目錄
- 1. 加密貨幣中的分片是什麼？
- 2. 以太坊分片路線圖的演變
- 執行分片：最初的設想
- 卷起式樞軸
- 3. 原型 Danksharding 和 EIP-4844
- 4. 以太坊分片時間線：從執行到數據可用性
- 5. 完全丹克斯哈丁如何運作
- 6. 分片對性能的影響
- 7. 數據分片下的安全模型
- 8. 對專業用戶的影響
- 9. 未解決的問題
- 最終視角
本文解釋瞭區塊鏈系統中的分片，追溯瞭以太坊向數據可用性和 EIP-4844 的轉變，並分析瞭由此產生的安全性、性能和專業影響。
以太坊擴容的討論通常都集中在 Layer 2 Rollup 上。然而，以太坊的長期擴容策略根植於更深層次的協議設計。分片技術自 以太坊基金會早期研究階段起就已納入其發展路線圖。最初的執行分片計劃已經演變為針對 Rollup 優化的數據可用性分片，從根本上重塑瞭以太坊的實際擴容方式。
1. 加密貨幣中的分片是什麼？
分片是一種適用於分佈式系統的數據庫可擴展性技術。它並非要求每個節點處理所有事務並存儲所有數據，而是將網絡劃分為多個分片，每個分片負責一部分工作負載。在傳統系統中，分片將數據分散到各個服務器上，實現並行計算，降低單節點負載，並提高橫向擴展能力。
在區塊鏈系統中，模型要復雜得多，因為區塊鏈必須在對抗條件下保持共識完整性、密碼驗證、數據可用性保證和經濟安全一致性。
區塊鏈分片的理論優勢包括並行交易處理、更高的總吞吐量、更低的單個驗證者資源需求以及在不增加區塊大小的情況下實現可擴展性。
與傳統數據庫不同，區塊鏈必須解決跨分片交易通信、原子性可組合性約束、驗證者分配隨機性、分片接管抵抗以及輕客戶端可驗證的數據可用性等問題。這些約束極大地影響瞭以太坊最終的架構轉型。
來源：以太世界
2. 以太坊分片路線圖的演變
以太坊的分片策略並非一成不變。它從最初雄心勃勃的跨鏈並行執行計劃，轉向瞭更加註重數據可用性的設計，以確保匯總操作的順利進行。這種轉變既反映瞭技術上的經驗教訓，也體現瞭二層架構的快速發展。
執行分片：最初的設想
早期的以太坊研究提出瞭多執行分片方案，每個分片處理自己的交易並維護自己的狀態，而共享的信標鏈則負責協調共識。這種設計有效地創建瞭多個並行的以太坊鏈，這些鏈由統一的驗證者集保護。早期研究的文檔仍然可以在Ethereum.org上找到，以太坊社區也主持瞭相關的研究討論。
然而，出現瞭一些結構性問題：
- 跨分片可組合性引入瞭異步合約交互，破壞瞭原子性的 DeFi 設計。
- 安全碎片化風險的出現是因為驗證器子集將保護單個分片，而不是統一保護整個網絡。
- 由於應用進程需要分片感知架構，開發人員的開銷增加瞭。
- 當跨分片交易需要多個確認步驟時，延遲和用戶體驗問題就不可避免瞭。
卷起式樞軸
隨著 Rollup 技術日趨成熟並在生產環境中得到廣泛應用，尤其是在樂觀型和零知識設計方面，以太坊的研究方向發生瞭轉變。以太坊不再采用分片執行的方式，而是致力於減少 Layer 1 的執行，並擴展數據可用性以支持 Rollup。這一以 Rollup 為中心的路線圖由Vitalik Buterin等研究人員提出，並在EthResearch等研究論壇上進行瞭廣泛討論。
這一轉變反映瞭一種戰略認識，即 Rollups 可以更有效地處理計算，同時以太坊還能保持安全性和結算保證。
3. 原型 Danksharding 和 EIP-4844
實現全面數據分片的第一步是通過在 Dencun 升級期間引入的 EIP-4844 提案實現的。該提案的公開文檔可在EIPs.ethereum.org上查閱。EIP-4844 引入瞭 blob 交易，這是一種新的交易類型，允許 rollup 以遠低於 calldata 的成本發佈大型數據負載。
Blob 交易提供臨時數據存儲而非永久狀態增長，它在獨立的 Blob 空間費用市場中運行，降低瞭 Rollup 的運營成本，減少瞭 Layer 2 交易費用，並避免瞭以太坊長期狀態規模的膨脹。Blob 數據不像 calldata 那樣可以直接被 EVM 訪問。它的存在完全是為瞭數據的可用性和驗證。
Optimism、Arbitrum和zkSync等 Rollup 項目直接受益於數據發佈成本的降低。The Block和Cointelegraph等獨立研究機構的報道也證實，在 Dencun 激活後，Rollup 項目的費用大幅降低。
4. 以太坊分片時間線：從執行到數據可用性
5. 完全丹克斯哈丁如何運作
完全 Danksharding 顯著擴展瞭 blob 容量，並引入瞭數據可用性采樣機制。該協議並非要求每個驗證者下載所有 blob，而是使用糾刪碼將數據擴展為編碼片段，並允許驗證者隨機采樣部分數據。如果足夠多的驗證者成功采樣，統計保證即可確認完整數據可用。如果數據被隱藏，采樣機制能夠以高概率檢測到，並拒絕該區塊。
該模型通過概率保證而非完全復制來實現可擴展性。它集成瞭提議者與構建者分離機制以及諸如KZG承諾之類的密碼學承諾，以確保完整性。關於這些機制的學術討論可見於密碼學文獻和以太坊研究庫中。
6. 分片對性能的影響
分片技術不會增加以太坊 Layer 1 的每秒交易執行量，而是增加 Rollup 可用的數據吞吐量。這提高瞭 Rollup 批處理效率，提升瞭 Layer 2 的可擴展性上限，增強瞭壓縮的經濟效益，並降低瞭用戶的交易成本。在完全 Danksharding 的背景下，blob 吞吐量的擴展有望顯著降低 Layer 2 的費用，並支持之前成本過高而無法運行的高頻應用。
以太坊從單純的執行吞吐量競爭，轉變為作為多級生態系統的安全、高帶寬結算骨幹網參與競爭。
7. 數據分片下的安全模型
數據分片引入瞭潛在風險，包括數據扣留攻擊、驗證者串通、blob 手續費市場操縱以及極端情況下的抽樣漏洞利用。緩解策略包括隨機選擇驗證者、加密承諾、懲罰性懲罰以及以太坊共識機制下的統一經濟安全。由於 Rollup 會將交易數據發佈到以太坊，因此 Layer 1 共識機制仍然是最終結算權威。
從概念上講，以太坊提供安全性和數據可用性，而 Rollup 則提供執行和狀態邏輯。這種分離既保持瞭經濟一致性，又允許專業化分工。
8. 對專業用戶的影響
對於開發者和協議設計者而言，更低的數據成本可以提高匯總利潤率，簡化特定應用的二層環境部署，並維持基於以太坊的結算安全性。對於交易者和資金配置者而言，加劇的匯總競爭可能會降低費用並提高鏈上市場效率，但同時也會給二層領域帶來流動性碎片化的風險。對於基礎設施提供商而言，帶寬優化、數據塊監控和數據可用性驗證將成為戰略重點。
以太坊不再主要依靠執行吞吐量指標進行競爭，而是憑借其作為生態系統中最安全、模塊化的結算和數據可用性層而脫穎而出。
9. 未解決的問題
關於 Danksharding 的全面部署時間表、長期數據塊費用市場平衡、跨聚合組合標準、帶寬需求增加對去中心化的影響以及高數據塊吞吐量下的 MEV 動態等問題，仍存在一些懸而未決的問題。Proto-Danksharding 代表的是一個基礎性裡程碑，而非最終架構狀態。
最終視角
以太坊的分片不再僅僅是將執行任務分散到不同的並行鏈上，而是為瞭擴展數據可用性，以維持以 Rollup 為主導的生態系統，同時確保統一的經濟安全。模塊化擴展實現瞭專業化，並將以太坊定位為安全的數據基礎設施。對於評估以太坊可擴展性路線圖的專業人士而言，關鍵在於：分片並非與 Rollup 競爭，而是使 Rollup 在大規模應用時更具經濟可持續性。
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