Proto-danksharding: 什么是原始数据处理以及它如何工作

以太坊在完成合并和上海升级后,成功从工作量证明过渡到权益证明共识机制。以太坊路线图的下一个重大项目是EIP-4844,也被称为"原始数据处理"。这项代码变更旨在改善以太坊上层二扩展解决方案的可扩展性。EIP-4844以以太坊核心开发者"Protolambda"和Dankrad Feist的名字命名,引入了一种称为blob的新交易类型,增加了以太坊区块的数据和存储要求,并创建了一个新的费用市场,将blob与常规交易分开定价。

Layer 2扩展解决方案是依赖Layer 1区块链(如以太坊)进行数据可用性(DA)的协议,即广泛传播和临时存储交易数据批次的功能。通常,基于智能合约的Layer 2解决方案依赖以太坊的DA也依赖以太坊进行交易结算(验证)。这些Layer 2解决方案专门从以太坊等DA层读取数据,并执行有效的交易和智能合约代码。建立在以太坊之上的Layer 2解决方案依靠以太坊区块中包含的分批交易数据来实现交易的真实性。排序器是以成本效益的方式对用户交易进行批处理和压缩,以提交给DA层的行为者。

通常情况下,向以太坊发布大量数据的成本很高,部分原因是网络将数据作为交易历史的一部分永久地存储在一个被称为"CALLDATA"的字段中。通过EIP-4844,每个区块将创建额外的512kB或768kB的数据空间用于Layer 2解决方案。以太坊核心开发人员正在权衡究竟应该为blob交易创建多少额外的空间。重要的是,发布到这个空间的数据将被存储大约三周的时间。由于通过blob交易验证的数据的短暂性,以及隔离于其他类型交易的blob定价的独立费用市场,理论上,Layer 2解决方案向以太坊发布数据的成本将大大降低。随着时间的推移,开发人员打算引入数据采样技术,这样blob数据就不需要全部下载给以太坊全节点进行验证,进一步降低Layer 2成本。Proto-danksharding是完全danksharding的前奏和"原型",它将使以太坊节点能够下载blob数据的片段,以确定完整blob的可用性。

本报告深入探讨了EIP-4844如何工作的细节,原始数据处理的局限性,EIP-4844向完全danksharding的计划演变,并包括关于代码变更在2023年秋季按计划实施时对最终用户和去中心化应用(dapp)开发者的直接好处的一些考虑。考虑到完全danksharding的重点是支持Layer 2生态系统和通过模块化扩展以太坊,在下一次以太坊升级中实施的代码变更将是模块化区块链理论在规模上应用于世界上最大的公共区块链之一的重要测试场所。

背景

EIP-4844被认为是以太坊的可扩展性升级。然而,需要注意的是,该代码的改变并没有实质性地增加或引入对以太坊本身交易能力的改进。Proto-danksharding降低了向以太坊发布大量数据的成本,从而降低了Layer 2解决方案的运营成本。EIP-4844被认为是对以太坊可扩展性的提升,因为它使建立在以太坊之上的Layer 2网络更具成本效益,但该代码变更并没有提高以太坊作为交易和智能合约代码执行的通用区块链的可扩展性。

在过去的四年里,以太坊Layer 2解决方案的交易活动一直在增长。L2Beat.com估计,所有Layer 2网络上实现的每秒交易量(TPS)加起来是以太坊日平均TPS的3.8倍。

根据数据平台通过Dune Analytics提供的数据,与直接向以太坊部署代码和交易的成本相比,Layer 2解决方案为终端用户和dapp开发者节省了99%以上的gas费用。

截至2023年6月13日,在两个最受欢迎的以太坊Layer 2解决方案上发送交易的成本趋势是0.03美元至0.05美元左右。然而,在链上活动频繁和网络拥堵的情况下,这些成本有时会飙升到1美元以上。

EIP-4844的目标是通过引入一种新的交易类型,即二进制大型对象,或称blob,来减少Layer 2成本。以下是EIP-4844所定义的blob交易的生命周期的逐步说明:

EIP-4844并不影响提交给以太坊mempool的常规交易如何被纳入区块,也不影响决定以太坊区块空间价格的费用市场,但EIP-4844确实增加了以太坊区块的存储要求。额外的数据空间是为了将blob交易附加到区块上。Blob就像副车,可以附加到以太坊区块上,而不影响或挤占现有的区块空间来处理常规交易。Blob区块空间将根据其自身的费用市场进行拍卖,仿照EIP-1559的费用市场设计。最初,blob交易将几乎没有成本。此后,每确认一个区块,如果超过一半的blob区块空间(至少256kB)被利用,blob交易的成本将增加12.5%。对于每一个blob块空间未被充分利用的区块,即blob块空间被填充不足的50%,blob的成本就会减少12.5%。

Blob交易不会无限期地存储在以太坊上,而是存储在以太坊的共识层(CL),即Beacon Chain上,并在三周后从CL节点上丢弃。Proto-danksharding将使每个区块最多有四个blob,每个blob能够包含最多128kB的额外数据。每块512kB的blob空间的最大限制可能会根据正在进行的EIP-4844的测试而改变。开发人员正在积极讨论将该限制从4个blob增加到6个的可能性。每个blob是一个单一的Layer 2排序器的机会,以确认单批交易到以太坊。以太坊上每天大约产生7094个区块,在EIP-4484之后,假设4个blob/区块的限制,每天最多可处理28376个blob。(这是一个理论上的最大值,由于blob费用的动态变化,在实践中可能永远不会达到。连续处理每个区块的最大数量的blob的成本对于一个排序器来说是非常昂贵的)。

在过去的六个月里,在某Layer 2解决方案上运行的排序器,按交易活动计算是第二大最受欢迎的以太坊Layer 2解决方案,每天向以太坊提交大约3126个交易批次。

另一个Layer 2解决方案确认的交易量大约是这个的两倍,并且也依靠排序器通过CALLDATA向以太坊发布数据来完成交易。在以太坊上流行的Layer 2解决方案的其他例子还有很多。在某Layer 2解决方案上,超过90%的费用来自Layer 1 CALLDATA费用。

专门的数据存储空间的引入,不管一开始有多小,都是为了降低使用以太坊作为所有基于以太坊的Layer 2解决方案的DA层的成本。保守的说,Layer 2开发者估计,从EIP-4844的激活,Layer 2费用会减少100%到900%。然而,这些估计可能会根据原始数据处理激活之前和之后的几个月里,Layer 2采用和活动的增加而改变。

blob交易的成本,虽然在EIP-4844激活之初可能比普通交易更便宜,但如果建立在以太坊之上的Layer 2解决方案数量增加,有可能迅速攀升。此外,虽然每个blob旨在为单个排序器提供发布多达128kB数据的机会,但Layer 2排序器有可能进行协调,使单个blob包含来自多个Layer 2解决方案的数据。以太坊开发者意识到,由于每个区块的数量有限,而且单个交易批次可能无法完全利用每个blob交易的全部128kB数据空间,因此可能会出现定价blob的二级市场。虽然防止链外二级市场的出现是一个优先事项,而不是引入更高水平的协议复杂性来防止这种可能性,目前,开发人员正在采取"等待和观察的方法",通过EIP-4844引入blob,并打算在未来对EIP-4844进行进一步优化。

原始数据处理为引入更先进的技术奠定了基础,以便在不增加节点计算负载的情况下进一步降低blob成本。称为完全danksharding,对blob的完整设想是将每块blob的最大数量从4个增加到64个。

完全Danksharding

四个blobs使以太坊区块大小增加512kB。六个blob会使以太坊区块大小额外增加768kB。如前所述,额外的区块空间严格用于blob交易,并不像普通区块空间那样永久存储数据。EIP-4844的完整愿景是为以太坊引入最多64个blob,并且在不大幅增加区块验证的节点计算负载的情况下做到这一点。为了实现完全的danksharding,以太坊需要实现两种技术:数据可用性采样(DAS)和擦除编码。

数据可用性取样(DAS)

在验证Layer 2交易的背景下,DAS的目标是确保由排序器捆绑的所有数据片断都已经发布到链上。完整节点是随机选择的,从blob中下载一块数据并生成数据可用性证明。完整节点对数据采样的次数越多,对所有数据都已从测序仪中提供而没有扣留重要数据的概率确定性就越大。对节点来说,采样数据的过程比下载整个blob数据的计算量要小,但在理论上会给出同样的数据可用性保证。与原始数据处理一样,完全danksharding下的blob数据抽样将确保来自排序器的交易已被验证并发布在链上,供任何用户或网络利益相关者评估。然后,用户和利益相关者有一段时间可以查看这些交易,确认它们已经在以太坊这样的DA层上最终完成,并在前一批交易的基础上建立新的交易批次。

通过DAS,以太坊开发者有信心在不增加节点计算负荷的情况下增加发布到以太坊的Blobs数量和数据量。此外,开发者还打算在未来的升级中通过实施历史到期等建议,进一步降低节点的计算负荷。用以太坊研究员Dankrad Feist的话说,随着时间的推移,以太坊将变得像"公共告示牌而不是存档系统",将保留交易历史完整副本的责任推给经常使用这些数据的网络利益相关者,如Layer 2解决方案和区块链基础设施公司。虽然EIP-4844引入了Blobs,但这是一个早期的例子,说明所有的交易有一天可能会成为以太坊上的存储。

擦除编码

擦除编码技术加强了对数据的采样