DANK:V神科普的“Danksharding”到底是什么？_以太坊

北京時間2月14日情人節當晚，以太坊創始人Vitalik Buterin聯合以太坊基金會（EF）研究人員Dankrad Feist一起舉辦了一場關于擴容解決方案“Danksharding”的教育研討會，如果你想了解區塊鏈如何在增加“去中心化”和“安全性”屬性的同時大規模實現擴容，那么這場研討會就是一個好的切入點。

注：關于“Danksharding”對以太坊的意義，建議讀者先閱讀一下《一文了解以太坊的“擴容殺手锏”danksharding》這篇文章。

以下內容來自Dankrad Feist提供的《Dude, what’s the Danksharding situation??》PPT，如果你想觀看完整的研討會視頻，可以訪問以太坊基金會的官方youtube頻道?。

1、什么是舊的：

（1）數據分片；

（2）使用KZG 承諾的數據可用性；

（3）使用分離分片方案進行原始數據分片；

2、什么是新的：

（1）提議者-構建者（數據生成者）分離 (PBS)；

（2）crList；

（3）2D方案；

V神：不會將預言機網絡納入以太坊生態系統:金色財經報道，V神最近表示：“我認為智能合約肯定有必要使用鏈下數據做很多事情，所以提供預言機的項目是非常重要的。它們肯定有不同種類的用例。Chainlink無疑占據了預言機設計領域的重要組成部分。”不過，V神完全排除了將預言機網絡納入以太坊生態系統的可能性。V神稱：“個人更希望以太坊的基礎層避免提供太多功能，因此更想讓以太坊本身更像是一個只分析交易的對等平臺。”[2021/6/5 23:13:38]

（4）建議的架構

3、總結優點和缺點

數據分片

為Rollup和其他擴容解決方案提供數據可用性（DA）；

數據的含義由應用層定義；

以太坊基礎共識（全節點和驗證者）除了確保數據可用外不承擔任何責任；

為什么沒有執行分片？與原生執行相比，rollup二層網絡的效率要高100 倍，很難看出執行分片會有什么需求；

目標：提供約 1.3 MB/s 的數據可用性層和完整的分片功能（目前最大數據容量的10倍，平常容量的200倍）；

自2019年底以來，數據分片一直是以太坊的目標；

數據可用性采樣（DA sampling）

想知道通過 O(1) 工作獲得的O(n) 數據是可用的；

V神：BTG攻擊者將因削減或閑置損失數百萬美元:以太坊創始人V神剛剛就“BTG禁止攻擊鏈”一事發推稱，針對BTG的51%攻擊被用戶激活的“軟叉”擊敗，該軟叉提供了一個檢查點，因此BTG團隊明確禁止了攻擊鏈。這是一個好消息。在PoS中，這種情況下，攻擊者將因大幅削減或閑置泄漏而損失數百萬美元。[2020/7/12]

思路：將數據分布到 n 個chunk分塊中；

每個節點下載 k 個（隨機選擇的）chunk分塊；

糾刪碼（Erasure coding）

使用?Reed-Solomon 編碼（多項式插值）擴展數據；

例如，在編碼率 r=0.5 時，這意味著任何 50% 的區塊（d0 到 e4）都足以重建整個數據；

現在采樣變得高效（例如，查詢30個隨機區塊，如果全部可用，超過 50%不可用的概率為2 ^ (-30)）

但是，我們需要確保編碼是正確的；

KZG承諾（KZG Commitments）

聲音 | V神：以太坊區塊鏈幾乎已滿，可拓展性仍是一大瓶頸:以太坊創始人Vitalik Buterin在接受The Star采訪時表示，以太坊區塊鏈幾乎已滿，對以太坊生態系統感興趣的大型組織面臨的障礙仍然是區塊鏈可擴展性這一棘手問題。至于如何改善可拓展性，V神表示，網絡需要從每臺計算機都需要驗證每一筆交易演變為一種新的模型，即一臺計算機平均只驗證區塊鏈上的一小部分交易。V神聲稱改進后的可擴展性將使成本降低100多倍。雖然在某種程度上這樣會犧牲了安全，但妥協是相當溫和的。（Cointelegraph）[2019/8/19]

承諾 C(f)

評估 y = f(z)

證明者可以計算證明 π（f,z）

使用C(f), π（f,z）， y 以及 z，驗證者可以確認f(z) = y

C(f)以及 π（f,z） 是一個橢圓曲線元素（每個48 字節）

KZG 承諾作為數據可用性根

將“KZG 根”想象成類似于 Merkle 根的東西；

聲音 | V神：很高興看到更多的“懷疑論者”進入ETH 2.0的設計世界:V神今日發推稱，很高興看到更多的“懷疑論者”進入了ETH 2.0的設計世界。V神列舉了Layer 2拓展性研究人員John Adler等人，并表示“我們需要他們讓我們更強大”。[2019/7/30]

不同之處在于“KZG 根”承諾了一個“多項式”（所有點都保證在同一個多項式上，而Merkle根不能保證這一點）；

分離分片提案

提議者-構建者（數據生成者）分離 (PBS)

被發明用來對抗 MEV 導致的中心化趨勢；

MEV意味著更成熟的參與者可以比普通驗證者提取更多的價值，這對大型礦池而言意味著優勢；

PBS 在一個獨立的角色中“包含”了這種復雜性/中心化，并具有誠實的少數假設；

提議者（Proposer）= 驗證者，誠實的多數假設意味著高度的去中心化要求；

數據生成者（Builder）= 單獨的角色，誠實的少數假設，意味著去中心化只需要確保一個誠實（非審查）的數據生成者；

聲音 | V神：IEO就是交易所ICO 是行業倒退:以太坊創始人V神今日對近期IEO熱潮發表看法，V神對IEO大加指責，認為它就是交易所進行ICO，是行業發展的倒退。（火星財經）[2019/3/30]

審查阻力方案 – crList

PBS的危險之處：一個高效的構建者（Builder）可以（以一定的經濟成本）永久審查一些交易；

[注：在今天的賄賂模型中， 審查一筆交易的成本是永久賄賂所有提議人而不將這筆交易納入的成本；]

crLists允許提議者指定構建者必須包含的tx列表，從而恢復舊的平衡；

crList（“混合 PBS”設計）

KZG 2d 方案

為什么不在 KZG 承諾中編碼所有內容？

需要一個超級節點（“構建者”）來構建和重建以防失敗的情況；

我們希望避免這種假設的有效性；

目標：在 d 個KZG 承諾中編碼 m 個分片 blob；

如果我們天真地去這樣做，那就需要m * k個樣本，這樣數據就太多了；

相反，我們可以再次使用 Reed-Solomon編碼將 m 個承諾擴展到 2* m 個承諾；

KZG 2d 方案屬性

所有樣本都可以直接根據承諾進行驗證（沒有欺詐證明！）；

恒定數量的樣本確保概率數據可用性；

如果 75%+1 的樣本可用：

所有數據都可用；

它可以從只觀察行和列的驗證器中重構；

不需要節點觀察所有的情況；

執行區塊和分片區塊是一起構建的；

我們以前需要分片委員會，因為每個分片 blob可能無法單獨使用；

現在，數據生成者的責任是使執行區塊有效，并且所有分片 blob 都可用；

? 驗證可以是聚合的；

Danksharding 誠實多數驗證

每個驗證者選擇 s = 2 隨機行和列；

僅證明分配的行/列是否可用于整個epoch時期；

一個不可用的區塊（<75% 可用）不能獲得超過 2^(-2s) = 1/16 的證明；

Danksharding 重構

每個驗證者都應該重構他們遇到的任何不完整的行/列；

這樣做時，他們應該將丟失的樣本轉移到正交線；

每個驗證器可以在行/列之間傳輸4個缺失的樣本（大約 55,000 個在線驗證器可保證完全重構）

Danksharding DA 采樣（惡意多數安全）

未來升級

每個全節點檢查方塊矩陣上的 75 個隨機樣本；

這確保了不可用區塊通過的概率< 2 ^(-30);

帶寬 75*512 B / 16s = 2.5 kb/s；

優點

簡單的設計：

不需要分片委員會基礎設施；

不需要跟蹤分片 blob 確認；

沒有額外的構建者基礎設施（來自執行層的同步支付取代了這一點）

可以使用現有的執行層費用市場基礎設施；

執行鏈和分片之間的緊密耦合：

使得rollup設計更簡單；

zkRollup 和執行鏈之間的同步調用是可能的；

分片不需要單獨的 PBS；

隨著數據立即被驗證者集的 1/32（而不是舊分片方案中的 1/2048）確認，并在一個epoch時期內增加到完整的驗證者集，抗賄賂的能力增強了；

得益于2d方案，全節點（無需運行驗證器）將能通過75 個樣本（2.5 kb/s）確保數據可用性，而不是 30*64=1920 個樣本（60 kb/s）；

新的挑戰

增加了數據生成者要求：

構建32MB數據的KZG證明（需要100核，但目前正在研究CPU實現）

需要2.5 GBit/s的互聯網連接來分發樣本；

為數據生成者提供了更多權力，因為他們充當了執行+數據層服務提供商；

需要通過crList緩解；

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