Vitalik：解析Rollups的擴展方案——數據分片_ROLL

本文描述了實現該解決方案的一條實用的路徑。

VitalikButerin，以太坊聯合創始人

編輯：南風

對于以太坊而言，Rollups是短中期，也可能是長期的唯一無須信任的可擴展性解決方案。以太坊L1上的交易費在幾個月以來一直很高，現在更迫切的是采取一切必要的行動，幫助推動整個生態系統轉移到Rollups。Rollups已經大大降低了許多以太坊用戶的費用：l2fees.info網站時常顯示Optimism和Arbitrum網絡的費用要比以太坊基礎層本身低了約3-8倍，而zk-Rollups有著更好的數據壓縮，并且可以避免包含簽名，因此其費用要比以太坊基礎層低約40-100倍。

然而，對于許多用戶來說，即便是這些(Rollups中的)費用也還是太過昂貴了。很長一段時間以來，數據分片(datasharding)被認為是解決當前形式的Rollups的長期不足的解決方案，數據分片有望在以太坊鏈上為Rollups增加大約1-2MB/s的專用數據空間。本文描述了實現該解決方案的一條實用的路徑，能夠盡可能快地為Rollups解鎖數據空間，并隨著時間的推移增加更多額外的空間和安全性。

Step1:擴展交易calldata

Blur推出Global Activity界面，可監控所有NFT系列的上架和銷售活動:金色財經報道，NFT 市場 Blur 宣布推出可監控和跟蹤所有 NFT 系列上架和銷售活動的 Global Activity 界面，同時允許用戶自定義監控多個 NFT 系列的活動。[2023/4/21 14:17:52]

目前現有的Rollups使用了交易calldata。因此，如果我們想要在無需讓各個Rollups團隊做出任何額外工作的情況下，在短期內提升Rollups的容量并降低成本，我們應該降低交易calldata的Gas成本。當前的平均區塊大小還遠沒有達到威脅以太坊網絡穩定性的大小，因此這樣做是有可能安全的，盡管可能需要一些額外的邏輯來預防非常不安全的邊緣情況。

參見EIP-4488提案，或者另一個(更簡單但效果更溫和的)EIP-4490提案。

EIP-4488：

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

EIP-4490：

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

EIP4488應該能將每個slot可用于Rollups的數據空間增加至理論上最大約1MB，并將Rollups上的成本降低約5倍。這可以比后面的步驟更快地實現。

Gemini信托采用Itiviti的NYFIX平臺為用戶提供加密交易服務:全球金融機構技術和服務提供商Itiviti宣布，Gemini信托公司現允許加密貨幣持有者通過其NYFIX平臺與交易對手進行交易。[2020/3/20]

Step2:幾條分片

與此同時，我們可以開始做一些工作來推出“適當的”分片。想要以完整(功能)的形式實現分片還需要很長的時間，但我們能做的是可以一步步地實現它，并從每一步中獲益。首先自然是要實現分片規范的“業務邏輯”，但需要使最先上線的分片數量非常低(比如4條分片)，以此來避免圍繞分片網絡的大多數難點。每條分片將在其自己的子網絡中廣播。默認情況下，驗證者將信任委員會，但如果他們愿意，他們可以選擇在每個子網絡中，但只有當他們看到了信標區塊確認的任何分片區塊的全部數據時，他們才會接收該信標區塊。

分片規范本身并不是特別困難；它與最近發布的Altair硬分叉有著類似規模的樣板代碼更改(Altair的信標變更規范文件是728行，分片的信標變更規范文件是888行)，因此可以合理地預計它可以在與Altair的實現和部署類似的時間框架內實現。

為了使分片數據(shardeddata)實際上可被Rollups使用，Rollups將需要能夠使其證明(proofs)進入到分片數據中。有兩個選擇：

動態 | EOS的Activity指數以47,221,545排名第一:據blocktivity.info數據，截止北京時間18年12月08日11點00分 ，區塊鏈活躍度指數排名前五名分別為：EOS，WAX，TRON，BitShares，Kin。其中EOS的Activity指數為47,221,545，排名第1。Activity指數為最近24小時內在區塊鏈上執行的操作數量。[2018/12/8]

增加BEACONBLOCKROOT操作碼；Rollups將增加代碼來驗證根植于歷史信標鏈區塊根的默克爾證明(Merkleproofs)；

增加面向未來的狀態和歷史訪問預編譯，這樣當承諾方案(commitmentscheme)在未來發生改變時，Rollups就不需要更改它們的代碼。

這將使得每個slot的Rollup數據空間增加至約2MB(每個分片250kB*4個分片，再加上上文Step1中擴大的calldata)。

Step3:N條分片，由委員會保護

將活躍分片的數量從4條增加到64條。此時分片數據將進入子網絡，因此屆時的P2P層必須已經足夠牢固，使得將其分割成更多數量的子網絡變得可行。數據可用性的安全性將基于大多數(驗證者)誠實假設，依賴于委員會的安全性。

動態 | Stellar發布公告提醒用戶警惕欺詐性空投活動Stellar-Activity:Stellar官方Reddit發布公告，提醒用戶警惕欺詐性空投活動。最初是StellarShade然后變成Stellar Dolphin Fork，現在叫Stellar-Activity（XLA）。此類騙局使用相同的運作模板進行詐騙——先是在bitcointalk.org發帖稱將在某一特定日期進行大空投，然后開始發放贈品，推行營銷策略以在社交媒體上吸引不知情的粉絲來傳播這一消息，粉絲們在不知情的情況下間接地進行二次傳播，致使更多的人上當。騙子們聲稱將會以2:1的比例給你提供XLA（每持有1XLM就給予2XLA），然后誘使你在他們的賬戶查看器里輸入私鑰，之后盜取你所有的賬戶存款。[2018/12/2]

這將使得每個slot的Rollup數據空間增加至約16MB(每條分片250kB*64條分片)；我們假設此時Rollups將已經從以太坊執行鏈中遷移出來。

Step4:數據可用性抽樣(DAS)

添加數據可用性抽樣(DAS)以確保更高級別的安全性，使得即便是在大多數(驗證者)不誠實的攻擊情況下，用戶也能夠得到保護。數據可用性抽樣可以分階段來進行：首先，以非約束性的方式來允許網絡對其進行測試，然后將其作為接收信標區塊的必要條件，甚至可能先在某些客戶端上進行。

Vitalik為Plasma提供了一個擴容解決方案:周五在巴黎的ethereum社區會議EthCC上以太坊創始人Vitalik Buterin出現意外，為Plasma提供了一個擴容解決方案。Plasma是一個智能合約系統，旨在提高世界第二大區塊鏈的計算潛力。[2018/3/10]

一旦完全引入了數據可用性抽樣，分片的鋪展就完成了。

基于分片的OptimisticRollups和ZKRollups

當前的以太坊與實施分片之后的以太坊的一個主要區別就是，在分片的世界里，Rollup數據實際上不可能成為向智能合約提交Rollup區塊的交易的一部分。相反，Rollup數據的發布與Rollup區塊的提交將必須是分開的：首先，數據發布將把數據放到鏈上(也就是放到分片鏈中)，然后區塊提交將會提交區塊頭以及一個指向底層數據的證明。

Optimism和Arbitrum已經為Rollup區塊的提交使用了一種兩步式設計，因此這對二者來說都將是一個很小的代碼更改。

對于ZKRollups，事情有點棘手，因為提交交易需要提供一個直接對數據進行操作的證明。它們可以通過ZK-SNARK來證明分片中的數據與信標鏈上的承諾相匹配，但這一操作是非常昂貴的。幸運的是，還有更便宜的替代方案。

如果該ZK-SNARK是一個基于BLS12-381的PLONK證明，那么它們可以簡單地直接將分片數據承諾作為輸入來進行打包。BLS12-381分片數據承諾是一個KZG承諾，與PLONK中的承諾類型相同，因此可以作為公共輸入直接傳遞到證明中。

如果ZK-SNARK使用了一些不同的機制(或者即便是BLS12-381PLONK但有著一個更大的可信設置)，那么它可以包含自己的數據承諾，并使用一個等效性證明(proofofequivalence)來驗證該證明中的承諾與信標鏈中的承諾是對相同數據的承諾。

分片世界中，誰將存儲歷史數據？

增加數據空間的一個必要條件是移除以太坊核心協議負責永久性維護達成共識的所有數據的屬性。因為這些數據量太大了。例如：

EIP-4488理論上帶來的最大鏈大小是每12秒的slot為大約1,262,861字節，也即每年大約3.0TB，但實際上每年更有可能是約250-1000GB，尤其是在開始階段。

4條分片(每個slot為1MB)每年會增加額外的約2.5TB。

64條分片(每個slot為16MB)每年將帶來總計為約40TB的存儲。

大多數用戶的硬盤驅動器的大小在256GB和2TB之間，1TB似乎是中間值。下圖是一項針對計算機硬盤空間有多大而在一組區塊鏈研究員中開展的內部調查的結果：

這意味著用戶當前可以運行一個節點，但如果此路線圖的任何一部分如果不進行修改就實施，那么用戶將無法運行節點。當然還有更大的驅動器可用，但用戶將必須竭力去購買它們，這大大增加了運行節點的復雜性。當前主要的解決方案是EIP-4444，此提案消除了節點運營者存儲超過1年的區塊或收據的這一責任。在分片的情況下，這個1年的時長將很可能進一步縮短，而且節點將只需要負責他們積極參與的子網絡上的分片。

這就提出了一個問題：如果以太坊核心協議不存儲這些數據，誰來存儲？

首先，重要的是要記住，即使有了分片，數據量也不會那么大。是的，每年40TB確實超出了運行“默認”消費硬件的個人的能力(事實上，即便每年1TB也還是如此)。然而，對于一個愿意投入一些資源并想辦法來存儲這些數據的人來說，這是在其可接受的范圍內的。當前一臺48TB的HDD(硬盤驅動器)的售價是1729美元，一臺14TB的是約420美元。出于可以獲得質押獎勵，某個運行了1個32ETH驗證者插槽的人可能會愿意支付并存儲分片實施之后的整條鏈。因此，實際上，「沒有人會存儲某個分片的一些歷史數據以至于這些數據完全丟失」的這種情況似乎是不可能出現的。

那么誰將存儲這些數據？我的一些想法：

個人和機構志愿者；

區塊瀏覽器(etherchain.org、etherscan.io、amberdata.io等等)將肯定會存儲所有數據，因為向用戶提供數據是它們的業務模式。

RollupDAOs指定并付費給參與者來存儲并提供與他們的Rollup相關的歷史數據。

歷史數據可以通過種子(torrents)進行上傳和共享。

客戶端可以自愿選擇隨機存儲區塊鏈的0.05%的歷史數據(使用糾刪碼，這樣只有當許多客戶端在同一時間離線時才會丟失一小塊數據)。

PortalNetwork中的客戶端可以隨機存儲一部分區塊鏈歷史數據，且PortalNetwork會自動將數據請求導向存儲了該數據的節點。

可以在協議中激勵歷史數據的存儲。

像TheGraph這樣的協議可以創建激勵市場，其中的客戶端向服務器支付費用，從而獲取歷史數據和證明其正確性的默克爾證明。這就激勵了人們和機構來運行存儲歷史數據的服務器，并按需提供這些數據。

這些解決方案中的一些方案(個人和機構志愿者、區塊瀏覽器)已經是可用的了。而當前的P2P種子場景更是一個主要由志愿者驅動和存儲大量內容的生態系統的絕佳例子。其他基于協議的方案要更加強大，因為它們提供了激勵機制，但它們可能需要更長的時間來進行開發。從長期來看，通過這些L2協議來訪問歷史數據，可能要比通過當前的以太坊協議更加有效。

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