ING:V神科普的“Danksharding”到底是什么？_FishingTown

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神將參與的以太坊紀錄片已籌集190萬美元:金色財經報道，制作公司Optimist正在制作的關于以太坊的紀錄片《以太坊：無限花園》已通過博客平臺Mirror上的NFT籌集了1035.96 ETH，目前接近190萬美元。[2021/7/20 1:03:51]

（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；

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；

Cardano創始人：若V神應用Snow-Stake的PoS共識，將極大加快以太坊2.0開發:Cardano (ADA)的創始人Charles Hoskinson日前在接受采訪時討論了一項潛在的早期收購，可能會給以太坊帶來巨大的變化。根據Hoskinson的說法，如果V神應用了康奈爾大學教授Elaine Shi開發的Snow-Stake的股權證明(PoS)共識，將會極大地加快以太坊2.0的開發。Elaine Shi在 2016年與人合著了一篇關于《Snow White的PoS共識》(Snow White PoS consensus)的論文，該論文“為一個真正去中心化、開放參與的網絡提供了第一個正式的端到端的利害關系證明系統”。節點可以在任何時候連接，甚至在創建系統之后也是如此。Hoskinson認為，這將解決“有限的學術嚴謹性”，他說這在以太坊的發展中很普遍。但Hoskinson表示，V神本可以讓對這個問題有濃厚興趣的頂級科學家為他創建一個漂亮的一致算法，讓他可以自由地專注于開發業務和技術的其他部分。然而，Hoskinson說V神有其他的想法。Hoskinson得出結論，在堅實的基礎上進行改進，而不是從頭開始開發新的東西，可以節省以太坊大量的時間和精力，并避免困擾項目的長期延遲。（Cointelegraph）[2020/4/21]

糾刪碼（Erasure coding）

聲音 | V神質疑Zcash ZK-SNARK技術:Zcash正式實施硬分叉升級后，以太坊創始人V神表對其ZK-SNARK 技術提出了一項問題：“如果有人破解了ZK-SNARK方案，并發行一些新的代幣怎么解決？”他認為“1、如果有N枚代幣進入Zcash的地址池內，將會有N枚流出，每個人交易的代幣比例都是1:1，除了最后一個；2、如果有 N枚代幣進入，但其中有C枚假幣，流出的代幣量依然是N枚，那么每個人提出的代幣量實際上是N/(N+C)枚；3、這樣一來就有C枚假幣被發行了，這將有可能導致擠兌風險。在這種攻擊嚴重的情況下，Zcash將有可能不得不放棄2100萬枚代幣總量的限制。”[2018/6/27]

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）

承諾 C(f)

V神被自由科學中心評為“天才獎”:根據官方消息，以太坊的發明者Vitalik Buterin被自由科學中心授予2018年的天才獎，EY稱該中心為全球領先的技術和科學中心之一。5月11日，V神將參加頒獎典禮。其它三個獲獎者分別為Sara Seager、Laurie Santos、George Church。[2018/4/28]

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；

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)

V神發火：你們再炫富，我就退出:以太坊已成為加密貨幣2.0代表，但以太坊創始人Vitalik Buterin卻時常充滿擔憂，他認為，加密貨幣技術正朝著錯誤的方向前進。他不希望以太幣淪為投機者的天堂，而是能夠滲透進所有的工業中，將全世界的經濟、社交、文化都去中心化。他警告說：數字貨幣隨時可能歸零，傳統資產仍是存款首選。他不希望人們帶著數千億美元的數字紙上財富到處炫耀，并威脅道，“如果你們再這樣的不成熟，我就將退出以太坊。”[2018/3/17]

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；

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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