加密货币中的分片是什么？加密货币分片实践：以太坊分片

本文解释了区块链系统中的分片，追溯了以太坊向数据可用性和 EIP-4844 的转变，并分析了由此产生的安全性、性能和专业影响。

以太坊扩容的讨论通常都集中在 Layer 2 Rollup 上。然而，以太坊的长期扩容策略根植于更深层次的协议设计。分片技术自 以太坊基金会早期研究阶段起就已纳入其发展路线图。最初的执行分片计划已经演变为针对 Rollup 优化的数据可用性分片，从根本上重塑了以太坊的实际扩容方式。

1. 加密货币中的分片是什么？

分片是一种适用于分布式系统的数据库可扩展性技术。它并非要求每个节点处理所有事务并存储所有数据，而是将网络划分为多个分片，每个分片负责一部分工作负载。在传统系统中，分片将数据分散到各个服务器上，实现并行计算，降低单节点负载，并提高横向扩展能力。

在区块链系统中，模型要复杂得多，因为区块链必须在对抗条件下保持共识完整性、密码验证、数据可用性保证和经济安全一致性。

区块链分片的理论优势包括并行交易处理、更高的总吞吐量、更低的单个验证者资源需求以及在不增加区块大小的情况下实现可扩展性。 

与传统数据库不同，区块链必须解决跨分片交易通信、原子性可组合性约束、验证者分配随机性、分片接管抵抗以及轻客户端可验证的数据可用性等问题。这些约束极大地影响了以太坊最终的架构转型。

来源：以太世界

2. 以太坊分片路线图的演变

以太坊的分片策略并非一成不变。它从最初雄心勃勃的跨链并行执行计划，转向了更加注重数据可用性的设计，以确保汇总操作的顺利进行。这种转变既反映了技术上的经验教训，也体现了二层架构的快速发展。

执行分片：最初的设想

早期的以太坊研究提出了多执行分片方案，每个分片处理自己的交易并维护自己的状态，而共享的信标链则负责协调共识。这种设计有效地创建了多个并行的以太坊链，这些链由统一的验证者集保护。早期研究的文档仍然可以在Ethereum.org上找到，以太坊社区也主持了相关的研究讨论。

然而，出现了一些结构性问题：

• 跨分片可组合性引入了异步合约交互，破坏了原子性的 DeFi 设计。
• 安全碎片化风险的出现是因为验证器子集将保护单个分片，而不是统一保护整个网络。
• 由于应用进程需要分片感知架构，开发人员的开销增加了。
• 当跨分片交易需要多个确认步骤时，延迟和用户体验问题就不可避免了。

卷起式枢轴

随着 Rollup 技术日趋成熟并在生产环境中得到广泛应用，尤其是在乐观型和零知识设计方面，以太坊的研究方向发生了转变。以太坊不再采用分片执行的方式，而是致力于减少 Layer 1 的执行，并扩展数据可用性以支持 Rollup。这一以 Rollup 为中心的路线图由Vitalik Buterin等研究人员提出，并在EthResearch等研究论坛上进行了广泛讨论。

这一转变反映了一种战略认识，即 Rollups 可以更有效地处理计算，同时以太坊还能保持安全性和结算保证。

3. 原型 Danksharding 和 EIP-4844

实现全面数据分片的第一步是通过在 Dencun 升级期间引入的 EIP-4844 提案实现的。该提案的公开文档可在EIPs.ethereum.org上查阅。EIP-4844 引入了 blob 交易，这是一种新的交易类型，允许 rollup 以远低于 calldata 的成本发布大型数据负载。

Blob 交易提供临时数据存储而非永久状态增长，它在独立的 Blob 空间费用市场中运行，降低了 Rollup 的运营成本，减少了 Layer 2 交易费用，并避免了以太坊长期状态规模的膨胀。Blob 数据不像 calldata 那样可以直接被 EVM 访问。它的存在完全是为了数据的可用性和验证。

Optimism、Arbitrum和zkSync等 Rollup 项目直接受益于数据发布成本的降低。The Block和Cointelegraph等独立研究机构的报道也证实，在 Dencun 激活后，Rollup 项目的费用大幅降低。

4. 以太坊分片时间线：从执行到数据可用性

5. 完全丹克斯哈丁如何运作

完全 Danksharding 显着扩展了 blob 容量，并引入了数据可用性采样机制。该协议并非要求每个验证者下载所有 blob，而是使用纠删码将数据扩展为编码片段，并允许验证者随机采样部分数据。如果足够多的验证者成功采样，统计保证即可确认完整数据可用。如果数据被隐藏，采样机制能够以高概率检测到，并拒绝该区块。

该模型通过概率保证而非完全复制来实现可扩展性。它集成了提议者与构建者分离机制以及诸如KZG承诺之类的密码学承诺，以确保完整性。关于这些机制的学术讨论可见于密码学文献和以太坊研究库中。

6. 分片对性能的影响

分片技术不会增加以太坊 Layer 1 的每秒交易执行量，而是增加 Rollup 可用的数据吞吐量。这提高了 Rollup 批处理效率，提升了 Layer 2 的可扩展性上限，增强了压缩的经济效益，并降低了用户的交易成本。在完全 Danksharding 的背景下，blob 吞吐量的扩展有望显着降低 Layer 2 的费用，并支持之前成本过高而无法运行的高频应用。

以太坊从单纯的执行吞吐量竞争，转变为作为多级生态系统的安全、高带宽结算骨干网参与竞争。

7. 数据分片下的安全模型

数据分片引入了潜在风险，包括数据扣留攻击、验证者串通、blob 手续费市场操纵以及极端情况下的抽样漏洞利用。缓解策略包括随机选择验证者、加密承诺、惩罚性惩罚以及以太坊共识机制下的统一经济安全。由于 Rollup 会将交易数据发布到以太坊，因此 Layer 1 共识机制仍然是最终结算权威。

从概念上讲，以太坊提供安全性和数据可用性，而 Rollup 则提供执行和状态逻辑。这种分离既保持了经济一致性，又允许专业化分工。

8. 对专业用户的影响

对于开发者和协议设计者而言，更低的数据成本可以提高汇总利润率，简化特定应用的二层环境部署，并维持基于以太坊的结算安全性。对于交易者和资金配置者而言，加剧的汇总竞争可能会降低费用并提高链上市场效率，但同时也会给二层领域带来流动性碎片化的风险。对于基础设施提供商而言，带宽优化、数据块监控和数据可用性验证将成为战略重点。

以太坊不再主要依靠执行吞吐量指标进行竞争，而是凭借其作为生态系统中最安全、模块化的结算和数据可用性层而脱颖而出。

9. 未解决的问题

关于 Danksharding 的全面部署时间表、长期数据块费用市场平衡、跨聚合组合标准、带宽需求增加对去中心化的影响以及高数据块吞吐量下的 MEV 动态等问题，仍存在一些悬而未决的问题。Proto-Danksharding 代表的是一个基础性里程碑，而非最终架构状态。

最终视角

以太坊的分片不再仅仅是将执行任务分散到不同的并行链上，而是为了扩展数据可用性，以维持以 Rollup 为主导的生态系统，同时确保统一的经济安全。模块化扩展实现了专业化，并将以太坊定位为安全的数据基础设施。对于评估以太坊可扩展性路线图的专业人士而言，关键在于：分片并非与 Rollup 竞争，而是使 Rollup 在大规模应用时更具经济可持续性。

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