以太坊的“扩容杀手锏”Danksharding”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。

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**频道‌。

概述

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；

（4）建议的架构

3、总结优点和缺点什么是旧的

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；

1. 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；
2. 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**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；

纠删码（Erasure coding）

1. 使用Reed-Solomon 编码（多项式插值）扩展数据；
2. 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；
3. 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)）
4. 但是，我们需要确保编码是正确的；

KZG承诺（KZG Commitments）

多项式

承诺 C(f)

评估 y = f(z)

1. 证明者可以计算证明 π（f,z）
2. 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

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

什么是新的

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；

1. 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；
2. 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

1. 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）**审查一些交易；
2. [注：在今天的贿赂模中， 审查一笔交易的成本是**贿赂所有提议人而不将这笔交易纳入的成本；]
3. 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？

1. 需要一个超级节点（“构建者”）来构建和重建以防失败的情况；
2. 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；

1. 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；
2. 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：

1. 所有数据都可用；
2. 它可以从只观察行和列的验证器中重构；
3. 不需要节点观察所有的情况；

组合在一起就是Danksharding

执行区块和分片区块是一起构建的；

1. 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；
2. 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（lt;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lt; 2 ^(-30);

带宽 75*512 B / 16s = 2.5 kb/s；

总结优点和缺点

优点

简单的设计：

1. 不需要分片委员会基础设施；
2. 不需要跟踪分片 blob 确认；
3. 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）
4. 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：

1. 使得rollup设计更简单；
2. 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：

1. 构建32MB数据的KZG证明（需要100核，但目前正在研究CPU实现）
2. 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；

1. 需要通过crList缓解。