以太坊:以太坊2.0将加速落地，简化分片方案新鲜出炉

昨天在日本大阪举办的Devcon5大会上，ConsenSys创始人透露称以太坊2.0的phase1-2阶段将大大提前，可能在2020年底就可以推出，而这比原计划要提前近两年的时间。

那这究竟是怎么一回事呢？是开发者们实在太给力，以至于团队能超前完成任务了？

当然不是这个原因，真正的原因是：以太坊2.0原分片方案实施难度太高，为了加快落地，研发团队对其进行了简化。

为此，以太坊创始人Vitalik刚发布了还热乎的“减少分片数量，加快跨分片通信”的提议。

那这个新提议的具体内容有哪些呢？

原文在这里：https://notes.ethereum.org/@vbuterin/HkiULaluS

太懒不看？给你核心要点：

不再有持续分片链的概念，相反，每个分片区块都是直接的交联。提议人发出提议，交联委员会负责批准，然后完成任务；

分片数从之前的1024减少到64，分片区块大小从kB增加到kB，总分片容量为1.3-2.7MB/s，具体取决于slot时间。如果需要的话，分片数量和区块大小可随时间的推移而增加，比方说10年后最终达到1024个分片，以及1MB区块。

L1和L2层进行了诸多简化：所需的分片逻辑更少，不需要layer-2跨分片加速，因为“本地”跨分片通信是在1个slot时间内发生的，(iii)不需要DEX来促进支付跨分片txfee，(iv)EE可以变得更简单，(v)无需混合序列化和哈希；

CoinShares调查：资产管理公司支持比特币但持有更多以太坊:金色财经报道，CoinShares对资产管理公司的一项调查报告显示，比特币被认为是增长潜力最大的加密货币，但以太坊仍然在其投资组合中占据最大地位。共有51家管理资产规模总计9000亿美元的投资者参与了此次季度调查，其中43%的投资者表示BTC的上涨潜力优于ETH，但鉴于70%的受访者来自欧洲和中东，其中约25%来自北美，约5%来自亚洲，这项调查可能无法准确反映美国投资者目前的情绪。

此外，托管问题和可用性是机构投资者不愿配置数字资产的原因。[2023/7/19 11:03:20]

主要缺点：(i)信标链开销会较大，分片区块时间会变长，较高的“突发性”带宽需求，但“平均”带宽需求会是较低的。

序言/根本原因

当前的以太坊2.0体系结构过于复杂，特别是在费用市场层面，这是由针对eth2基础层的主要故障所创建的layer-2解决方案引起的：虽然分片内的区块时间是非常低的，但分片之间的底层通信时间却是非常高的，这需要1-16个epoch周期，而如果超过1/3的验证者离线，这个时间甚至会更多。这使得“乐观”解决方案成为了必要前提：一个分片内的子系统“假装”提前知道其它分片的状态根，通过某种中等安全的机制来学习它们，并通过使用这些状态根处理交易来计算自己的状态。一段时间后，一个“后卫”进程会遍历所有的分片，检查哪些计算使用了有关其他分片状态的“正确”信息，并丢出所有未使用这些“正确”信息的计算。

而这个过程是有问题的，这是因为，虽然它可有效地模拟很多情况下的超高速通信时间，但是复杂的情况，是由“乐观的”ETH和“真实的”ETH之间的差距引起的。具体而言，我们无法合理地期望区块提议者“知道”乐观ETH，因此，如果分片A上的用户向分片B上的用户发送ETH，则在分片B上的用户拥有协议层ETH之前，会存在一个时间延迟。而要想绕过这一点，要么需要去中心化交易所，要么需要中继市场。

DappRadar集成Axie Infinity专用以太坊侧链Ronin，将对其进行数据追踪:据官方消息，DappRadar现已集成Axie Infinity专用以太坊侧链Ronin，将该侧链作为独立协议进行追踪。此前，Ronin已对Axie Infinity的dapp活动与NFT交易进行了数据追踪。DappRadar官方称，根据数据，Ronin链上新的DEX平台Katana新增了80930个用户地址，成为该链上最火热的DEX平台。[2021/11/6 6:34:52]

此外，目前的交联机制增加了大量的复杂性，实际上它需要一整套区块链逻辑，包括奖惩计算、分叉选择规则等，它们需要被纳入分片链中，并作为Phase1的一部分。

本文档提出了一个彻底的替代方案，它消除了所有这些问题，从而使以太坊2.0能够更快地使用，另外还降低了风险。

方案细节

我们把SHARD_COUNT从1024减少到64，并将每个slot的最大分片数从16增加到64。这意味着“最优”工作流现在是在每个信标链区块之间，而之前每个分片会发布一个交联。

注意一个关键的细节：现在有一条路径，任何分片的slot-N+1区块都可以知道所有分片的所有slot-N区块。因此，我们现在有一类的单slot跨分片通信。

Compound总法律顾问：DeFi概念成为比特币和以太坊部落战争的受害者:8月7日消息，Compound总法律顾问Jake Chervinsky刚刚发推称，我坚定地站在“比特币是DeFi”的阵营里。没有钱就不可能有金融，没有分散的钱就不可能有分散金融。DeFi概念已经成为比特币和以太坊部落战争的受害者。[2020/8/8]

现状

新提议

我们改变了证明链接的结构：它不再包含“crosslink”，而只包含单个区块内容的数据根，其内容完全由“提议者”决定。分片区块还将包括来自提议者的签名。提议者的计算方法与以前相同，都是基于persistent-committee的算法，而这是为了鼓励p2p网络的稳定性。如果没有可用的提案，交联委员会成员可投票赞成一个空的“零提案”。

在该状态下，我们像以前一样存储一个maplatest_shard_blocks:shard->(block,slot)，不同之处在于存储的周期变成了epoch，而不是之前的slot。在“乐观情况下”，我们希望这个map能够更新每个slot。

Metacartel Ventures合伙人：以太坊2.0或创造“社会最大经济转变”:Metacartel Ventures合伙人Adam Cochran在推特上表示，以太坊2.0升级几乎肯定会限制ETH供应，同时增加需求，导致价格上涨。Cochran特别关注了两个因素：1. ETH的供应通胀率将降低50%以上：根Vitalik Buterin（V神）的说法，以太坊2.0的引入将取代目前区块链使用的PoW（挖矿）模型，这将显著降低ETH供应通胀率50%以上。

2. ETH基本需求将增加：由于以太坊2.0区块链更快、适应性强，Cochran预计ETH的gas需求将增加：“以太坊2.0的发布，我们将会看到ETH交易大幅增加，因此其商业和消费者可行性亦将提升。gas堵塞、高昂的交易成本、DApp中漫长的等待时间都将消失，即使是在处于一个繁忙的市场。”Cochran因此得出结论，以太坊2.0很有可能会创造“社会中最大的经济转变”。（CryptoSlate）[2020/5/15]

将online_validators定义为活跃验证者的子集。如果2/3的online_validators同意给定分片的同一新区块，则map会进行更新。

如果当前slot是n，但对于给定分片i，latest_shard_blocks.slot<n-1区块），我们需要该分片的证明，以提供范围.slot+1....min(latest_shard_blocks.slot+8,n-1)]内所有slot的数据根。分片区块仍需指向“先前分片区块”，并且我们仍要强制一致性，因此该协议要求这样的多slot证明是一致的。我们希望委员会使用以下“分叉选择规则”：

分析 | 以太坊gas使用量创年内新高 强劲的基本面因素或继续推高价格:以太坊的交易量达到了自2019年7月以来的最高水平。今年年初以来，ETH的价值已经翻了一番，截至发稿时，其价格为272美元。以太坊的网络使用率也在上升。在活跃地址方面，以太坊达到了自2019年9月以来的最高水平。活动地址数量增加了26.7%，而交易数量也增加了20.77%。加密分析公司Glassnode指出，gas使用量强劲，达到了四个月来的最高点，分析指出强劲的基本面因素或继续推高价格。（ambcrypto）[2020/2/16]

对于每个有效+可用的分片区块B，计算最近消息支持B或B后代的验证者的总权重，我们称之为B的“得分”，空分片区块也可以有得分。

为latest_shard_blocks.slot+1选择拥有最高得分的分片区块；

为

latest_shard_blocks.slot+k选择拥有最高得分的分片区块；

概述

发布信标区块N和信标区块N+1之间的过程如下：

信标区块N被发布；

对于任何给定的分片i，分片i的提议者提出一个分片区块。此区块的执行可看到信标区块N和旧区块的根；

映射到分片i的证明者进行证明，其中包括对分片i上的slotN信标区块和slotN分片区块的意见；

信标区块N+1发布，其中包括所有分片的证明，区块N+1的状态转换函数会处理这些证明，并更新所有分片的“最新状态”；

开销分析

注意，不需要有参与者不断积极地下载分片区块区块数据，相反，提议者在发布提案时，只需在小于3秒的时间内上传最高512kB的数据，然后委员会只需在小于3秒的时间内下载最高512kB的数据，即可验证提案。

请注意，这低于当前每个验证者的平均负载。但是，“突发性”负载会是更高的：之前为3秒内最高64KB，现在改为3秒内最高512KB。

从证明加载的信标链数据更改如下：每个证明大约300字节的固定数据，外加一个位字段，即每个epoch周期400万bit，或每个slot8192byte。因此，当前方案的最大负载为128*300+8192=46592，尽管平均负载可能更像32*300+8192=17792，甚至可通过压缩来降低。

而在该提议中，我们会看到两种负载：

最大负载为128*300+128*200+8192=72192，平均负载也许为80*300+10*200+8192=34192。

还要注意，证明聚合在每个分片中每个slot的开销为65536*300/64=307200字节。这为运行节点的系统提供了一个需求基础，因此使区块数据变得比这小得多也没有什么价值。

从计算上讲，唯一显著增加的开销，是更多的配对，而具体数据是从每个区块最多128增加到最多192，而这将增加大约200ms的区块处理时间。

分片“基本操作系统”

每个分片都有一个状态，即映射ExecEnvID->(state_hash,balance)。一个分片区块被分成一组块，其中每个块指定一个执行环境。块的执行以状态根和块的内容作为输入，并输出一个元组列表，每个分片最多只能有一个EE_id。我们还从EE余额中减去value的和。

在分片区块头中，我们放置了一个“receiptroot”，其中包含一个映射shard->...]。

分片i上的分片区块，需包含彼此分片的分片j收据的Merkle分支，该分支位于其它分片的“receiptroot”。接受的值被分配给它的EE，并且EE执行可访问msg_hash。

这允许在分片间的EE之间即时传输ETH，每个区块的开销为(32*log(64)+48)*64=15360字节。msg_hash可用于减少传递跨分片信息所需验证内容的大小，因此在一个高度活跃的系统中，15360字节通常是必不可少的。

主要的好处：更简单的费用市场

我们可按下面的方式修改执行环境：每个分片都有一个状态，其中包含状态根以及执行环境的余额。执行环境将能够发送收据，因而将币直接发送给其它分片上的相同执行环境。这将使用一个Merkle分支处理机制来完成，每个分片EE状态为其它分片存储一个nonce，以此作为重放保护。EE也可以直接向区块提议者支付费用。

而这种方式，除了提供了足够的功能之外，还消除了对中继市场的迫切需求，也消除了执行环境承担乐观实施跨分片状态的负担。

优化证明

为了提高效率，我们还进行了以下优化：如前所述，查阅slotn的证明可完整地包含在slotn+1中。然而，如果这样的证明包含在后面的slot中，则必须以“简化形式”包含它，该“简化形式”仅包含信标区块，而不包含任何交联数据。

这种方法不仅减少了数据，而且重要的是，通过强制“旧证明”保存了相同的数据，它减少了验证证明所需的配对数量：在大多数情况下，来自同一slot的所有旧证明都可通过单个配对进行验证。如果链不分叉，则在最坏情况下，验证旧证明所需的配对数限制为epoch长度的两倍。如果链确实发生了分叉，那么包含所有证明的能力，将取决于更高百分比的提议者是诚实的条件，并且还需要包含更早的证明。

保留对轻客户端的支持

每天，我们随机选择一个由256个验证者组成的委员会，这些验证者可以在每个区块上签名，其签名可包含在区块n+1中以获得奖励。这样做是为了让低权利的轻客户端也能够工作。

其它可能的扩展

slotn的分片区块须查询slotn-1的信标链区块。这将允许每个slot并行而非串联发生，从而减少slot时间，而其代价是将跨分片通信时间从1个slot时间增加到2个slot时间；

如果区块提议者希望让区块大于64KB，则其首先要生成64KB的数据，然后让交联委员会对其进行签名，然后，他们可以添加另一部分引用第一个签名的64kB，依此类推。这将鼓励区块生产者每隔几秒发布其区块的部分完成版本，从而创建预确认；

加快秘密leader选举的发展；

而对于这一新的分片方案，也有社区成员发出了自己的疑问，比如RaymondDurk写道：

“如果现在这样做，那以后分片数量要扩展到1024，它的实现会复杂吗？”

对此，Vitalik的回复是“并不复杂”。

你的看法是什么呢？

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