的，而不是像Calldata那樣在會直接上主鏈，這也帶來了Blob的兩個核心特點：

BM：對代理如何運作和“dApp開發者”如何計費的理解可能需要調整:北京時間今日凌晨，BM在開發者群發表對代理如何運作和“dApp開發者”如何計費的理解：

??1）所有CPU/帶寬都是“執行操作的用戶”；

??2）所有存儲都按照dApp的選擇向用戶或dApp付費；

??3）dApp開發人員希望授權用戶將帶寬委托給用戶；

??4）授權帶寬理論上可以用于任何dApp。

現在想象一下，你是一個社交媒體公司，希望為用戶提供免費賬戶。用戶在您的網站上注冊，您為他們創建一個區塊鏈賬戶，然后將一些帶寬委托給他們。您的應用可以選擇為每個授權用戶支付有限的存儲空間，這使他們能夠在他們需要攜帶自己的存儲空間之前，擁有N份杰出的帖子和V張投票。如果您的應用不想為用戶支付存儲費用，則該應用可能完全是BYOS（注：Bring your own storage，使用你自己的存儲）和BYOB（注：Bring your own Bandwith，使用你自己的帶寬）應用。如果用戶不繼續他們的訂閱或停止使用您的服務，那么您可以將帶寬重新分配給其他用戶。[2018/4/30]

不能像Calldata那樣被EVM所讀取

有生命周期，在30天之后將被刪除

（如果你對密碼學和抽象代數并不熟悉，那么對于blob本身理解到這一層已經足夠了）

更細節一點的來說，Blob本身，是一個由4096個元素所構成的向量（Vector）。這個向量每個維度都是一個可以非常大的數字，取值范圍在0到52435875175126190479447740508185965837690552500527637822603658699938581184513之間 —— 這個非常大的數字是一個質數，它是和橢圓曲線密碼學算法相關的。

新華網分析：區塊鏈如何帶來個人數據保護“革命”:新華網今晚發表文章《區塊鏈如何帶來個人數據保護“革命”》，文章表示大數據時代，個人的數據被認為是黃金般珍貴。個人數據泄漏令人擔憂，但絕大部分人不可能因為害怕數據被收集而切斷與互聯網的聯系，而現階段有責任保管個人信息的企業、學校、酒店、社交網站等往往擔責不力。專家們認為，區塊鏈技術作為一種帶有加密、信任、點對點、難篡改等特征的“中間件”，有望解決這個難題。

區塊鏈技術的出現令個人數據掌控權從互聯網公司轉移到用戶自己手中，使人人掌控自己的個人數據成為可能。通過它，用戶個人數據可以與個人數字身份證相關聯，用戶可以選擇數字身份證是匿名、化名或公開，還可以隨時隨地從任何設備訪問區塊鏈應用平臺，控制他們的互聯網個人數據。[2018/4/18]

而這個向量的每個維度的數字，可以把它看做是一個不高于4096階的有限域多項式的各個系數，比如第i維的數字就是w^i前面的系數，其中w為常數且滿足w^4096 = 1。這個結構設計，是為了方便KZG多項式承諾的生成。

2.2 與Blob相關的架構設計：Sidecar

在理解Blob架構之前，先需要說明一個概念：Execution Payload（執行負載）。在以太坊合并之后，分出了Consensys Layer和Execution Layer，它們分別負責兩個主要功能: 前者負責 PoS 共識，后者執行 EVM。而Execution Payload可以簡單認為是EL層里面普通的L1交易。

（來源：OP in Paris: OP Lab's Protolambda walks us through EIP-4844）

Blob和現在以太坊架構的融合，可以類比為摩托車本體和摩托車挎斗（Sidecar）之間的關系，就像這樣：（左邊的就是摩托車的Sidecar）

Sidecar（摩托車挎斗）是一個官方比喻。它的含義，其實就是Blob的運轉雖然依賴于主鏈，但某種程度上也平行于主鏈、具備相當的獨立性。

如下圖所示，接下來就讓我們來過一遍Blob相關的執行流程，以更好的理解這一比喻：

首先，L2 Sequencer確定交易，將交易的結果和相關證明（黃色部分）和數據包（Blob，藍色部分）傳到L1的交易池中

L1的節點（Beacon Proposer）看到了交易，它會在新的區塊提議（Beacon Block）里面執行相關交易并進行廣播；但在廣播的時候，它會把Blob分離出來留在共識層CL中，并不會把它放到執行層的新區塊里面

其它L1節點（Beacon Peer）會收到了新的區塊提議和交易結果。如果它們有需要成為L2驗證者，它們可以去Blobs Sidecar下載相關的數據。

下圖是從另一個角度對Blob生命周期的闡述，我們可以清晰地看到blob數據不會上L1主鏈，只會存在共識層節點之中，并且它有著不一樣的生命周期。

因此，這也不難理解為什么Blob無法被EVM，也就是L1的智能合約所直接讀取：能被讀取的都是被傳到執行層的東西，既然Blob僅僅留在共識層，那么肯定就沒有這個功能了。而事實上，這種分離，也正是Rollup費用能因此降低的原因。

2.3 Blob的存儲：新的Fee Market

前文提到，Blob數據將存在共識層節點之中，并且具備生命周期。但顯然這種服務也不是免費的，因此它將會帶來一個獨立于L1 Gas費的新費用市場，這也是Vitalik所倡導的Multi-dimensional Fee Market。這個Fee Market的相關細節還在迭代完善之中，詳見Github的相關討論與更新：https://github.com/ethereum/EIPs/pull/5707

另外，如果節點層面只能短期存儲這些數據，那么如何實現長期的儲存呢？對此，Vitalik表示解決方案其實很多。因為這里的安全假設要求不高，是”1 of N信任模型“，只需有人能夠完成真實數據的存儲即可。在大的存儲硬件只需要20美元每TB的當下，每年2.5TB的數據存儲對于有心人而言只是小問題。另外，其它各種去中心化存儲解決方案也會是一種選擇，不過Vitalik在這里并沒有提到具體的項目。

三、EIP-4844的影響

在架構層面，EIP-4844引入了新的交易類型 Blob-carrying Transaction，這是以太坊第一次為L2單獨構建數據層，也是之后Full Danksharding實現的第一步。

在經濟模型層面，EIP-4844將為blob引入新的Fee Market，這也會是以太坊邁向Multi-dimensional Market的第一步。

在用戶體驗層面，用戶最直觀的感知就是L2費用的大幅降低，這個底層的重要改進，將為L2以及其應用層的爆發提供重要基礎。

四、EIP-4844后的展望：Fully Danksharding

目前，EIP-4844已經明確包含在以太坊上海升級系列之中，按照目前社區成員給出的時間表，預計將于明年5月至六月初完成。

而EIP-4844只是”Proto-Danksharding“，意為Danksharding的原型。完整版Danksharing的構想如下圖所示，每個節點都可以直接通過數據可用性采樣（Data Availability Sampling），實現對L2數據正確性的實時驗證。這將會進一步提高L2的安全性和性能。

（來源：Frequently Asked Questions Written by Vitalik Buterin）

林川，A&T Capital高級分析師，北大計算機本碩，北大區塊鏈協會副會長；關注Infra、DID等Web3投資方向。

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