以太坊:V神科普的“Danksharding”到底是什么？

北京时间2月14日情人节当晚，以太坊创始人Vitalik Buterin联合以太坊基金会（EF）研究人员Dankrad Feist一起举办了一场关于扩容解决方案“Danksharding”的教育研讨会，如果你想了解区块链如何在增加“去中心化”和“安全性”属性的同时大规模实现扩容，那么这场研讨会就是一个好的切入点。

注：关于“Danksharding”对以太坊的意义，建议读者先阅读一下《一文了解以太坊的“扩容杀手锏”danksharding》这篇文章。

以下内容来自Dankrad Feist提供的《Dude, what’s the Danksharding situation??》PPT，如果你想观看完整的研讨会视频，可以访问以太坊基金会的官方youtube频道?。

1、什么是旧的：

（1）数据分片；

（2）使用KZG 承诺的数据可用性；

（3）使用分离分片方案进行原始数据分片；

2、什么是新的：

（1）提议者-构建者（数据生成者）分离 (PBS)；

（2）crList；

（3）2D方案；

V神高度重视的这个以太坊重要升级，或将开启Web3大爆发时代:4月17日消息，以太坊联合创始人Vitalik Buterin3月曾发文称，自托管非常重要，社交恢复和多重签名是实现这一目标的好方法。并表示在加密支付方面使用ERC-4337账户抽象钱包会更加便利。[2023/4/17 14:08:29]

（4）建议的架构

3、总结优点和缺点

数据分片

为Rollup和其他扩容解决方案提供数据可用性（DA）；

数据的含义由应用层定义；

以太坊基础共识（全节点和验证者）除了确保数据可用外不承担任何责任；

为什么没有执行分片？与原生执行相比，rollup二层网络的效率要高100 倍，很难看出执行分片会有什么需求；

目标：提供约 1.3 MB/s 的数据可用性层和完整的分片功能（目前最大数据容量的10倍，平常容量的200倍）；

自2019年底以来，数据分片一直是以太坊的目标；

数据可用性采样（DA sampling）

想知道通过 O(1) 工作获得的O(n) 数据是可用的；

思路：将数据分布到 n 个chunk分块中；

每个节点下载 k 个（随机选择的）chunk分块；

V神：以太坊可以作为价值存储资产超过比特币:金色财经报道，以太坊联合创始人V神（Vitalik Buterin）最近在接受采访时被问及是否能看到以太坊不仅在价格价值上，而且可以作为一种价值存储资产超过比特币，他简单地回答了“它可以”，并称：“我认为以太坊和比特币的最大区别在于，比特币是一个平台，生态系统的价值来自于货币的价值，而在以太坊中，货币的价值来自于生态系统的价值。尤其是在EIP1559之后，当费用被烧毁时，这在更直接的经济意义上就会变成现实。”当被问及DAO是否会成加密货币生态系统中下一个随着DeFi和NFT的成功而兴起的部门，V神表示：“我认为随着时间的推移，DAO肯定会变得更加重要。就DAO领域仍然缺少的东西而言，我认为没有任何一件是大事，而是更多的小事。”此外，V神认为，从文化角度来看，NFT很有趣，因为它们将人们带入以太坊，他们的思维方式与DeFi和普通加密货币人士完全不同。[2021/10/13 20:24:24]

纠删码（Erasure coding）

使用?Reed-Solomon 编码（多项式插值）扩展数据；

V神：糟糕的技术+良好的营销有可能成功，但只会让世界变得更糟:V神发推称：“优秀的技术加上糟糕的营销也可能会失败，这是一个悲剧。糟糕的技术加上良好的营销确实有可能会成功，但要知道，通过制造劣质产品取胜，可能会让世界变得更糟。优秀的技术结合良好的营销才是最理想的。”[2020/4/16]

例如，在编码率 r=0.5 时，这意味着任何 50% 的区块（d0 到 e4）都足以重建整个数据；

现在采样变得高效（例如，查询30个随机区块，如果全部可用，超过 50%不可用的概率为2 ^ (-30)）

但是，我们需要确保编码是正确的；

KZG承诺（KZG Commitments）

承诺 C(f)

评估 y = f(z)

证明者可以计算证明 π（f,z）

使用C(f), π（f,z）， y 以及 z，验证者可以确认f(z) = y

C(f)以及 π（f,z） 是一个椭圆曲线元素（每个48 字节）

KZG 承诺作为数据可用性根

动态 | 以太坊2.0测试网验证者达到2.2万人 V神称ETH质押利率或将达到6%:以太坊2.0应用最广泛的测试网之一Prysmatic Labs目前已吸引超过2.2万个验证人，该迹象表明，虽然以太坊完成向 PoS 的转变仍遥遥无期，但人们对以太坊2.0 的兴趣日益增长。据报道，Prysmatic Labs测试网于1月9日启动，目前规模超过单客户端测试。Prysmatic Labs开发者Preston van Loon表示，2.2万个验证人将会验证密钥，其中大概有5到10个独立操作者。同时，Prysmatic Labs还呼吁黑客可以尝试在测试网时使用该网络。

?据Vitalik Buterin（V 神）估计，转为抵押模式可能会锁定大约1000万个ETH。ETH的年度通货膨胀率将略有上升，并且年利率可能达到6％左右。抵押的ETH奖励是可变的，抵押的 ETH越多，按比例分配的奖励就越少。这种方法可以阻止巨鲸夺走大部分奖励。（区块律动）[2020/1/19]

将“KZG 根”想象成类似于 Merkle 根的东西；

不同之处在于“KZG 根”承诺了一个“多项式”（所有点都保证在同一个多项式上，而Merkle根不能保证这一点）；

分离分片提案

V神发火：你们再炫富，我就退出:以太坊已成为加密货币2.0代表，但以太坊创始人Vitalik Buterin却时常充满担忧，他认为，加密货币技术正朝着错误的方向前进。他不希望以太币沦为投机者的天堂，而是能够渗透进所有的工业中，将全世界的经济、社交、文化都去中心化。他警告说：数字货币随时可能归零，传统资产仍是存款首选。他不希望人们带着数千亿美元的数字纸上财富到处炫耀，并威胁道，“如果你们再这样的不成熟，我就将退出以太坊。”[2018/3/17]

提议者-构建者（数据生成者）分离 (PBS)

被发明用来对抗 MEV 导致的中心化趋势；

MEV意味着更成熟的参与者可以比普通验证者提取更多的价值，这对大型矿池而言意味着优势；

PBS 在一个独立的角色中“包含”了这种复杂性/中心化，并具有诚实的少数假设；

提议者（Proposer）= 验证者，诚实的多数假设意味着高度的去中心化要求；

数据生成者（Builder）= 单独的角色，诚实的少数假设，意味着去中心化只需要确保一个诚实（非审查）的数据生成者；

审查阻力方案 – crList

PBS的危险之处：一个高效的构建者（Builder）可以（以一定的经济成本）永久审查一些交易；

[注：在今天的贿赂模型中， 审查一笔交易的成本是永久贿赂所有提议人而不将这笔交易纳入的成本；]

crLists允许提议者指定构建者必须包含的tx列表，从而恢复旧的平衡；

crList（“混合 PBS”设计）

KZG 2d 方案

为什么不在 KZG 承诺中编码所有内容？

需要一个超级节点（“构建者”）来构建和重建以防失败的情况；

我们希望避免这种假设的有效性；

目标：在 d 个KZG 承诺中编码 m 个分片 blob；

如果我们天真地去这样做，那就需要m * k个样本，这样数据就太多了；

相反，我们可以再次使用 Reed-Solomon编码将 m 个承诺扩展到 2* m 个承诺；

KZG 2d 方案属性

所有样本都可以直接根据承诺进行验证（没有欺诈证明！）；

恒定数量的样本确保概率数据可用性；

如果 75%+1 的样本可用：

所有数据都可用；

它可以从只观察行和列的验证器中重构；

不需要节点观察所有的情况；

执行区块和分片区块是一起构建的；

我们以前需要分片委员会，因为每个分片 blob可能无法单独使用；

现在，数据生成者的责任是使执行区块有效，并且所有分片 blob 都可用；

? 验证可以是聚合的；

Danksharding 诚实多数验证

每个验证者选择 s = 2 随机行和列；

仅证明分配的行/列是否可用于整个epoch时期；

一个不可用的区块（<75% 可用）不能获得超过 2^(-2s) = 1/16 的证明；

Danksharding 重构

每个验证者都应该重构他们遇到的任何不完整的行/列；

这样做时，他们应该将丢失的样本转移到正交线；

每个验证器可以在行/列之间传输4个缺失的样本（大约 55,000 个在线验证器可保证完全重构）

Danksharding DA 采样（恶意多数安全）

未来升级

每个全节点检查方块矩阵上的 75 个随机样本；

这确保了不可用区块通过的概率< 2 ^(-30);

带宽 75*512 B / 16s = 2.5 kb/s；

优点

简单的设计：

不需要分片委员会基础设施；

不需要跟踪分片 blob 确认；

没有额外的构建者基础设施（来自执行层的同步支付取代了这一点）

可以使用现有的执行层费用市场基础设施；

执行链和分片之间的紧密耦合：

使得rollup设计更简单；

zkRollup 和执行链之间的同步调用是可能的；

分片不需要单独的 PBS；

随着数据立即被验证者集的 1/32（而不是旧分片方案中的 1/2048）确认，并在一个epoch时期内增加到完整的验证者集，抗贿赂的能力增强了；

得益于2d方案，全节点（无需运行验证器）将能通过75 个样本（2.5 kb/s）确保数据可用性，而不是 30*64=1920 个样本（60 kb/s）；

新的挑战

增加了数据生成者要求：

构建32MB数据的KZG证明（需要100核，但目前正在研究CPU实现）

需要2.5 GBit/s的互联网连接来分发样本；

为数据生成者提供了更多权力，因为他们充当了执行+数据层服务提供商；

需要通过crList缓解；

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