理解以太坊的Danksharding:区块链扩展性的下一层

以太坊面临着一项关键挑战:随着交易量激增和去中心化应用的快速扩展,Danksharding 作为一项变革性升级应运而生,旨在从根本上重塑网络的容量。本指南将探讨 danksharding 背后的技术、proto-danksharding (EIP-4844) 以及这些创新对用户在不断演变的以太坊生态系统中的意义。

核心问题:为什么以太坊需要 Danksharding

以太坊当前的架构以顺序方式处理交易,在高峰期造成网络拥堵。交易费用飙升,确认时间延长。像 Arbitrum 和 Optimism 这样的 Layer 2 解决方案在一定程度上缓解了这一问题,但它们仍依赖于使用昂贵的 calldata 将交易数据发布到以太坊主网。

Danksharding 代表了区块链网络处理数据方式的范式转变。它不再在单一执行层处理所有交易,而是引入一种以数据为中心的扩展模型,将交易执行与数据可用性分离。

什么是 Danksharding?重塑区块链架构

Danksharding 是以太坊的下一代扩展方案,根本性地重组了网络处理和存储数据的方式。“Dank” 一词源自 Dankrad Feist,他为分片概念贡献了关键设计改进。

它与传统分片的区别:

传统分片将区块链划分为多个独立的“分片”(shards),每个分片维护自己的状态和验证者集。这种方法在理论上具有可扩展性,但带来了显著的复杂性:

  • 多个提议者集带来协调难题
  • 跨分片通信需要复杂同步
  • 验证者集碎片化带来安全风险

Danksharding 采取不同的策略:不创建独立的分片,而是在保持单一执行层的同时,引入统一的数据层,简化提议机制。这一设计降低了协议复杂性,同时大幅提升了数据吞吐量。

Proto-Danksharding (EIP-4844):立即影响

Proto-danksharding,正式定义为 EIP-4844,是第一个实现阶段。于 2024 年 3 月部署,此升级引入了“blob”——一种专为 rollup 交易优化的新型数据结构。

Blob 机制的工作原理:

Blob 是附加到以太坊区块的临时数据容器,存续约 18 天后过期。不同于永久的智能合约存储,Blob 设计用于快速访问和低成本存档。Layer 2 网络使用 Blob 来发布其压缩的交易数据,成本比之前降低了 90-99%。

EIP-4844 实施后的关键指标:

Rollup 平台 实施前费用 实施后费用 降幅
Arbitrum $0.30 $0.05 83%
Optimism $0.25 $0.04 84%
Base $0.19 $0.03 84%
zkSync Era $0.20 $0.03 85%

这一成本的降低从根本上改变了去中心化应用的经济模型。此前,在网络拥堵时,一笔 DeFi 交易可能花费 1-5 美元。EIP-4844 部署后,这一成本已降至几美分。

技术架构:数据 Blob 和 KZG 承诺

理解 danksharding 需要了解三个相互关联的机制:数据 Blob、KZG 承诺和验证者角色。

数据 Blob:一种新原语

Blob 代表数据块(通常为 128KB),存在于以太坊区块旁,但遵循不同于标准交易数据的规则。智能合约不能直接访问 Blob 内容,这一设计是有意为之——这种分离允许 Layer 2 网络使用 Blob 而不影响主网的执行复杂性。

每个 Blob 包含元数据,证明其可用性,无需每个验证者节点验证全部数据。

KZG 承诺:密码学保证

Kate-Zaverucha-Goldberg (KZG) 承诺是一种多项式承诺,允许验证者在不下载全部 Blob 的情况下验证数据的可用性。KZG Ceremony 于 2023 年完成,全球数万参与者共同生成了支撑该系统的密码参数。

这一分布式参数生成过程防止任何单一实体破坏承诺方案。即使部分参与者在仪式中存有恶意,安全性依然得到保障。

验证者在新模型中的职责

Danksharding 系统中的验证者扮演双重角色:

  1. 提议包含 Blob 承诺的区块
  2. 使用密码学验证 Blob 的可用性

验证者无需下载或存储完整的 Blob 数据——KZG 证明允许通过数学验证,而非原始数据检查。这大大降低了带宽需求,同时保持安全性。

Rollup:如何利用 Blob 实现大规模应用

Rollup 是一种扩展方案,离链执行数千笔交易,然后定期发布压缩摘要到以太坊。主要有两种架构:

乐观型 Rollup (Arbitrum、Optimism、Base) 默认假设交易有效。存在争议期,允许欺诈证明者挑战不正确的批次。这种设计最小化计算开销,但需要较长的最终确认时间以确保安全。

零知识型 Rollup (zkSync、StarkNet) 使用密码学证明即时保证交易有效性。每个批次都包含验证性证明,由以太坊智能合约验证。这种方式实现更快的最终确认,但计算资源需求较高。

这两类 Rollup 都能从 Blob 可用性中受益。在 EIP-4844 之前,Rollup 通过普通交易 calldata 将数据发布到主网,与智能合约交易争夺区块空间,支付高额费用。Blob 提供了专用空间,成本仅为原来的几分之一。

实际应用场景:

  • Layer 2 上的代币转账:费用从 $0.20-0.50 降至 $0.02-0.05
  • NFT 铸造批次:从每次 $2-5 降至 $0.10-0.30
  • DEX 交易:从 $1-3 降至 $0.05-0.15
  • 借贷协议交互:从 $0.50-1.50 降至几美分

对于每天处理数百万笔交易的协议,这一成本降低意味着每年可为用户节省数十亿美元。

安全性与去中心化:核心设计原则

Danksharding 在提升吞吐量的同时,仍然保持以太坊的基础安全属性:

抗审查机制:

每个时隙只有一个提议者,防止任何参与者系统性地排除数据。提议者必须包含所有有效交易,否则将面临协议惩罚。KZG 承诺确保即使提议者试图隐瞒数据,承诺也能证明数据的存在。

通过密码学实现的去中心化:

Blob 验证不依赖特殊硬件或特权访问。任何拥有标准设备的验证者都可以验证 Blob 承诺,保持以太坊的分布式验证者集,遍布全球数千个独立运营商。

KZG 仪式的作用:

多方计算仪式安全生成承诺参数。只要至少一名参与者诚实,参数就保持密码学上的安全。数万参与者来自不同地区和组织,几乎不可能全部被攻破。

完整的 Danksharding:全面愿景

Proto-danksharding (EIP-4844) 引入每个区块一个 Blob。完整的 danksharding 计划目标是每个区块 64+ 个 Blob,数据容量提升至每区块 16MB+ (相比当前的 ~128KB 交易 calldata)。

路线图:

  1. Proto-Danksharding (上线)——建立 Blob 基础设施和费用市场
  2. 数据可用性采样 (开发中)——使轻客户端能验证数据可用性
  3. 全面 Danksharding (2025-2026)——扩展至每区块 64+ Blob 插槽
  4. 多维费用市场 (研究中)——优化计算和数据的分离费用曲线

这一阶段性方案允许协议在每个阶段稳定,同时开发者优化客户端实现和节点基础设施。

常见问答

Proto-danksharding 是否改善所有以太坊交易?

不。Blob 主要惠及 Rollup 用户和应用。直接在主网上的交易仍使用执行空间,不受 Blob 引入的影响。但随着越来越多的应用迁移到利用 Blob 的 Rollup,整个网络的效率将提升。

Blob 费用是否固定?

Blob 费用根据需求动态调整,采用弹性费率机制。即使在高峰期,Blob 费用通常也低于历史 calldata 成本的 10-50 倍。

这对智能合约安全有何影响?

Proto-danksharding 不改变智能合约的执行或存储。现有合约的安全属性保持不变。

节点存储需求如何?

Blob 大约每 18 天过期,减轻存档节点的长期存储负担。非存档节点可以裁剪旧的 Blob 数据,同时保持完整的安全性。

KZG 仪式是否真正安全?

仪式的安全性依赖于至少一名诚实参与者。数万多元化参与者,包括安全研究人员、学术机构和独立运营商,几乎不可能全部被攻破,密码学上不现实。

生态系统的实际影响

Proto-danksharding (EIP-4844) 已经展现出可衡量的影响:

对 Layer 2 协议: 运营成本降低 80-90%,实现:

  • 用户交易费用降低
  • 资本效率提升,减少 MEV 提取
  • 协议迭代速度加快

对应用开发者: 交易成本降低带来新机遇:

  • 微交易游戏几乎零成本
  • 细粒度 DeFi 交互,之前经济上不可行
  • 实时应用的高频数据发布

对用户: 直接受益包括更快的交易确认、更低的滑点(由于拥堵减少)以及访问之前因成本过高而难以实现的 DeFi 策略。

展望未来:以太坊扩展的前景

Danksharding 代表了架构的根本演变,而非渐进式改进。通过清晰地分离执行层和数据层,以太坊为指数级扩展奠定基础,同时保持去中心化特性。

从 proto-danksharding 到全面实现的过渡预计将在 12-24 个月内完成,中间还会有关于数据可用性采样、客户端优化和经济模型的研究阶段。

对于以太坊生态的参与者——无论是用户、开发者还是基础设施运营商——Danksharding 标志着迈向可持续大规模市场扩展的转变。当前建立的成本与最终确认时间的指标,为以太坊每天处理数十亿笔交易提供了经济基础,同时保持去中心化和安全。


风险免责声明: 加密货币投资风险巨大。技术升级虽经过充分研究,但仍可能遇到不可预见的挑战。过去的表现和历史费用指标不保证未来结果。请自行进行研究并采取适当的安全措施,参与区块链网络或去中心化应用。

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