ROL:Vitalik：扩展Rollups的分步路线图

原文标题：《Astep-by-steproadmapforscalingrollupswithcalldataexpansionandsharding》

原文作者：VitalikButerin，以太坊联合创始人

原文编译：南风，Unitimes

对于以太坊而言，Rollups?是短中期，也可能是长期的唯一无须信任的可扩展性解决方案。以太坊L1上的交易费在几个月以来一直很高，现在更迫切的是采取一切必要的行动，帮助推动整个生态系统转移到Rollups。Rollups已经大大降低了许多以太坊用户的费用：l2fees.info?网站时常显示Optimism和Arbitrum网络的费用要比以太坊基础层本身低了约3-8倍，而zk-Rollups有着更好的数据压缩，并且可以避免包含签名，因此其费用要比以太坊基础层低约40-100倍。?

然而，对于许多用户来说，即便是这些(Rollups中的)费用也还是太过昂贵了。很长一段时间以来，?数据分片?(datasharding)被认为是解决当前形式的Rollups的长期不足的解决方案，数据分片有望在以太坊链上为Rollups增加大约1-2MB/s的专用数据空间。本文描述了实现该解决方案的一条实用的路径，能够尽可能快地为Rollups解锁数据空间，并随着时间的推移增加更多额外的空间和安全性。?

Vitalik：跨链证明是实现跨链社交恢复钱包的关键，ZK-SNARK等是可行选择:6月20日消息，以太坊联合创始人VitalikButerin在最新文章《更深入探讨钱包和其他用例的跨L2读取》中指出，实现跨链社交恢复钱包的一个可行方案是维护一个存放在特定位置的密钥库，以及多个不同位置的钱包，这些钱包可以读取密钥库来更新自身的验证密钥视图或在每次交易验证过程中。跨链证明是实现这个功能的关键，需要对其进行深度优化，可能的方案包括零知识证明（ZK-SNARK）、等待Verkle证明或自定义KZG解决方案。

从长远看，我们需要实现聚合协议，通过生成聚合证明来打包所有用户提交的操作，以此来降低成本。这可能需要将其集成到ERC-4337生态系统中，可能需要对ERC-4337进行一些修改。同时，为了减少从L2内部读取L1状态的延迟，L2应被优化。

钱包不只可以放在L2上，也可以放在与以太坊连接程度较低的系统上，如L3或只同意包含以太坊状态根的独立链。然而，密钥库应放在L1或高安全性的ZK-rollupL2上。尽管这样会增加复杂性，但从长期来看，可能在L2上设置密钥库才是成本更低的方案。在这个过程中，我们也需要致力于提供保护隐私的解决方案，并确保我们的方案可以与隐私保护方案兼容。[2023/6/21 21:50:47]

Step1:扩展交易calldata?

Vitalik Buterin：区块链和加密货币间存在“紧密联系”，以至于“缺一不可”:11月21日消息，以太坊联合创始人Vitalik Buterin在接受海峡时报采访时表示，考虑到新加坡对加密资产类别持怀疑态度，新加坡在加密货币监管方面的善意尝试可能不会奏效。V神说他很欣赏新加坡对加密行业的支持愿意，但这一切可能都是徒劳的。V神表示：“世界各地的监管机构都希望支持新兴技术，但同时也觉得加密货币‘奇怪和可怕’。由于对加密货币缺乏理解和恐惧，监管机构试图将区块链作为一种独立于加密货币的技术来对待。新加坡的情况就是如此。”V神表示，区块链和加密货币之间存在“紧密联系”，以至于“缺一不可”。

V神称加密社区通常喜欢支持有权势的人，这是愚蠢的。他重申了他对萨尔瓦多去年“自上而下”采用比特币的批评，称这是加密社区做错的一个例子。他说，比特币社区对这一消息感到高兴，却忽视了该国的严峻现实。尽管萨尔瓦多总统Nayib Bukele的政府“不太民主”，不善于“尊重人民的自由”，但该社区还是支持萨尔瓦多。此外，V神设为监管机构可以设置护栏，社区可以“教育用户”。但“可以阻止多少不良活动终究是有限度的”，因为区块链系统的性质要求它对所有人开放。[2022/11/21 22:12:29]

目前现有的Rollups使用了交易calldata。因此，如果我们想要在无需让各个Rollups团队做出任何额外工作的情况下，在短期内提升Rollups的容量并降低成本，我们应该降低交易calldata的Gas成本。当前的平均区块大小还远没有达到威胁以太坊网络稳定性的大小，因此这样做是有可能安全的，尽管可能需要一些额外的逻辑来预防非常不安全的边缘情况。?

Cosmos宣布将在24小时内对Gravity DEX流动性提供者分配2.88亿美元奖励:官方消息，Cosmos宣布，将在Gravity DEX资金池激励流动性提供者。B-Harvest将在4个流动性池进行大量兑换交易，4个池为随机选择且每小时更换。对于每个选定的池，B-Harvest将将执行大约10亿美元的交易量，提高选定池的兑换费用奖励。从5月9日15:00（UTC）至5月10日15:00（UTC），共24小时，每小时将有约1200万美元费用奖励给选定池的LP，共约2.88亿美元。[2021/5/9 21:41:05]

参见?EIP-4488提案，或者另一个(更简单但效果更温和的)?EIP-4490提案。

EIP-4488：

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

EIP-4490：

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

EIP4488应该能将每个slot?可用于Rollups的数据空间增加至理论上最大约1MB，并将Rollups上的成本降低约5倍。这可以比后面的步骤更快地实现。

Step2:几条分片?

现场 | Vitalik：公链的价值来自于不同应用的链接:金色财经现场报道，10月27日，第六届区块链全球峰会于上海开幕，峰会的圆桌讨论环节，以太坊创始人Vitalik Buterin分享表示，我们的加密技术生态系统重要的是整个生态系统的发展，我们的价值来自于不同应用的链接，以及不同区块链间的交互。

针对链的升级，我认为解决方式在于在协议上，此外我们要优化不同层的性能，通过技术融合我们做一些改变，针对隐私保护，零知识证明是一个重要的技术方式，但对于隐私保护来说，有些信息需要公开，有些需要保护，需要具体场景具体考虑。

此外，如果想把传统的金融服务迁移到公链上，是很多公链无法做到，从安全角度来看，系统也需要检验，这是需要时间的。[2020/10/27]

与此同时，我们可以开始做一些工作来推出「适当的」分片。想要以完整(功能)的形式实现分片还需要很长的时间，但我们能做的是可以一步步地实现它，并从每一步中获益。首先自然是要实现分片规范的「业务逻辑」，但需要使最先上线的分片数量非常低?(比如4条分片)，以此来避免围绕分片网络的大多数难点。每条分片将在其自己的子网络中广播。默认情况下，验证者将信任委员会，但如果他们愿意，他们可以选择在每个子网络中，但只有当他们看到了信标区块确认的任何分片区块的全部数据时，他们才会接收该信标区块。?

金色财经现场报道 以太坊创始人Vitalik Buterin对Casper与分片技术最新进展做出演讲 :金色财经6月3日现场报道，在今天的以太坊技术及应用大会上，以太坊创始人Vitalik Buterin做了题为“Casper与分片技术最新进展”的主题演讲。第一步为存款:签名和公钥地址不一定是一样的，可以让别人为你参加共识机制，能用热钱包签名，将资金留在冷钱包中。完成取款，第二步为等待加入，可能需要一天时间（还不完全确定）第三步为参加验证机制：验证节点有两个作用：敲定主链的区块，验证分片上的区块。[2018/6/3]

分片规范本身并不是特别困难；它与最近发布的Altair硬分叉有着类似规模的样板代码更改(Altair的信标变更规范文件是728行，分片的信标变更规范文件是888行)，因此可以合理地预计它可以在与Altair的实现和部署类似的时间框架内实现。?

为了使分片数据(shardeddata)实际上可被Rollups使用，Rollups将需要能够使其证明?(proofs)进入到分片数据中。有两个选择：?

1，增加BEACONBLOCKROOT操作码；Rollups将增加代码来验证根植于历史信标链区块根的默克尔证明(Merkleproofs)；?

2，增加面向未来的状态和历史访问预编译，这样当承诺方案(commitmentscheme)在未来发生改变时，Rollups就不需要更改它们的代码。?

这将使得每个slot?的Rollup数据空间增加至约2MB?(每个分片250kB*4个分片，再加上上文Step1中扩大的calldata)。

Step3:N条分片，由委员会保护?

将活跃分片的数量从4条增加到64条。此时分片数据将进入子网络，因此届时的P2P层必须已经足够牢固，使得将其分割成更多数量的子网络变得可行。数据可用性的安全性将基于大多数(验证者)诚实假设，依赖于委员会的安全性。

这将使得每个slot?的Rollup数据空间增加至约16MB?(每条分片250kB*64条分片)；我们假设此时Rollups将已经从以太坊执行链中迁移出来。

Step4:数据可用性抽样(DAS)?

添加数据可用性抽样?(DAS)以确保更高级别的安全性，使得即便是在大多数(验证者)不诚实的攻击情况下，用户也能够得到保护。数据可用性抽样可以分阶段来进行：首先，以非约束性的方式来允许网络对其进行测试，然后将其作为接收信标区块的必要条件，甚至可能先在某些客户端上进行。

一旦完全引入了数据可用性抽样，分片的铺展就完成了。?

基于分片的OptimisticRollups和ZKRollups?

当前的以太坊与实施分片之后的以太坊的一个主要区别就是，在分片的世界里，Rollup数据实际上不可能成为向智能合约提交Rollup区块的交易的一部分。相反，Rollup数据的发布与Rollup区块的提交将必须是分开的：首先，数据发布将把数据放到链上(也就是放到分片链中)，然后区块提交将会提交区块头以及一个指向底层数据的证明。?

Optimism和Arbitrum已经为Rollup区块的提交使用了一种两步式设计，因此这对二者来说都将是一个很小的代码更改。?

对于ZKRollups，事情有点棘手，因为提交交易需要提供一个直接对数据进行操作的证明。它们可以通过?ZK-SNARK?来证明分片中的数据与信标链上的承诺相匹配，但这一操作是非常昂贵的。幸运的是，还有更便宜的替代方案。?

如果该ZK-SNARK是一个基于BLS12-381的?PLONK证明，那么它们可以简单地直接将分片数据承诺作为输入来进行打包。BLS12-381分片数据承诺是一个KZG承诺，与?PLONK?中的承诺类型相同，因此可以作为公共输入直接传递到证明中。?

如果ZK-SNARK使用了一些不同的机制(或者即便是BLS12-381PLONK但有着一个更大的可信设置)，那么它可以包含自己的数据承诺，并使用一个等效性证明(proofofequivalence)来验证该证明中的承诺与信标链中的承诺是对相同数据的承诺。?

分片世界中，谁将存储历史数据？?

增加数据空间的一个必要条件是移除以太坊核心协议负责永久性维护达成共识的所有数据的属性。因为这些数据量太大了。例如：

1，EIP-4488理论上带来的最大链大小是每12秒的slot为大约1,262,861字节，也即每年大约3.0TB，但实际上每年更有可能是约250-1000GB，尤其是在开始阶段。?

2，4条分片(每个slot为1MB)每年会增加额外的约2.5TB。

3，64条分片(每个slot为16MB)每年将带来总计为约40TB的存储。?

大多数用户的硬盘驱动器的大小在256GB和2TB之间，1TB似乎是中间值。下图是一项针对计算机硬盘空间有多大而在一组区块链研究员中开展的内部调查的结果：

这意味着用户当前可以运行一个节点，但如果此路线图的任何一部分如果不进行修改就实施，那么用户将无法运行节点。当然还有更大的驱动器可用，但用户将必须竭力去购买它们，这大大增加了运行节点的复杂性。当前主要的解决方案是?EIP-4444，此提案消除了节点运营者存储超过1年的区块或收据的这一责任。在分片的情况下，这个1年的时长将很可能进一步缩短，而且节点将只需要负责他们积极参与的子网络上的分片。?

这就提出了一个问题：如果以太坊核心协议不存储这些数据，谁来存储？?

首先，重要的是要记住，即使有了分片，数据量也不会那么大。是的，每年40TB确实超出了运行「默认」消费硬件的个人的能力(事实上，即便每年1TB也还是如此)。然而，对于一个愿意投入一些资源并想办法来存储这些数据的人来说，这是在其可接受的范围内的。当前一台48TB的HDD(硬盘驱动器)的售价是1729美元，一台14TB的是约420美元。出于可以获得质押奖励，某个运行了1个32ETH验证者插槽的人可能会愿意支付并存储分片实施之后的整条链。因此，实际上，「没有人会存储某个分片的一些历史数据以至于这些数据完全丢失」的这种情况似乎是不可能出现的。?

那么谁将存储这些数据？我的一些想法：?

个人和机构志愿者；

区块浏览器(etherchain.org、etherscan.io、amberdata.io等等)将肯定会存储所有数据，因为向用户提供数据是它们的业务模式。

RollupDAOs指定并付费给参与者来存储并提供与他们的Rollup相关的历史数据。

历史数据可以通过种子(torrents)进行上传和共享。

客户端可以自愿选择随机存储区块链的0.05%的历史数据(使用纠删码，这样只有当许多客户端在同一时间离线时才会丢失一小块数据)。

PortalNetwork中的客户端可以随机存储一部分区块链历史数据，且PortalNetwork会自动将数据请求导向存储了该数据的节点。

可以在协议中激励历史数据的存储。

像TheGraph这样的协议可以创建激励市场，其中的客户端向服务器支付费用，从而获取历史数据和证明其正确性的默克尔证明。这就激励了人们和机构来运行存储历史数据的服务器，并按需提供这些数据。

这些解决方案中的一些方案(个人和机构志愿者、区块浏览器)已经是可用的了。而当前的P2P种子场景更是一个主要由志愿者驱动和存储大量内容的生态系统的绝佳例子。其他基于协议的方案要更加强大，因为它们提供了激励机制，但它们可能需要更长的时间来进行开发。从长期来看，通过这些L2协议来访问历史数据，可能要比通过当前的以太坊协议更加有效。?

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