以太坊：以最容易的方式理解分片

Prof Bill Buchanan OBE2022-08-23热度: 13101

现在看到分片被推广到以太坊基础设施中，这将显著增加在给定时间可以处理的交易数量。让我们详细了解一下分片的工作原理。

原文标题：Say Goodbye to Miners, and Hello to Builders, Proposers and Verifiers: Sharding and Danksharding

原文作者：Prof Bill Buchanan OBE

原文来源：Medium

编译：ChinaDeFi

简介

众所周知，以太坊的成功已经超越了它最初的模式，尤其是它的扩展性以及它使用工作证明作为信任的识别。互联网的一个梦想是建立一个分布在世界各地的，能够进行处理和服务的基础设施，但我们最终采用的是中心化的方法，数据集中在中心化的服务器中。在以太坊的世界观中，数据分布在世界各地，存储在许多地方，这些地方对互联网的当前状态没有中心化的控制。在一个完美的互联网中，我们需要有区块链的本地版本并与之通信，我们知道这与地球另一端的其他人正在使用的状态相同。

我们现在看到分片被推广到以太坊基础设施中，这将显著增加在给定时间可以处理的交易数量。通过分片，以太坊节点只需要存储分布式注册表的一部分，并将该信息转发给网络中的其他节点。

分片

让我们详细了解一下分片的工作原理。

我们正在解决的主要问题是，为了创建一个共识，每个节点必须执行所有的计算并验证每个交易。当交易数量增加时，就会降低网络速度，以太坊就在此遇到了瓶颈。

对于以太坊网络的所有交易，我们都有一个确定的状态——全球状态。每个人都应该能够检查此状态并查看所有交易。但现在我们可以用Merkle树来拆分状态，根定义全局状态，并把状态分解为分片节点。下面，我们有三个分片，它们组成了全局根，每个分片收集它们负责的交易：

以太坊分片

因此，我们将基础设施的整体状态拆分为多个分片，每个唯一帐户都在一个分片中，这些帐户只能与这个分片中的其他帐户进行交易。Vitalik Buterin认为可以想成将区块链分成数千个岛屿，每个岛屿可以做自己的事情。在每个岛屿上，岛上的人们彼此之间进行贸易和交易，而不要求其他岛屿的人参与进来。只要我们在岛上有一个可靠的代理在记录交易，就可以将其输入到全球交易分类账中。如果岛上的人联系其他岛屿，我们可以设置一个机制来支持这一点，并将交易链接起来。

分片系统的工作方式是创建一个交易组，该交易组有一个交易组头和一个交易组主体(并存储与该分片相关的所有交易)。在下面的例子中，我们以Shard ID 22为例，在交易组头中我们有：

分片ID：这被标识为与交易相关的分片。
Pre-state根：它定义了新交易之前的状态Shard 22根。
Post state根：它定义了新交易之后的状态Shard 22根。
收据根：这是用于交易的Shard 22的收据。

以太坊分片

我们还可以在交易组头中看到签名。这些节点被选中来验证分片中的交易，并且这是随机选择的。因此，每个分片都用ID标识自己，然后用自己的交易维护自己的状态，并映射回以前的状态。这类似于为一个分片运行一个独立的区块链，其中分片内的交易不与分片外的其他交易交互。

但是，当一个分片中的帐户希望与另一个分片进行交易时，会发生什么呢？我们记录一笔交易并向分片 B 发送收据证明。然后该分片将收据的消费发回。

分片的主要挑战是我们是否能够确保分片在可信节点上工作，以及分片之间相互信任的地方在哪。

Danksharding

在实现完全分片的基础设施的过程中，我们需要将现有的方法迁移到完全分片的基础设施中，其中一个正在实现的方法是Danksharding(以以太坊开发者Dankrad Feist命名)。Danksharding的目标是提高速度、降低gas费用和大容量的数据存储。它基本上是迈向以太坊完全分片基础设施的一部分。在这方面，我们告别了矿工，现在有了申请人、建设者和验证者。

总的来说，我们通过可信任的区块建设者来选择进入slot的数据和交易，然后向申请人发出请求。建设者向申请人提出交易费用，然后申请人选择出价最高的人。如果建设者被选为区块中的一个给定slot，那么他们负责将数据和交易添加到这个slot中。然后验证者将验证该slot是否被正确构建。它的核心优势是建设者提出了一个从交易中无合并的方案，因此交易的gas费用会大幅降低，因为每笔交易都没有相关的gas费用。只要没有太多的投标人，填补空位的总成本可能会相当低。

以太坊分片

我们现有的以太坊基础设施中的矿工基本上只是区块申请人，但一旦新的基础设施实现，他们将成为验证者，而被称为区块建造者的新软件代理将在收集和提出数据和slot的交易中发挥关键作用。如果一个slot被验证为无效，可以提出一个擦除代码，那么那里的数据最终可以从slot删除标记。

EIP-4844 和 Blob

任何新基础设施的推出都需要小心谨慎，因为一个漏洞就可能导致大规模的妥协。因此，EIP-4844被提议作为danksharding的原型规范：

以太坊分片

该提案的全名与二进制大对象(Binary Large Objects，简称blobs)有关。虽然数据blob存在于许多其他应用领域，但新提案的主要区别在于它们可以与智能合约相关联。对于blob，提案者建议应该存在一个与交易相关的数据包。它们可以有一个头和一个数据主体，并由申请人进行数字签名。这个数据blob的最大大小建议为1MB。这将允许交易访问共享数据。