以太坊分片设计简史：从「Block」到「Blob」

原文来源： @protolambda推文

原文 作者：Protolambda

从 “Block” 到 “Blob”，这其中涵义深刻。

带有 “crosslink” 的可执行的 “分片链” 被淘汰了：在信标链中实现 EVM；使用 “数据可用性采样” 的以 rollup 为中心的以太坊路线图，扩容以太坊基础层而无需增加应用环境的复杂性。但是，你如何在没有区块元数据的情况下调用分片内容呢？

好吧，这就是 “blob” 派上用场的地方。“Blobspace” 真是一个不错的叫法！

让我来分享一些以太坊分片设计的历史吧：

分片 (或 “阶段 1”) 按之前的计划应该是在 “阶段 2” (即信标链执行环境) 推出。但在 “阶段 0” (信标链启动) 之前，主网 EVM 具有优先权这一情况变得清晰，而 “阶段 2” 执行层 (ewasm?) 的推出遥遥无期。

“阶段 1” 的规范在信标链之前已经重写了多次：

• 更少的分片 (1024 -> 64)

• 借助理想的跨分片通信 (crosslinks) 实现自由骑行

• 新的托管证明设计 (去掉托管部分，转而采用罕见的故意证明丢失)

更别说更早期的分片研究工作了，实话说，那些研究都非常抽象以及雄心勃勃：跨域消息传递、带有 ewasm 的执行环境、动态访问的无状态性、分片委员会等等都让 L1 变得更加复杂。而 L1 已经开始僵化了。

但是，如果 L1 只专注于解决数据问题，那么上述提到的大多数问题都转化为 L2 的开发问题。而采样 (sampling) 正好解决了 L1 数据问题。如果我们可以在网络层支持额外的功能...会如何呢？

因此在 2020 年 10 月 14 日， 开发者 就 ”阶段 1 的网络连接问题(networking)“ 进行了一次电话会议。讨论下来可以得出：gossipsub 热度很高 + DHTs 似乎很慢。但在当时，这些为时还早 —— 每一个网络开发者都还在忙着为信标链的发布做准备 (12 月 1 日！)，而且由于当时的最新情况，网络层存在很明显的偏向。

当时的偏向：

• Gossipsub = 炙手可热，主网准备就绪 (除了一些 DoS 问题之外，没有多大问题了。并且这些问题也在主网启动之前发现/披露了)

• Discv5 = 不完整，需要在主网启动前从5.0 -> 5.1进行实时网络迁移

(https://github.com/protolambda/discv5-catdog)

但方向似乎很明确：减少 L1 复杂性，信标链已经够复杂了。只通过数据提高可扩展性，长期来看使用“数据可用性采样”方案，并拥抱 L2 扩容解决方案。因此 Vitalik 将其描述为 《以 rollup 为中心的以太坊路线图》 (中文版)。

然而，当实现者忙于信标链的发布时，研究人员已经忙于发布后的工作了：Vitalik/Dankrad 当时致力于一些早期的数据可用性设计草案，试图让实现者更加容易理解这些原理。

同时，我们启动了 Zinken、Toledo 和 Pyrmont 测试网 + 检查更多的启动事项 (检查漏洞等)。并且我们尝试跟上研究的进度，并开始针对网络层上的东西添加设计文档。就当时来说，关注这些问题还太早了，但 DAS (数据可用性采样) 实在太好了，没办法忽视。

基于 gossipsub 的一些东西，我确实写了一些想法，把它用于 DAS。事后看来，我现在倒认为 DHTs 比 Gossipsub 更加适合 DAS，也许除了初始分配。

当时我期望一些 DAS 的规范能够被实现和模拟。我想这是 “blob” 首次被提到？我们确实在 “分片数据 blob” 这样的上下文中使用过它，而且那时分片的规范中还没出现过这个词。

信标链发布之后，又有了更多的时间，然后我写了一个草案，在 Vitalik 和 Dankrad 写的采样规范草案中加入了更多 typing 和网络层的内容。将 blob 命名引入分片的规范 :)

2021 年一些事情发生了改变：为其设计的理想的 p2p 结构太复杂了，所以我转而尝试为它贡献工具 (go-kzg) 和参与早期的合并工作 (rayonism)。然后在夏天再次尝试加入分片的研究工作，而不是参与 Altair/London 升级的开发工作。

Blob 又出现了，这次它的结构更加 PBS 化 —— 聚合了 blob-构建者和 blob-提议者的 BLS 签名。但还是太复杂了：因此，分片设计的演进方向变得主要 “以信标提议者为中心”，这样设计使得其 “仅” 成为一个网络层的问题。

这在某种程度上就像是对分片的第五次设计？极简主义要舍弃掉很多东西，但结果确是美丽且强大的：更多的模块化设计、封装以及可选的复杂性。Rollup 引起了我的注意，尤其是 Optimism 。

2022 年底，EIP 4488 (注意不要搞混了，不是 4844！) 和 4490 出现了：人们开始变得不耐烦，calldata 的成本必须快速降低以保持竞争力！伦敦升级之后的 All Core devs 上对这些话题的讨论也变得很热烈。但在我看来这是不可持续的，因为 calldata 带有 L2 不需要的传统开销。

同时，Vitalik 和 Dankrad 继续研究一些新的分片设计：更加以信标链为中心、只通过数据进行扩容、专注于采样方案。我觉得 “danksharding” 在 21 年底/22 年初真正公开出来？不是很确定第一个版本是哪个了，Dankrad 一直都在研究分片。

22 年初，Vitalik 提出了两种方法，我们可以在不使用采样的情况下，向完整的 danksharding 发展：简单版本和复杂版本。虽然在我看来，这其实就是 “重 EL (执行层)” 以及 “EL 和 CL 分离，更容易和未来兼容” 之间的区别。

我喜欢第二个方案，然后在 EthDenver 2022 期间，我们实现了 EIP-4844：我和 @lightclients 致力于 Geth；@asn_d6 帮助研发 KZG；@adietrichs 致力于费用市场的研究；并且都和 Vitalik/Dankrad 一起起草一份 EIP。Prysm 团队构建了首个 CL 原型。

现在 4844 被命名为 "proto-danksharding"：实现完整分片的前提条件。但是 “blobspace” 才是真正的模因：经过许多次分片的设计迭代之后，这是比任何其他分片设计都更接近达到以太坊愿景的一个版本。

对我来说，Serenity 这个阶段就是完成所有 PoS 和分片设计以及迭代更新的工作。我们已经在信标链以及类似于协议外 PBS 这些开发上获得一些进展，让我们在 PoS 方面有了一个不错的开始。我想现在是时候对分片进行首次升级了：4844！

还有一些对未来 danksharding 的热点：

• L1 数据包含延迟对 L2 的影响被高估了。

• 为了获得更多数据可用性的带宽，值得权衡的设计空间。

• Gossip 和 TCP DHTs 不好，UDP DHT 类的覆盖很好：这都是关于轻节点的计数 (什么时候进行 discv5 扩展？)

更多 danksharding 的热点：

• 采样很大程度上依赖于良好的对等节点，希望看到更多评分优先但健壮的设计。

• 宁愿选择轻量级的通信和更多的女巫，而不是缺乏 p2p 上的验证者隐私。

• ZK 可以成为未来 p2p 抗女巫的技术，但现在来说似乎还远着。