Первый шаг к модульности Ethereum: Основное введение в Proto-danksharding и его принцип работы

Ethereum делает важный шаг к масштабируемости. С завершением слияния и обновления Шанхай, Ethereum успешно перешел от алгоритма доказательства выполнения работы к алгоритму консенсуса доказательства доли. Следующий крупный проект на дорожной карте — EIP-4844, то есть "proto-danksharding".

Этот кодовый изменения нацелены на повышение масштабируемости rollup на базе Эфир. Он вводит новый тип транзакции, называемый blob, увеличивает требования к данным и хранению в блоках Эфир и создает новый рынок сборов, отделяющий цену blob от обычных транзакций.

Rollup — это протокол, который зависит от Layer 2 блокчейна (, такого как Ethereum ), для обеспечения доступности данных ( DA ). Rollup на основе смарт-контрактов не только зависит от DA Ethereum, но и использует его для расчетов по транзакциям ( и верификации ). Эти rollup читают данные из DA-уровня, такого как Ethereum, и выполняют эффективные транзакции и код смарт-контрактов.

Обычно стоимость публикации большого объема данных в Ethereum высокая, отчасти потому, что сеть навсегда хранит данные как часть истории транзакций в поле "CALLDATA". EIP-4844 создаст дополнительное пространство данных объемом 512 кБ или 768 кБ для использования rollup в каждом блоке. Важно отметить, что данные, опубликованные в этом пространстве, будут храниться только около трех недель.

Поскольку данные, проверяемые через blob-транзакции, являются временными, и независимый рынок тарифов на blob отделен от других типов транзакций, теоретически стоимость публикации данных rollup в Эфир значительно снизится. Со временем разработчики планируют ввести технологии выборки данных, что позволит не загружать все данные blob на полные узлы Ethereum для проверки, что еще больше снизит затраты rollup.

Proto-danksharding является полным предшественником и "прототипом" danksharding, который позволит узлам Ethereum загружать фрагменты данных blob для определения доступности полного blob. В этой статье подробно рассматриваются детали работы EIP-4844, ограничения proto-danksharding, планы по переходу к полному danksharding, а также прямые преимущества для конечных пользователей и разработчиков dapp.

Учитывая, что основной акцент полного danksharding заключается в поддержке экосистемы Layer 2 rollup и модульном расширении Ethereum, изменения кода, которые будут реализованы в следующем обновлении Ethereum, станут важной тестовой площадкой для масштабного применения теории модульной блокчейн на одной из крупнейших публичных блокчейнов в мире.

Фон

EIP-4844 рассматривается как обновление масштабируемости Эфира. Но следует отметить, что это изменение кода не привело к существенному увеличению или улучшению торговых возможностей Эфира. Proto-danksharding снижает стоимость публикации большого объема данных на Эфире, тем самым уменьшая операционные расходы rollup. EIP-4844 считается повышающим масштабируемость Эфира, поскольку он делает сети второго уровня, основанные на Эфире, более экономически эффективными, но это изменение кода не увеличивает масштабируемость Эфира как универсальной блокчейн-платформы для выполнения транзакций и смарт-контрактов.

За последние четыре года торговая активность Ethereum rollup, такая как Arbitrum, Optimism, StarkNet, zkSync и Polygon zkEVM, постоянно росла. L2Beat.com оценивает, что общая пропускная способность всех Layer 2 сетей составляет ( TPS, что в 3.8 раза превышает среднее дневное TPS Ethereum.

Согласно данным, предоставленным Blockworks Research через Dune Analytics, rollup экономит более 99% газовых сборов для конечных пользователей и разработчиков dapp по сравнению с затратами на развертывание кода и транзакции непосредственно в Ethereum.

По состоянию на 13 июня 2023 года, стоимость отправки транзакций на двух самых популярных Ethereum rollup, Optimism и Arbitrum, составляет около 0,03–0,05 доллара. Однако в периоды частой активности в сети и её перегрузки эти расходы иногда могут резко возрасти до более чем 1 доллара.

EIP-4844 направлен на снижение затрат на rollup путем введения нового типа транзакции, а именно бинарного большого объекта )blob(. Ниже приведено пошаговое описание жизненного цикла blob-транзакции, определенного в EIP-4844:

1. Пользователь создает blob-транзакцию и отправляет ее в мемпул Эфира.
2. Валидаратор выбирает блоб-транзакции из мемпула и упаковывает их в блок.
3. Валидатор распространяет блок на другие узлы в сети.
4. Другие узлы проверяют блоки, включая в них blob-транзакции.
5. Как только блок будет подтвержден, данные blob хранятся на цепочке Beacon примерно 3 недели.
6. Через 3 недели данные blob будут удалены из узлов, но их подтверждение останется в цепочке.

![Ethereum модульное решение: Основы Proto-danksharding и его принцип работы])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d0796da09571f967d32b5b2b2e83fee5.webp(

EIP-4844 не окажет влияния на то, как обычные транзакции включаются в мемпул Ethereum и блоки, и не повлияет на рыночные цены на плату за блоковое пространство Ethereum. Однако EIP-4844 действительно увеличивает требования к хранению блоков Эфира. Дополнительное пространство данных специально предназначено для прикрепления blob-транзакций к блокам.

Blob похож на боковой прицеп, который можно прикрепить к блоку Эфира, не влияя и не занимая существующее пространство блока для обработки обычных транзакций. Пространство блока Blob будет продаваться на аукционе в соответствии с его собственным рынком сборов, имитируя дизайн рынка сборов EIP-1559. Сначала стоимость blob-транзакций будет почти нулевой. После этого, за каждую подтвержденную блок, если более половины пространства блока blob ) используется, минимум 256kB (, стоимость blob-транзакций увеличится на 12.5%. Для каждого блока с пространством blob, которое не использовано полностью, то есть если пространство blob заполнено менее чем на 50%, стоимость blob уменьшится на 12.5%.

Blob-транзакции не будут храниться на Эфире на неопределенный срок, а будут храниться на консенсусном уровне Эфира )CL(, то есть на Beacon Chain, и будут удалены с узлов CL через три недели. Proto-danksharding позволит иметь до 4 blob в каждом блоке, каждый из которых может содержать до 128 кБ дополнительных данных. Максимальный лимит пространства для blob в 512 кБ может измениться в зависимости от текущих тестов EIP-4844. Разработчики активно обсуждают возможность увеличения этого ограничения с 4 blob до 6.

Каждый blob — это возможность для отдельного сортировщика rollup опубликовать партию транзакций в Эфир. Эфир в среднем генерирует около 7094 блоков в день, после EIP-4844, предполагая, что каждый блок имеет ограничение в 4 blob, в день можно обработать максимум 28376 blob. ) Это теоретический максимум, который на практике, из-за динамических изменений стоимости blob, может никогда не быть достигнут. Обработка максимального количества blob в каждом блоке для сортировщика крайне затратна. (

За последние 6 месяцев сортировщик ), работающий на Optimism, по объему торговых операций стал вторым по популярности Ethereum rollup, отправляя на Ethereum примерно 3126 партий транзакций в день.

Объем транзакций, подтвержденных Arbitrum, примерно в два раза больше, чем у Optimism, и как и в случае с Optimism, он полагается на сортировщики для публикации данных на Ethereum через CALLDATA для завершения транзакций. Другие примеры популярных роллапов на Ethereum включают, но не ограничиваются Polygon zkEVM, zkSync и StarkNet. На Optimism более 90% сборов поступают из сборов за CALLDATA уровня 1.

Введение специализированного пространства для хранения данных, независимо от того, насколько оно маленькое в начале, предназначено для снижения затрат на использование Эфира в качестве слоя DA для всех основанных на Эфире rollup. По консервативным оценкам, разработчики rollup ожидают, что с момента активации EIP-4844, стоимость rollup снизится на 100% до 900%. Однако эти оценки могут измениться в зависимости от роста принятия и активности rollup за несколько месяцев до и после активации proto-danksharding.

Стоимость Blob-транзакций, хотя в начале активации EIP-4844 она может быть дешевле, чем у обычных транзакций, может быстро возрасти, если количество rollup'ов на базе Ethereum увеличится. Более того, хотя каждый blob предназначен для того, чтобы предоставить отдельному сортировщику возможность публиковать до 128kB данных, сортировщики rollup могут координировать свои действия, чтобы один blob содержал данные из нескольких rollup'ов. Разработчики Ethereum осознают, что из-за ограниченного количества blob'ов в каждом блоке, а также того, что одна партия транзакций может не полностью использовать всё пространство данных в 128kB для каждой blob-транзакции, может возникнуть вторичный рынок для ценообразования blob'ов. Хотя предотвращение появления вторичного рынка вне цепи является приоритетом, не стоит вводить более высокий уровень сложности протокола, чтобы предотвратить эту возможность; в настоящее время разработчики принимают подход "ожидать и наблюдать", вводя blob'ы через EIP-4844 и планируя в будущем дальнейшую оптимизацию EIP-4844.

Прото-данкшардинг заложил основу для внедрения более продвинутых технологий, чтобы дополнительно снизить стоимость блобов без увеличения вычислительной нагрузки на узлы. Полное данкшардинг, полная концепция блобов заключается в увеличении максимального количества блобов в каждом блоке с 4 до 64.

Полный Данксардинг

4 blob увеличивают размер блока Ethereum на 512 кБ. 6 blob дополнительно увеличивают размер блока Ethereum на 768 кБ. Как уже упоминалось, дополнительное пространство блока строго используется для blob-транзакций и не хранит данные так же, как обычное пространство блока. Полное видение EIP-4844 — это внедрение до 64 blob в Ethereum, и сделать это без значительного увеличения вычислительной нагрузки на узлы проверки блоков. Для достижения полного данкшардинга Ethereum необходимо реализовать две технологии: выборка доступности данных (DAS) и кодирование с стиранием.

( Данные о доступности выборки )DAS###

В контексте проверки транзакций Layer 2 rollup цель DAS заключается в том, чтобы гарантировать, что все фрагменты данных, связанные с сортировщиком, были опубликованы в цепочке. Полные узлы выбираются случайным образом, загружают блок данных из блоба и генерируют доказательство доступности данных. Чем больше раз полные узлы проводят выборку данных, тем выше вероятность, что все данные были предоставлены сортировщиком без удержания важной информации. Процесс выборки данных для узлов требует меньших вычислительных ресурсов, чем загрузка всего блоб-данных, но теоретически предоставляет такие же гарантии доступности данных. Как и в случае прототипа данкшардинга, выборка данных блобов при полном данкшардинге обеспечит, что транзакции от сортировщика были проверены и опубликованы в цепочке, чтобы любой пользователь или заинтересованная сторона сети могли их оценить. Затем пользователи и заинтересованные стороны имеют определенное время, чтобы просмотреть эти транзакции, подтвердить, что они окончательно завершены на уровне DA, таком как Ethereum, и на основе предыдущей партии транзакций создать новые пакеты транзакций.

С помощью DAS разработчики Ethereum уверены, что могут увеличить количество и объем данных, публикуемых в Ethereum, не увеличивая вычислительную нагрузку на узлы. Кроме того, разработчики планируют в будущих обновлениях дополнительно снизить вычислительную нагрузку на узлы, реализуя такие предложения, как истечение истории. Как сказал исследователь Ethereum Данкрат Файст, со временем Ethereum станет "общественным рекламным щитом, а не архивной системой", возложив ответственность за сохранение полных копий истории транзакций на сетевых заинтересованных сторон, которые часто используют эти данные, таких как Layer 2 rollup и компании блокчейн-инфраструктуры, такие как Infura, Alchemy и Blockdaemon. Хотя EIP-4844 вводит blob, это ранний пример того, как все транзакции могут однажды стать временным хранилищем в Ethereum.

( Стирание кода

Технология стирающего кодирования усиливает способность к выборке данных. Если злонамеренный сортировщик удерживает небольшое количество блоков данных, где-то между 1% и 49% данных blob, выборка транзакций может вероятностно привести к тому, что некоторые образцы изначально будут возвращены как правильные, а не ошибочные. Стирающее кодирование гарантирует, что если хотя бы половина blob будет проверена, остальные blob могут быть восстановлены. Эта технология работает только тогда, когда данные представлены в виде многочлена, то есть выражения с двумя и более алгебраическими членами. Наиболее распространенная форма стирающего кодирования зависит от кодов Рида-Соломона )RS###, это сложная математическая формула, которая может восстановить недостающие данные на основе достаточного количества известных фрагментов данных. Интуитивно, полагаться только на выборку может неэффективно гарантировать доступность больших объемов данных, особенно если предположить, что злонамеренный сортировщик удерживает единственные данные из blob. Стирающее кодирование вводит избыточность данных для blob, таким образом, злонамеренному сортировщику необходимо удерживать значительную долю данных blob, чтобы удержать любое количество данных.

Комбинация DAS и кодирования с удалением является основой полностью danksharding технологии. Эти технологии также являются основой некоторых уровней DA, таких как Polygon Avail и Celestia. Во многих отношениях видение поддержки модульных блокчейн вычислений реализуется через другие