以太坊扩容的关键：优化数据可用性 (DA)

目录

• 介绍
• 通过以 Rollup 为中心的方法应对以太坊的扩容挑战
• 今天的 Rollups 格局
• 使用 EIP-4844 提高汇总效率
• 为全面danksharding奠定必要的基础
• Rollups 生态系统值得探索的方面
• 结论性想法

介绍

随着以太坊从一项实验性技术发展成为一个完全开发的系统，能够为普通用户提供开放、全球和无需许可的体验，需要进行的一项重要技术转型涉及将用户转移到 L2。

为了获得广泛采用，以太坊必须每秒处理数百万笔交易。可扩展性三难困境强调了在去中心化、安全性和可扩展性的限制下全面扩展以太坊的挑战。交易成本从 4 美元到 200 美元不等，以太坊对许多用户来说并没有吸引力。

来源：Etherscan.io

通过以 Rollup 为中心的方法应对以太坊的扩容挑战

为了通过将更多数据和交易装入一个区块来提高区块链的容量，需要进行权衡：这可能需要更强大的硬件来运行节点，并可能损害去中心化。另一种选择是构建以以太坊为基础层的更高级别的解决方案，而不是引入可能导致网络中断的新区块链功能。

链下扩展解决方案提供了一种扩展主区块链层的间接方法。他们将交易计算卸载到以太坊网络之外，利用主区块链进行信任和仲裁。这种方法称为第 2 层扩展，在以太坊之上添加了一个额外的层。状态通道、侧链、等离子、乐观汇总和有效性汇总（通常称为 zk-rollups）等不同方法都属于此类。

Rollup提供了一种多功能且通用的解决方案，甚至允许 EVM（以太坊虚拟机）在其中运行。这意味着现有的以太坊智能合约可以通过最少的代码更改转移到汇总，同时还可以受益于以太坊的安全性和数据可用性。数据计算发生在链下，并在链上存储足够的信息，以便任何人都可以根据需要在本地计算完整的内部状态，并且经常用于欺诈检测目的。

每个汇总都需要在以太坊上部署特定的合约。Rollup 中的交易在专用链上离线执行，然后交易数据在提交到以太坊之前进行批处理和压缩。这减轻了以太坊计算资源的负载，降低了费用并实现了更具可扩展性的交易处理。虽然汇总可以通过处理更多交易来扩展以太坊，并且可能涉及某种程度上中心化的区块生产，但只要存在去中心化和去信任的验证，就仍然存在强大的反审查保护。

资料来源：Vitalik 的《Endgame》

今天的 Rollups 格局

目前，以太坊的汇总环境包括乐观和零知识解决方案，这些解决方案利用先进的压缩技术将批量交易数据作为调用数据打包到以太坊上。然而，由于以太坊交易历史中永久存储大量数据，这种方法会带来巨大的成本。

例如，2023 年 5 月 5 日，由于以太坊 Gas 费用激增，Arbitrum 批量提交给以太坊的交易需要支付大量 Gas（353.93 ETH），尽管以太坊上仅涉及 1369 笔交易，交易量还不到 100 万笔。 Arbitrum 上的交易。

来源：Etherscan.io —Arbitrum 批量提交者

资料来源：Arbiscan.io

在 6 月 7 日进行 Bedrock 升级之前，Optimism 排序器平均每天有3000 个交易批次发布到以太坊。在基岩升级之后，Optimism 经历了网络上交易量的激增，同时向以太坊提交的交易量减少了，这表明现在每批交易都包含更高的交易量。

随着以太坊 rollups 越来越受欢迎，Linea、Polygon zkEVM 和 zkSync Era 在主网上部署，以及像Celo和Fantom这样的替代 L1正在考虑采用 rollups，很明显，每个解决方案最终都将面临与以太坊 Gas 费用相关的可扩展性瓶颈。

目前，每天有大约 7,000 个交易批次通过zkSync Era、Linea、Arbitrum、Base和Optimism等汇总提交到以太坊。随着以太坊 L2 的发展越来越受关注并且对开发者更加友好，这个数字预计将进一步增长。

许多项目已经使用 OP 链在以太坊上构建，包括 Coinbase、Debank、Mantle、Celo、Worldcoin、Zora Network 和 Public Goods Network。此外，许多汇总项目正在加紧发布自己的堆栈，以方便 L2（和 L3）开发。

使用 EIP-4844 提高汇总效率

在以太坊以汇总为中心的生态系统不断发展的领域中，越来越需要提高以太坊上汇总的可扩展性，同时保持数据的安全可用性。这个目标围绕着一个聪明的方法：无需在以太坊上永久存储大量数据块，同时仍然允许用户在需要时计算内部状态。

EIP-4844引入了一种称为二进制大对象 (blob)的新事务类型，并为每个块额外分配6 个 blob（每个大小为 128kb）数据空间，专门用于汇总。考虑到以太坊每日平均 7,100 个区块，平均每个区块 3 个 blob，这相当于每天处理 21,300 个 blob。

通过此次升级，排序器将把批量交易数据格式化为 blob，并将它们存储在以太坊的内存池中。然后，验证者会将这些 Blob 交易合并到区块中，而 Blob 将在以太坊共识层中暂时驻留长达三周。这显着降低了汇总在以太坊上发布数据的成本，因为它不会将数据存储为调用数据。然而，这也意味着blob数据无法通过以太坊的执行层直接检索。

来源：原始 Danksharding 常见问题解答

此外，此升级为 blob 交易引入了独特的费用市场，与EIP-1559的费用市场设计相似。想象一下，一家繁忙的汉堡店为其受欢迎的软冰淇淋设立了一条单独的生产线。同样，blob 将在自己指定的费用市场中进行交易，从而有效地将它们与常规交易脱钩。因此，对于使用超过一半 Blob 空间（最小 384kb）的每个块，Blob 交易成本将增加 12.5%，反之亦然。

KZG 承诺在 EIP-4844 中发挥着关键作用。这些承诺充当零知识证明的一种形式，促进对 blob 等大型数据对象的有效操作和验证。该过程涉及将 blob 表示为多项式，使计算机能够评估 blob 属性，而无需读取整个 blob 事务。

KZG 仪式于2023 年 1 月启动，截至撰写本文时已有超过 13 万个贡献，涉及一次性可信设置，该设置结合了多个贡献的熵，以生成独特且不可复制的值。这一流程确保了 KZG 承诺的最大安全性和完整性。

重要的是，值得注意的是，虽然这次升级并没有直接增加以太坊的交易能力，但它显着降低了与汇总相关的运营费用。此增强功能使 L2 更加经济高效，并为汇总提供安全的数据可用性。

为全面danksharding奠定必要的基础

虽然与常规交易相比，EIP-4844 最初预计将为 blob 交易提供成本节约，但重要的是要考虑随着以太坊汇总数量的增长潜在的成本增加。EIP-4844 的最终目标是将多达 64 个 blob 合并到以太坊中，而不会在块验证期间给节点带来过多负担。此举旨在使以太坊成为优化的数据可用性（DA）层，从长远来看逐渐将最终用户转变为在汇总而不是以太坊上进行交易。

实现完整的 danksharding 需要实施数据可用性采样 (DAS) 和擦除编码。DAS旨在通过随机选择全节点来验证数据可用性来确保排序数据已发布到链上。数据采样越多，完整数据可用性的置信度就越高。当恶意排序器保留一部分 blob 数据时，擦除编码就会发挥作用。通过基于已知片段重建丢失的数据，擦除编码引入了冗余，从而阻止了数据扣留尝试。

Rollups 生态系统值得探索的方面

随着汇总领域的扩大，建立去中心化的欺诈证明和共享排序器变得至关重要。目前的汇总通常在孤岛中运行，专注于吸引特定的用户群体，并且它们可能会忽视 L2 之间互操作性的重要性。在 L2 之间建立跨链通信协议将在更广泛的以太坊生态系统中为用户提供无缝交易体验方面发挥至关重要的作用。观察这些 Rollup 开发带来的跨链 MEV 的出现也很有趣。

虽然以太坊的目标是成为去中心化和安全数据可用性 (DA) 层的顶峰，但现有的去中心化 DA 服务（如 Eigenlayer 和 Celestia）满足了汇总的 DA 要求。看看 DA 格局将如何继续发展以使以太坊生态系统更加高效将会很有趣。而完整的丹麦分片仍需要数年时间才能完成。

结论性想法

为了通过汇总促进以太坊的进一步扩展，以太坊必须转变为优化的数据可用性层，以确保安全性并吸引新汇总的建立和最终确定。这必须在不要求以太坊存储汇总数据的情况下实现，因为汇总景观的快速扩张可能会给以太坊节点带来压力并导致潜在的中心化效应。为了使以太坊能够有效地扩展以应对即将到来的采用浪潮，必须采用先进的数据操作和验证技术来满足不断增长的需求。

鉴于以太坊汇总的容量和功能不断发展，EIP-4844 对降低 L2 成本的影响仍有待观察。此外，观察这种升级如何有助于刺激增加汇总活动并释放相关技术的潜力是很有趣的。