IOSG Ventures：合并在即，詳解以太坊最新技術路線_HARD

tl;dr：如果「TheMerge」進展順利，分片將成為以太坊在2023年及之后的開發主軸，而距離2015年分片被提出，其含義已經發生了很大變化。在Vitalik提出「以Rollup為中心的以太坊路線圖」和以太坊的「Endgame」之后，以太坊的大方向發生了事實上的轉變——「退居幕后」，作為Rollup的安全性保證和數據可用性層。Danksharding和Proto-Danksharding是一系列的技術組合，表現形式在于「發現問題」、引入或提出新技術來「解決問題」的一套組合拳。時間線拉長到未來幾年，Rollup的整體價值將變大：以太坊上呈現多Rollup的發展格局、跨Rollup基礎設施高度完善、Rollup生態高度繁榮——甚至超越以太坊本身。引言

圖片來源轉眼2022年已走過一半。我們回看Vitalik在2018年Devcon演講中提出的SerenityRoadmap，容易發現以太坊的發展路徑幾經更迭—對比當前的路線圖，分片被賦予新的含義，eWASM亦少有人提及。為了避免潛在的欺詐和用戶誤導問題，今年1月底，以太坊基金會宣布棄用「ETH2」的說法，而是把當前的以太坊主網改稱為處理交易和執行的「執行層」，把原ETH2的說法改稱為協調和處理PoS的「共識層」。

當前，以太坊官方的路線圖涵蓋了三部分內容：信標鏈、合并與分片。其中，信標鏈作為以太坊向PoS遷移的前置工作，以及共識層的協調網絡，于2020年12月1日啟用，迄今已運行近20個月。合并指當前以太坊主網與信標鏈的最終合并，也即執行層與共識層的統一，標志著以太坊正式遷移到PoS。在IOSG的文章「黎明將至：以太坊合并近在咫尺」中，我們介紹了合并相關的重要進展：當前以太坊Ropsten與Sepolia測試網成功完成了合并，緊接著是Goerli的合并；如果一切順利，意味著我們離主網合并不遠了。

圖片來源本文我們將著重討論分片。原因在于：其一，假定主網合并能夠在年內順利實現，那么分片將緊隨其后，作為2023年以太坊的開發主軸。其二，以太坊分片的概念最早由Vitalik在2015年的Devcon1中提出，此后GitHub的ShardingFAQ中提出了分片的6個發展階段。然而，隨著以太坊路線圖的更新和相關EIP的推動，分片的含義和優先級都產生了很大變化。當我們在討論分片時，需要先確保對其含義的理解達成一致。綜上兩點，梳理清楚分片的來龍去脈是很重要的。本文將著重討論以太坊原分片、Danksharding和Proto-Danksharding的由來、進展和未來路線，而非具體到每個技術細節。關于Danksharding和Proto-Danksharding的詳細內容，可參考IOSG此前的文章：「擴容殺手锏Danksharding會是以太坊分片的未來嗎」、「EIP4844：即將開啟L2交易費降低可預見的洼地效應」。QuickReview

鏈游初創公司N3twork Studios完成4600萬美元融資，Griffin Gaming Partners領投:5月18日消息，鏈游初創公司 N3twork Studios 宣布完成 4600 萬美元 A 輪融資，Griffin Gaming Partners 領投，Kleiner Perkins、Galaxy Interactive 等參投。據了解，所融資金將用于開發團隊目前的兩款區塊鏈游戲，其中《Legendary: Heroes Unchained》將于今年晚些時候推出。[2022/5/18 3:25:22]

這篇文章中將會多次提到Rollup、數據可用性和分片。我們在這里快速回看一遍三者的基本概念。

當前主流Rollup分為zkRollup和OptimisticRollup。前者基于有效性證明，即批量執行交易，依賴密碼學證明SNARK來保證狀態轉換的正確性；后者「樂觀地」假設所有狀態轉換是正確的，除非被證偽；即需要一段時間窗口來確保錯誤的狀態轉換能夠被發現。

數據可用性對zkRollup和OptimisticRollup都非常重要。對前者而言，用戶可以基于數據可用性重建二層的所有交易，以確保抗審查；對后者而言，需要使二層的所有數據都被發布，沒有被隱藏任一交易。至于當前數據可用性面臨的瓶頸與相應的解決方案，在下文中會提到。

圖片來源以太坊全節點對EVM的完整狀態進行存儲，并參與所有交易驗證，這樣確保了去中心化和安全性，但隨之而來的是可擴展性的問題：交易線性執行，且需要每個節點進行逐一確認，這樣無疑是低效的。此外，隨著時間推移，以太坊網絡數據不斷積累，運行全節點的硬件要求隨之水漲船高。全節點數量下降將引發潛在的單點故障，并削弱去中心化的程度。直觀地看，分片相當于分工合作，即對所有節點進行分組，每筆交易只需要由單組節點進行驗證，并定期向主鏈提交交易記錄，以此實現交易的并行處理。采用分片使得在提高可擴展性的同時，也降低了單組節點的硬件要求，從而解決上述兩個問題。原分片

IOST NFT平臺正式上線，首拍日本知名漫畫家Chihiro Tamaki NFT作品:據官方消息，2021年4月6日，IOST日本市場數字藝術拍賣會正式上線。首件被拍賣的作品為NFT數字藝術品“IOST戰士”，它由日本知名漫畫家Chihiro Tamaki創作。

2020年4月推出IRC-722 NFT標準之后，IOST與日本區塊鏈開發咨詢公司Platinum Egg達成合作并共建NFT市場TokenLink。

Chihiro Tamaki是知名的日本漫畫家，擅長多種體裁。她的書《Walkin? Butterfly》被翻譯成外語，并被改編成電視劇。[2021/4/6 19:51:04]

圖片來源以太坊原方案中有64個分片，每個分片中都有獨立的提議者和委員會，提議者是被隨機選擇的一個驗證者，收集交易并進行排序；委員會是一組驗證者的集合，每隔一定時間被隨機分配到各個分片上，并驗證交易的有效性，如果委員會的2/3投票通過，則調用驗證者管理合約向信標鏈提交交易記錄。區別于下述的「數據分片」，這種分片也被稱為「執行分片」。背景

在聊Danksharding之前我們不妨先花點時間了解其背景。個人猜想，Danksharding推出的社區氛圍基礎主要來自Vitalik的兩篇文章。這兩篇文章為以太坊的未來發展方向定下了基調。首先，Vitalik于2020年10月發表了「以Rollup為中心的以太坊路線圖」，提出以太坊需要在中短期內對Rollup進行集中支持。其一，以太坊基礎層擴容將聚焦于擴大區塊的數據容量，而非提高鏈上計算或IO操作的效率。即：以太坊分片旨在為數據blob提供更多空間，以太坊無需對這些數據進行解釋，只確保數據可用。其二，以太坊的基礎設施進行調整以支持Rollup。長遠來看，以太坊的未來應該作為安全性高的、人人可處理的單一執行分片，以及可擴展的數據可用性層。

圖片來源此后，Vitalik在2021年12月發表的「Endgame」中描述了以太坊的最終圖景：區塊產出是中心化的，但區塊驗證實現去信任且高度去中心化，同時確保抗審查。底層鏈為區塊的數據可用性提供保證，而Rollup為區塊的有效性提供保證。類似于Cosmos的多鏈生態，以太坊的未來將是多Rollup共存的——它們都基于以太坊提供的數據可用性和共享安全性。用戶依賴橋在不同Rollup之間活動，而無需支付主鏈的高額費用。上述兩篇文章基本確定了以太坊的發展方向：優化以太坊的基礎層建設，為Rollup服務。以上論點也許基于這樣一個看法：既然Rollup已經被驗證有效并且得到良好的采用，那么「與其將花上幾年時間等待一個不確定且復雜的擴容方案，不如將注意力放在基于Rollup的方案上」。在此之后，Dankrad提出了新分片方案Danksharding。以下我們把Danksharding的具體技術組成拆分出來理解。Proto-Danksharding

Brave瀏覽器與Guardian合作為iOS用戶提高安全級別:金色財經報道，Brave瀏覽器與防火墻服務提供商Guardian合作，將為iPhone和iPad用戶帶來更高級別的安全性和隱私性。[2020/7/28]

圖片來源Proto-Danksharding提出的背景在于，雖然Rollup方案對比以太坊主鏈而言顯著降低了交易費用，但還沒有到足夠低的理想程度。這是由于以太坊主鏈上提供數據可用性的CALLDATA仍然占據較大的花費(16gas/byte)。在原先的設想中，以太坊提出在數據分片中提供每個區塊16MB的專用數據空間給Rollup使用，但距離數據分片的真正實施仍舊遙遙無期。今年2月25日，Vitalik和DankRad等提出了EIP-4844提案，也即Proto-Danksharding，旨在以簡單、前向兼容的方式擴展以太坊的數據可用性，使其在Danksharding推出之后仍然可用。該提案的改動僅發生在共識層上，不需要執行層的客戶端、用戶和Rollup開發者進行額外的適配工作。Proto-Danksharding實際上并未執行分片，而是為將來的分片引入了一種稱為「Blob-carryingTransactions」的交易格式。這種交易格式區別于普通交易在于其額外攜帶了稱為blob的數據塊，使區塊實際上變大，從而提供比CALLDATA更加廉價的數據可用性。然而，「大區塊」的普遍問題是對磁盤空間的要求不斷累加，采用Proto-Danksharding將使以太坊每年額外增加2.5TB的存儲量。因此，Proto-Danksharding設置了一段時間窗口，在此之后對blob做刪除操作，用戶或者協議可以在這段時間內對blob數據進行備份。即，以太坊的共識層僅僅作為一個高度安全的「實時公告板」，確保這些數據在足夠長的時間里是可用的，并使其他用戶或協議有足夠的時間來備份數據，而非由以太坊永久保留所有的blob歷史數據。這么做的原因是，對存儲來說，每年新增的2.5TB不在話下，但對以太坊節點卻帶來不小的負擔。至于可能導致的信任假設問題，實際上只需有一個數據存儲方是誠實的來存儲這部分歷史數據。那么，有沒有激勵來推動第三方對這些數據進行存儲呢？筆者暫時沒有發現激勵方案的推出，但Vitalik本人提出了幾個可能的數據存儲方：針對應用的協議。它們可以要求節點存儲與應用相關的歷史數據，如果歷史數據丟失，會對這部分應用造成風險，因此它們有動力去做存儲；BitTorrent；以太坊的PortalNetwork，這是一個提供對協議的輕量級訪問的平臺；區塊鏈瀏覽器、API提供者或者其他數據服務商；個人愛好者或者從事數據分析的學者；TheGraph等第三方索引協議。Danksharding數據可用性采樣

動態 | IOST與Suterusu達成合作 探索公鏈生態建設中隱私保護的應用:近日，IOST宣布與隱私保護項目Suterusu達成戰略合作。雙方將在區塊鏈隱私保護、密碼學應用等方面展開深度技術合作。Suterusu將使用原創的零知識證明協議ZK-ConSNARK，為IOST構建layer-2的側鏈，助力IOST實現隱私轉賬、隱私金融、隱私合約等功能，并在此基礎上為基于IOST公鏈的DeFi產品提供更好的隱私保護功能。這將極大地拓寬IOST公鏈技術在現實中的應用，也將為IOST主網用戶提供更為隱私、安全的服務。[2020/2/10]

圖片來源在Proto-Danksharding中我們提到新的交易格式使得區塊實際上變大了，并且Rollup也累積了大量數據，節點需要下載這些數據來保證數據可用性。DAS的想法是：如果可以把數據分為N個塊，每個節點隨機地下載其中的K個塊，就能驗證所有數據是否可用，而無需下載所有數據，這樣就能大大減少節點的負擔。但如果某個數據塊丟失了怎么辦？僅僅通過隨機下載K個塊很難發現某個塊丟失了。為了實現DAS，引入了糾刪碼技術。糾刪碼是一種編碼容錯技術，基本原理是把數據分段，加入一定的校驗并使各個數據段之間產生關聯，即使某些數據段丟失，仍然能通過算法將完整的數據計算出來。如果把糾刪碼的冗余比例設置為50%，那么意味著只需要有50%的區塊數據可用，網絡中的任何人就可以重建所有區塊數據，并且進行廣播。如果攻擊者想要欺騙節點，則必須隱藏掉超過50%的區塊，但只要進行多次隨機采樣，這種情況幾乎不會發生。……既然節點不下載所有數據，而是依靠糾刪碼來重建數據，那么首先需要確保糾刪碼被正確編碼，否則用錯誤編碼的糾刪碼當然沒法重建數據。這樣，進一步引入了KZG多項式承諾，多項式承諾是一個「代表」多項式的簡化形式，用于證明多項式在特定位置的值與指定的數值一致，而無需包含該多項式的所有數據。Danksharding中通過采用KZG承諾來實現對糾刪碼的驗證。如果我們可以把所有數據都放在一個KZG承諾中當然很省事，但是構建這個KZG承諾，或者一旦有部分數據不可用，重建這個數據——兩者的資源要求都是巨大的。而同樣為了降低節點負擔從而避免中心化，Danksharding中把KZG承諾進行了進一步的拆分，提出了二維KZG承諾框架。當我們依次解決上述問題之后，依靠DAS，節點或者輕客戶端只需要隨機下載K個數據塊，就能夠驗證所有數據是可用的；這樣一來，即便引入「大區塊」之后，也不會過多地加重節點的負擔。區塊提議者與構建者分離

動態 | 跨ETH/EOS/TRON/IOST四大公鏈，DApp活躍度排行榜:據 DAppTotal 05月20日數據顯示，過去一周，綜合對比ETH、EOS、TRON、IOST四大公鏈的DApp生態情況發現：總用戶量(個): EOS(171,026) > TRON(136,616) > ETH(58,854) > IOST(10,534)；總交易次數(筆)：EOS(24,691,316) > TRON(7,052,478) > IOST(2,665,724) > ETH(451,261)；總交易額(美元)：EOS(200,533,801) > TRON(103,778,770) > ETH(65,879,809) > IOST(3,531,315)；跨四條公鏈按用戶量TOP3 DApps為：Endless Game(EOS)、TRXMarket(TRON)、Hash Baby(EOS)；按交易次數TOP3 DApps分別為：Hash Baby(EOS)、TRONbet(TRON)、BetHash(EOS)；按交易額TOP3 DApps分別為：EOSREX(EOS)、TRONbet(TRON)、EOSJacks(EOS)。[2019/5/20]

在當前情況下，PoW礦工和PoS驗證者既是區塊構建者，又是區塊提議者——在PoS中，驗證者可以用MEV的利潤獲取更多新的驗證者席位，從而有更多機會去實現MEV；此外，大型驗證池顯然比普通驗證人有更強大的MEV捕獲能力，這樣導致了嚴重的中心化問題。于是，PBS提出把Builder和Proposer進行分離。PBS的想法如下：Builder們構建一個排好序的交易列表，并且把出價提交給Proposer。Proposer只需要接受出價最高的交易列表，且任何人在拍賣的獲勝者被選出之前，無法知道交易列表的具體內容。這種分離和拍賣的機制引入了博弈和Builder之間的「內卷」：畢竟每個Builder捕獲MEV的能力不盡相同，Builder需要權衡潛在的MEV利潤、以及拍賣出價之間的關系，這樣實際上減少了MEV的凈收入；而無論最終Builder提交的區塊是否能夠順利產出，都需要向Proposer支付競價的費用。這樣一來，Proposer相當于分享了一部分MEV的收入，削弱了MEV的中心化程度。以上介紹了PBS在解決MEV方面的優勢，而引入PBS還有另一個原因。在Danksharding中，對Builder的要求是：在1秒左右計算出32MB數據的KZG證明，這需要32-64核的CPU；并且在一定時間內以P2P的方式廣播64MB的數據，這需要2.5Gbit/s的帶寬。顯然驗證者無法滿足這樣的要求。于是PBS把兩者分開，Proposer仍然作為一般驗證者節點，負責選擇交易列表，并廣播區塊頭；而Builder作為一個專門的角色，負責上述工作和構建交易列表。

圖片來源去年10月，Vitalik提出了雙SlotPBS方案，但具體的PBS方案仍然在討論中。抗審查列表

圖片來源但PBS也帶來一個問題，如果某個Builder總是出最高價來贏得拍賣，那么他實際上有了審查交易的能力，可以選擇性地不把某些交易包含在區塊中。為此，Danksharding進一步引入了抗審查列表crList，即Proposer有權利指定一個交易列表，這個交易列表必須被Builder所包含；在贏得拍賣后，Builder需要證明crList中的交易都已經被包含在內，否則該區塊將被視為無效。小結

圖片來源把上述的數據可用性采樣、區塊構建者和提議者分離以及抗審查列表組合起來，就得到了完整的Danksharding。我們發現，「分片」的概念其實已經被淡化了，盡管保留了Sharding的叫法，但實際上的重點已經放在對數據可用性的支持上。那么Danksharding對比原分片有哪些優勢呢？在原分片中，每個單獨的分片都有其提議者和委員會，分別對分片內的交易驗證進行投票，并由信標鏈的提議者收集所有投票結果，這項工作很難在單個Slot內完成。而在Danksharding中只在信標鏈上存在委員會，由這個委員會來驗證信標鏈區塊和分片數據。這相當于把原來的64組提議者和委員會簡化為1組，無論是理論還是工程實現的復雜度都大大降低了。Danksharding的另一個優點是，以太坊主鏈和zkRollup之間有可能實現同步調用。上文我們談到，在原分片中信標鏈需要收集所有分片的投票結果，這會產生確認的延遲。而在Danksharding中，信標鏈的區塊和分片數據由信標鏈的委員會進行統一認證，也即同個信標區塊的交易可以即時訪問分片的數據。這樣激發了更多可組合性的想象空間：例如StarkWare提出的分布式AMM，能夠跨L1/L2進行Swap或共享流動性，從而解決流動性碎片化的問題。在Danksharding得到實施之后，以太坊將變成Rollup的統一結算層和數據可用性層。ClosingThoughts

在上圖中，我們對Danksharding進行一個總結。綜上，我們大致可以看到，未來的2至3年內，以太坊路線圖的指向性是非常明顯的——圍繞服務Rollup而展開。盡管在此過程中路線圖改動與否仍然是未知數：Danksharding預計將在未來18-24個月內實現，而Proto-Danksharding將在6-9個月內實現。但至少我們明確了Rollup作為以太坊的擴容基礎，占據著一定的主導地位。根據Vitalik提出的展望，在此我們也提出一些預測性思考和猜想：一是類似Cosmos的多鏈生態，未來以太坊上將出現多Rollup的競爭格局，由以太坊為它們提供安全性和數據可用性的保證。二是跨L1/Rollup基礎設施將成為剛需。跨域MEV將帶來更加復雜的套利組合，類似上述提到的dAMM帶來更豐富的可組合性。三是多Rollup的生態應用將超越以太坊本身。由于以太坊的定位退居其次，作為Rollup的數據可用性層，我們猜測更多的應用會遷移到Rollup上面去做；或者至少在以太坊和Rollup上面同時做應用。參考材料：https://consensys.net/blog/blockchain-explained/the-roadmap-to-serenity-2/https://www.web3.university/article/ethereum-sharding-an-introduction-to-blockchain-shardinghttps://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698https://vitalik.ca/general/2021/12/06/endgame.htmlhttps://notes.ethereum.org/@vbuterin/proto_danksharding_faqhttps://twitter.com/pseudotheos/status/1504457560396468231https://ethos.dev/beacon-chain/https://notes.ethereum.org/@vbuterin/pbs_censorship_resistance#How-does-proposerbuilder-separation-PBS-workhttps://notes.ethereum.org/@fradamt/H1ZqdtrBFhttps://cloud.tencent.com/developer/article/1829995https://medium.com/coinmonks/builder-proposer-separation-for-ethereum-explained-884c8f45f8ddhttps://dankradfeist.de/ethereum/2021/10/13/kate-polynomial-commitments-mandarin.htmlhttps://members.delphidigital.io/reports/the-hitchhikers-guide-to-ethereumhttps://vitalik.ca/general/2019/09/22/plonk.html原地址

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