Vitalik：通過調整 calldata 和增加分片進一步擴容 rollup 的漸進路線圖_以太坊

在中短期、甚至長期來說，rollup是以太坊唯一的去信任擴容解決方案。數月以來，L1上的交易費變得如此高，以至于我們迫切需要做些什么來促進整個生態系統向rollup遷移。Rollup已經為許多以太坊用戶極大地降低了交易費:?根據L2交易費監測網站l2fees.info顯示，Optimism和Arbitrum的交易費比以太坊基礎層的交易費要低大約3-8倍；而ZK-rollup擁有更好的數據壓縮并且不需要打包簽名，費用與基礎層相比要低40-100倍。

然而，即便有所擴容，這樣的費用對于用戶來說也還是太昂貴了。關于該問題早就已經寫過文章，解決目前形式rollup不足的長期解決方案為添加數據分片，這將為rollup增加約1-2MB/秒的專用數據空間。本文檔描述了對該方案的實用操作方法，從而盡快為rollup釋放充足的數據空間，并逐漸增加額外的空間和提高安全性。

第一步：調整交易calldata以實現擴容

目前現有的rollup需要使用交易calldata。因此，如果我們想在不需要rollup團隊做任何額外工作的情況下，短期內提高rollup的吞吐量并降低成本，我們應該僅需要降低交易calldata的成本。目前區塊的平均大小還遠不足以大到威脅網絡的穩定性，因此可以安全地完成這一操作，盡管可能需要一些額外的邏輯來防止一些極度危險的邊緣情況。

Vitalik：跨鏈證明是實現跨鏈社交恢復錢包的關鍵，ZK-SNARK等是可行選擇:6月20日消息，以太坊聯合創始人VitalikButerin在最新文章《更深入探討錢包和其他用例的跨L2讀取》中指出，實現跨鏈社交恢復錢包的一個可行方案是維護一個存放在特定位置的密鑰庫，以及多個不同位置的錢包，這些錢包可以讀取密鑰庫來更新自身的驗證密鑰視圖或在每次交易驗證過程中。跨鏈證明是實現這個功能的關鍵，需要對其進行深度優化，可能的方案包括零知識證明（ZK-SNARK）、等待Verkle證明或自定義KZG解決方案。

從長遠看，我們需要實現聚合協議，通過生成聚合證明來打包所有用戶提交的操作，以此來降低成本。這可能需要將其集成到ERC-4337生態系統中，可能需要對ERC-4337進行一些修改。同時，為了減少從L2內部讀取L1狀態的延遲，L2應被優化。

錢包不只可以放在L2上，也可以放在與以太坊連接程度較低的系統上，如L3或只同意包含以太坊狀態根的獨立鏈。然而，密鑰庫應放在L1或高安全性的ZK-rollupL2上。盡管這樣會增加復雜性，但從長期來看，可能在L2上設置密鑰庫才是成本更低的方案。在這個過程中，我們也需要致力于提供保護隱私的解決方案，并確保我們的方案可以與隱私保護方案兼容。[2023/6/21 21:50:47]

請閱讀：EIP4488，或者另外一個EIP(更簡單但效果更溫和)—EIP4490。

日本物聯網平臺開發商Jasmy與AVITA Technologies成立合資公司:日本物聯網平臺開發商Jasmy與AVITA Technologies成立了合資公司。

Jasmy將為新公司提供數據管理解決方案，幫助AVITA為客戶提供安全的計算機解決方案和帶有個人資料柜的設備。隨著Jasmy物聯網平臺與Secure PC解決方案的融合，新公司將為B2B客戶提供DaaS設備即服務，為遠程辦公提供理想解決方案。Jasmy希望將區塊鏈、加密貨幣和安全物聯網解決方案等金融科技應用規模從日本擴大到亞太地區，并最終走向全球。[2023/4/17 14:08:00]

理論上，EIP4488可以把rollup的數據可用空間最大增加到~1MB/slot并且成本降低大約5倍。這一步驟比下文提到的步驟可以更快地實施。

第二步：少數分片

同時，我們可以開始開展一些工作以推出“專用”分片。以完整的形式實現專用分片可能需要很長時間，但我們可以做的是一片一片地實現，并從每一個分片中獲益。要實現的首個自然分片是分片規范中的“業務邏輯”，但想要避免網絡中的大部分困難，需要將初始分片數量維持在非常少的水平上(例如4個分片)。每個分片將在自己的子網絡中進行廣播。驗證者將默認信任委員會；但是如果他們愿意，他們也可以選擇留在每個子網絡中。并且只有當他們看到信標區塊確認的任意分片區塊的完整主體時，才會接受這個信標區塊。

動態 | OKEx將于14點暫停VITE的充提服務:據官方消息，為支持VITE主網切換，OKEx于2019年09月23日14:00(HKT)暫停VITE的充提，待切換完成后開放。[2019/9/23]

分片規范本身并不是特別困難；這是個和最近發布的Altair硬分叉規模差不多的樣板代碼更改(Altair信標更改規范文件有728行代碼，而分片信標更改規范文件有888行代碼)。所以我們有理由相信它可以在Altair實現和部署的時間框架內實現。

為了使得分片數據能夠真正被rollup使用，rollup需要能夠對分片數據進行證明。有兩個選項：

1.添加BEACONBLOCKROOT操作碼；rollup將添加這個代碼以驗證植根于信標鏈歷史區塊根中的默克爾證明。

2.添加未來證明的狀態和歷史訪問預編譯(future-proofstateandhistoryaccessprecompiles)，這樣的話，如果承諾機制(commitmentscheme)在未來發生變化，rollup就不需要更改其代碼。

這將使rollup的數據空間增加到大約2MB/slot(每個分片擴展250KB*4個分片，再加上第一步中已擴展的calldata)

聲音 | Vitalik：以太坊2.0信標鏈正式上線時間或略有推遲:金色財經現場報道，6月29日，在北京舉行的2019以太坊技術及應用大會上，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin以及以太坊核心研究員Hsiao-Wei Wang在接受采訪時表示，按照正常的開發進度，以太坊2.0計劃在2020年初正式上線，Vitalik表示以太坊2.0信標鏈的上線時間或將略微推遲，更多要看社區進度，以太坊2.0測試網將于今年晚些時候上線。[2019/6/29]

第三步：N個分片，由委員會提供安全保障

將活躍分片的數量從4個增加至64個。現在分片數據將進入子網絡中，因此到這時，P2P層必須已經足夠堅韌，可以將分片分成數量更多的子網絡。其中數據可用性的安全性將基于誠實的大多數，即依賴于委員會的安全性。

這將使得rollup的數據空間提高到大約16MB/slot(每個分片擴展250KB*64個分片)；我們假設此時rollup已經從執行鏈中遷移出來。

第四步：數據可用性采樣(dataavailabilitysampling,DAS)

添加數據可用性采樣，以確保提高安全水平，即使在遭遇大多數不誠實行為的攻擊下，也能保護用戶的資產。數據可用性采樣可以分階段推出：首先，以非強制的方式讓網絡進行測試；然后添加了DAS才能接受信標區塊；甚至可能先在某些客戶端上實現。

金色財經現場報道 以太坊創始人Vitalik Buterin對Casper與分片技術最新進展做出演講 :金色財經6月3日現場報道，在今天的以太坊技術及應用大會上，以太坊創始人Vitalik Buterin做了題為“Casper與分片技術最新進展”的主題演講。第一步為存款:簽名和公鑰地址不一定是一樣的，可以讓別人為你參加共識機制，能用熱錢包簽名，將資金留在冷錢包中。完成取款，第二步為等待加入，可能需要一天時間（還不完全確定）第三步為參加驗證機制：驗證節點有兩個作用：敲定主鏈的區塊，驗證分片上的區塊。[2018/6/3]

一旦完全引進了數據可用性采樣，分片就完成發布了。

分片機制下的Optimistic和ZKrollups

分片世界和目前狀況的一個主要區別是，在分片世界中，一筆向智能合約提交rollup區塊的交易中將不可能包含rollup數據。相反，數據發布步驟和rollup區塊提交步驟將不得不分開：首先，在數據發布步驟中將數據發布至鏈(發布到分片里)；然后在提交步驟中，提交其區塊頭以及基礎數據的證明。

Optimism和Arbitrum的rollup區塊提交已經使用了上面所說的兩步設計，所以這對它們來說只是一個小小的代碼修改。

但對于ZK-rollup來說，事情就有點棘手了，因為提交交易需要提供一個可以直接在數據上運行的證明。它們可以做一個ZK-SNARK的證明，證明分片中的數據與信標鏈上的承諾相符，但這樣很昂貴。幸好有更便宜的替代品。

如果ZK-SNARK是一個基于BLS12-381的PLONK證明，那么它們可以直接將分片數據承諾作為一個輸入。BLS12-381分片數據承諾是一個KZG承諾，與PLONK中的承諾類型相同，因此它可以直接作為一個公共輸入傳入證明中。

如果ZK-SNARK使用不同的方案(甚至只是一個擁有更強的信任設置的BLS12-381PLONK)，它可以包含自己對于數據的承諾，并使用等價證明來驗證證明中的承諾和信標鏈中的承諾是對相同數據的承諾。

分片后誰來存儲歷史數據？

增加數據空間的一個必要共同條件是，移除以太坊核心協議負責永久保有其達成共識的所有數據這個屬性。數據量太大，根本不需要這樣做。例如：EIP-4488導致理論上鏈的最大容量為大約1,262,861字節/slot(12秒)，或大約3.0TB每年，盡管實際上，一開始更可能是大約250—1000GB每年

4個分片(1MB每個slot)會每年增加額外(幾乎可以確定)大約2.5TB的數據

64個分片(16MB每個slot)導致每年總共需要(幾乎可以確定)大約40TB的存儲

大多數用戶的硬盤大小在256GB到2TB之間，1TB似乎是中位數。下圖是一組區塊鏈研究員的內部調查數據：

這意味著盡管用戶今天可以負擔得起運行一個節點，但如果這個路線圖的任何部分沒有進一步的修改，用戶將會負擔不起。大得多的驅動器是可以買到的，但用戶將不得不特地去購買它們，這大大增加了運行一個節點的復雜性。這方面的主要解決方案是EIP4444(譯者注：可參閱《引介EIP-4444：對執行層客戶端的歷史數據設限》)，它使得節點運行者不再負責存儲超過1年的區塊或收據。在分片方面，這個期限可能會進一步縮短，節點將只負責它們積極參與的子網上的分片。

這就留下一個問題：如果以太坊核心協議將不再存儲這些數據，那么誰來存儲？

首先，重要的是要記住即使有了分片，數據量也不會變得異常地大。是的，每年40TB的數據量的確是個人運行“一般”消費級硬件難以負荷的。但是，對于愿意投入資源和工作到存儲數據的個人來說，這是可以接受的。在BestBuy的一個48TB硬盤售價1729美元，這里的14TB硬盤售價大約420美元。運行一個32個ETH驗證者slot的人可以用質押獎勵來支付存儲實現分片后的整個區塊鏈的開銷。因此，從賬面上看，沒有人會存儲分片的歷史數據以致完全沒有人知道這些數據，這種情況似乎是不可能的。

那么誰將存儲這些數據呢？以下是一些可能的想法：

自愿存儲的個人和機構

區塊瀏覽器(etherchain.org、etherscan.io、amberdata.io…)肯定會存儲所有的數據，因為提供這些數據給用戶是它們的商業模式。

RollupDAO對存儲并提供與它們的Rollup相關的歷史數據的參與者進行提名與支付。

歷史數據可以通過torrents上傳和共享

客戶端可以自愿選擇各自存儲任意0.05%的鏈歷史數據(因為使用糾刪碼，你需要很多客戶端同時離線才能丟失哪怕一個片段的數據)。

門戶網絡(PortalNetwork)里的客戶端可以存儲任意部分的鏈歷史數據，門戶網絡會自動把數據請求導向擁有這些數據的節點。

歷史數據的存儲可以得到協議內的激勵

像TheGraph這種協議可以創建有激勵的市場，其中的客戶端給提供歷史數據(有默克爾證明確保其正確性）的服務器付費。這就給運行存儲歷史數據的服務器的個人和機構提供激勵，做到按需提供。

其中一些解決方案(自愿的個人和機構、區塊瀏覽器)已經存在了。特別是p2ptorrent，是由大型自愿者驅動的生態來存儲大量TB級內容的很好的例子。剩下的基于協議的解決方案更強大，因為它們提供激勵，但它們需要更長的開發時間。從長遠來看，通過這些第二層協議來訪問歷史數據會比今天通過以太坊協議更高效。

作者|VitalikButerin

原文鏈接：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/data_sharding_roadmap

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