HARD:以太坊2.0將加速落地，簡化分片方案新鮮出爐

昨天在日本大阪舉辦的Devcon5大會上，ConsenSys創始人透露稱以太坊2.0的phase1-2階段將大大提前，可能在2020年底就可以推出，而這比原計劃要提前近兩年的時間。

那這究竟是怎么一回事呢？是開發者們實在太給力，以至于團隊能超前完成任務了？

當然不是這個原因，真正的原因是：以太坊2.0原分片方案實施難度太高，為了加快落地，研發團隊對其進行了簡化。

為此，以太坊創始人Vitalik剛發布了還熱乎的“減少分片數量，加快跨分片通信”的提議。

那這個新提議的具體內容有哪些呢？

原文在這里：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/HkiULaluS

太懶不看？給你核心要點：

不再有持續分片鏈的概念，相反，每個分片區塊都是直接的交聯。提議人發出提議，交聯委員會負責批準，然后完成任務；

分片數從之前的1024減少到64，分片區塊大小從kB增加到kB，總分片容量為1.3-2.7MB/s，具體取決于slot時間。如果需要的話，分片數量和區塊大小可隨時間的推移而增加，比方說10年后最終達到1024個分片，以及1MB區塊。

L1和L2層進行了諸多簡化：所需的分片邏輯更少，不需要layer-2跨分片加速，因為“本地”跨分片通信是在1個slot時間內發生的，(iii)不需要DEX來促進支付跨分片txfee，(iv)EE可以變得更簡單，(v)無需混合序列化和哈希；

a16z Crypto推出以太坊輕客戶端Helios:11月8日消息，據官網消息，a16z Crypto推出以太坊輕客戶端Helios，基于Rust語言進行編寫，在兩秒鐘內同步，不使用存儲，并提供對以太坊的無需信任的訪問，且其功能與全節點相同。Helios將數據從不受信任的集中式RPC提供程序轉換為可驗證安全的本地RPC。Helios與集中式RPC一起工作，可以在不運行完整節點的情況下驗證其真實性。[2022/11/8 12:30:56]

主要缺點：(i)信標鏈開銷會較大，分片區塊時間會變長，較高的“突發性”帶寬需求，但“平均”帶寬需求會是較低的。

序言/根本原因

當前的以太坊2.0體系結構過于復雜，特別是在費用市場層面，這是由針對eth2基礎層的主要故障所創建的layer-2解決方案引起的：雖然分片內的區塊時間是非常低的，但分片之間的底層通信時間卻是非常高的，這需要1-16個epoch周期，而如果超過1/3的驗證者離線，這個時間甚至會更多。這使得“樂觀”解決方案成為了必要前提：一個分片內的子系統“假裝”提前知道其它分片的狀態根，通過某種中等安全的機制來學習它們，并通過使用這些狀態根處理交易來計算自己的狀態。一段時間后，一個“后衛”進程會遍歷所有的分片，檢查哪些計算使用了有關其他分片狀態的“正確”信息，并丟出所有未使用這些“正確”信息的計算。

而這個過程是有問題的，這是因為，雖然它可有效地模擬很多情況下的超高速通信時間，但是復雜的情況，是由“樂觀的”ETH和“真實的”ETH之間的差距引起的。具體而言，我們無法合理地期望區塊提議者“知道”樂觀ETH，因此，如果分片A上的用戶向分片B上的用戶發送ETH，則在分片B上的用戶擁有協議層ETH之前，會存在一個時間延遲。而要想繞過這一點，要么需要去中心化交易所，要么需要中繼市場。

分析師：以太坊價格將持續到合并，此后可能會大幅下跌:金色財經消息，據Glassnode數據顯示，當前以太坊期權未平倉合約達66億美元，創歷史新高，與此同時，比特幣期權未平常合約為48億美元。許多專家認為，該現象的出現是因為以太坊合并。

對此，Bitfinex市場分析師表示，整個衍生品市場的投資者似乎都在購買以太坊價格反彈的看漲期權，以太坊價格將持續到合并，但此后可能會大幅下跌。（Thecoinrepublic）[2022/8/21 12:38:48]

此外，目前的交聯機制增加了大量的復雜性，實際上它需要一整套區塊鏈邏輯，包括獎懲計算、分叉選擇規則等，它們需要被納入分片鏈中，并作為Phase1的一部分。

本文檔提出了一個徹底的替代方案，它消除了所有這些問題，從而使以太坊2.0能夠更快地使用，另外還降低了風險。

方案細節

我們把SHARD_COUNT從1024減少到64，并將每個slot的最大分片數從16增加到64。這意味著“最優”工作流現在是在每個信標鏈區塊之間，而之前每個分片會發布一個交聯。

注意一個關鍵的細節：現在有一條路徑，任何分片的slot-N+1區塊都可以知道所有分片的所有slot-N區塊。因此，我們現在有一類的單slot跨分片通信。

數據：處于虧損狀態的以太坊地址數創兩年內新高:5月14日消息，據Glassnode數據顯示，處于虧損狀態的以太坊地址數創兩年內新高，為31,101,288.667個地址（7日平均）。[2022/5/15 3:16:44]

現狀

新提議

我們改變了證明鏈接的結構：它不再包含“crosslink”，而只包含單個區塊內容的數據根，其內容完全由“提議者”決定。分片區塊還將包括來自提議者的簽名。提議者的計算方法與以前相同，都是基于persistent-committee的算法，而這是為了鼓勵p2p網絡的穩定性。如果沒有可用的提案，交聯委員會成員可投票贊成一個空的“零提案”。

在該狀態下，我們像以前一樣存儲一個maplatest_shard_blocks:shard->(block,slot)，不同之處在于存儲的周期變成了epoch，而不是之前的slot。在“樂觀情況下”，我們希望這個map能夠更新每個slot。

將online_validators定義為活躍驗證者的子集。如果2/3的online_validators同意給定分片的同一新區塊，則map會進行更新。

如果當前slot是n，但對于給定分片i，latest_shard_blocks.slot<n-1區塊），我們需要該分片的證明，以提供范圍.slot+1....min(latest_shard_blocks.slot+8,n-1)]內所有slot的數據根。分片區塊仍需指向“先前分片區塊”，并且我們仍要強制一致性，因此該協議要求這樣的多slot證明是一致的。我們希望委員會使用以下“分叉選擇規則”：

以太坊基金會和以太坊名稱服務支持Spruce提出安全登錄的系統:9月14日消息，以太坊基金會 (EF) 和以太坊名稱服務 (ENS) 正在支持去中心化身份軟件公司Spruce提出的使用以太坊進行安全登錄的系統。Spruce將與ENS和以太坊基金會密切合作，以確保其解決方案與整個以太坊生態系統中使用的現有標準兼容，并強調最終結果將對實施者友好，同時保持供應商中立。Spruce的系統是在EF和ENS于7月提交提案請求后被選中的，該提案鼓勵開發人員和軟件公司使用Oauth（一種訪問授權的開放標準）提出登錄包。（Cointelegraph）[2021/9/14 23:23:35]

對于每個有效+可用的分片區塊B，計算最近消息支持B或B后代的驗證者的總權重，我們稱之為B的“得分”，空分片區塊也可以有得分。

為latest_shard_blocks.slot+1選擇擁有最高得分的分片區塊；

為

latest_shard_blocks.slot+k選擇擁有最高得分的分片區塊；

概述

發布信標區塊N和信標區塊N+1之間的過程如下：

信標區塊N被發布；

對于任何給定的分片i，分片i的提議者提出一個分片區塊。此區塊的執行可看到信標區塊N和舊區塊的根；

映射到分片i的證明者進行證明，其中包括對分片i上的slotN信標區塊和slotN分片區塊的意見；

信標區塊N+1發布，其中包括所有分片的證明，區塊N+1的狀態轉換函數會處理這些證明，并更新所有分片的“最新狀態”；

聲音 | 以太坊核心成員：未來將投入大量資金推廣以太坊:1月8日，以太坊基金會社區經理Hudson Jameson發推表示，其曾經一直專注于技術和建設，并將他們置于在市場之上的位置，但現在他要做出改變，需要投入大量的資金用以推廣以太坊。他表示，最好的技術并不總是勝出。[2020/1/9]

開銷分析

注意，不需要有參與者不斷積極地下載分片區塊區塊數據，相反，提議者在發布提案時，只需在小于3秒的時間內上傳最高512kB的數據，然后委員會只需在小于3秒的時間內下載最高512kB的數據，即可驗證提案。

請注意，這低于當前每個驗證者的平均負載。但是，“突發性”負載會是更高的：之前為3秒內最高64KB，現在改為3秒內最高512KB。

從證明加載的信標鏈數據更改如下：每個證明大約300字節的固定數據，外加一個位字段，即每個epoch周期400萬bit，或每個slot8192byte。因此，當前方案的最大負載為128*300+8192=46592，盡管平均負載可能更像32*300+8192=17792，甚至可通過壓縮來降低。

而在該提議中，我們會看到兩種負載：

最大負載為128*300+128*200+8192=72192，平均負載也許為80*300+10*200+8192=34192。

還要注意，證明聚合在每個分片中每個slot的開銷為65536*300/64=307200字節。這為運行節點的系統提供了一個需求基礎，因此使區塊數據變得比這小得多也沒有什么價值。

從計算上講，唯一顯著增加的開銷，是更多的配對，而具體數據是從每個區塊最多128增加到最多192，而這將增加大約200ms的區塊處理時間。

分片“基本操作系統”

每個分片都有一個狀態，即映射ExecEnvID->(state_hash,balance)。一個分片區塊被分成一組塊，其中每個塊指定一個執行環境。塊的執行以狀態根和塊的內容作為輸入，并輸出一個元組列表，每個分片最多只能有一個EE_id。我們還從EE余額中減去value的和。

在分片區塊頭中，我們放置了一個“receiptroot”，其中包含一個映射shard->...]。

分片i上的分片區塊，需包含彼此分片的分片j收據的Merkle分支，該分支位于其它分片的“receiptroot”。接受的值被分配給它的EE，并且EE執行可訪問msg_hash。

這允許在分片間的EE之間即時傳輸ETH，每個區塊的開銷為(32*log(64)+48)*64=15360字節。msg_hash可用于減少傳遞跨分片信息所需驗證內容的大小，因此在一個高度活躍的系統中，15360字節通常是必不可少的。

主要的好處：更簡單的費用市場

我們可按下面的方式修改執行環境：每個分片都有一個狀態，其中包含狀態根以及執行環境的余額。執行環境將能夠發送收據，因而將幣直接發送給其它分片上的相同執行環境。這將使用一個Merkle分支處理機制來完成，每個分片EE狀態為其它分片存儲一個nonce，以此作為重放保護。EE也可以直接向區塊提議者支付費用。

而這種方式，除了提供了足夠的功能之外，還消除了對中繼市場的迫切需求，也消除了執行環境承擔樂觀實施跨分片狀態的負擔。

優化證明

為了提高效率，我們還進行了以下優化：如前所述，查閱slotn的證明可完整地包含在slotn+1中。然而，如果這樣的證明包含在后面的slot中，則必須以“簡化形式”包含它，該“簡化形式”僅包含信標區塊，而不包含任何交聯數據。

這種方法不僅減少了數據，而且重要的是，通過強制“舊證明”保存了相同的數據，它減少了驗證證明所需的配對數量：在大多數情況下，來自同一slot的所有舊證明都可通過單個配對進行驗證。如果鏈不分叉，則在最壞情況下，驗證舊證明所需的配對數限制為epoch長度的兩倍。如果鏈確實發生了分叉，那么包含所有證明的能力，將取決于更高百分比的提議者是誠實的條件，并且還需要包含更早的證明。

保留對輕客戶端的支持

每天，我們隨機選擇一個由256個驗證者組成的委員會，這些驗證者可以在每個區塊上簽名，其簽名可包含在區塊n+1中以獲得獎勵。這樣做是為了讓低權利的輕客戶端也能夠工作。

其它可能的擴展

slotn的分片區塊須查詢slotn-1的信標鏈區塊。這將允許每個slot并行而非串聯發生，從而減少slot時間，而其代價是將跨分片通信時間從1個slot時間增加到2個slot時間；

如果區塊提議者希望讓區塊大于64KB，則其首先要生成64KB的數據，然后讓交聯委員會對其進行簽名，然后，他們可以添加另一部分引用第一個簽名的64kB，依此類推。這將鼓勵區塊生產者每隔幾秒發布其區塊的部分完成版本，從而創建預確認；

加快秘密leader選舉的發展；

而對于這一新的分片方案，也有社區成員發出了自己的疑問，比如RaymondDurk寫道：

“如果現在這樣做，那以后分片數量要擴展到1024，它的實現會復雜嗎？”

對此，Vitalik的回復是“并不復雜”。

你的看法是什么呢？

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