Foresight Ventures：EIP-4844全面解析，以太坊邁向Full sharding的第一步
一級標題
Overview
以太坊
EIP-4844 ；
Proto-danksharding；
Danksharding；
KZG Commitment；
KZG Ceremony；
Dynamic state sharding；
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一級標題
以太坊
一級標題
以太坊
以太坊
一級標題
以太坊
EIP-4844 = Proto-Danksharding；
Proto 來自以太坊研究者的名稱
二級標題
二級標題
正文
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二級標題
1. Proto-danksharding 概述
Proto-Danksharding 主要引入了一種新的transaction type，也就是blob-carrying transaction。至此，Rollup 的數據通過blob 的形式以更低的成本向layer 1 傳輸，並作非永久存儲。同時，blob 遠大於現在的calldata，可以更好地支持rollup 上的高TPS。
關於blob：
以太坊
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作用
成本
成本
作用
容量
成本
成本
Data blob 的設計初衷是支持rollup高通量的交易，相比同等大小的calldata（使用鏈上存儲），blob 的成本將會降低很多（不需要永久存儲）。因此，rollup 在維持數據可用性上花費的gas 相比之前會顯著降低。
容量
每個blob 的大小約為125 kB（fact: 當前平均block size 只有～ 90 kB）。
3. Blob-carrying transaction 的價值和挑戰
Ethereum 當前平均區塊大小只有～ 90 kB，但是一個blob 就有～ 125 kB
解決方案
解決方案
根據EIP-4844 的設計，每個slot 正常情況下約為1 MB，因此每年增加的數據量為： 1 MB/block * 5 block/min * 43200 min/month * 12 month/year = 2.47 TB per year解決方案；
正文
解決方案
4. KZG Commitment
從短期擴容效果看，由於每個節點仍然需要儲存全量歷史數據，在實現EIP-4844 的同時，對一段時間窗以外的blob（具體的limit time 還沒有最終確定，可能是1 個月或是1年）進行
這兩種解決方案從不同程度上緩解了blob-carrying transaction 在存儲空間上的tradeoff。
以太坊
KZG Commitment 是EIP-4844 中採用的多項式承諾方案
解析KZG commitment
以太坊
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參考Dankrad Feist 演講中的示意圖，KZG root 類似Merkle root，區別在於KZG root 承諾一個多項式，即所有position 都在這個多項式上。基於proto-danksharding 的場景，KZG root 承諾了一堆數據，其中的任何一個數據都可以被驗證屬於這個整體。
Prover：提供證明，計算data 的commitment，prover 無法改變給定的多項式，並且用於證明的commitment 只對當前這一個多項式有效；
成本
成本
Verifier：接收prover 發送的commitment value 並進行驗證，確保prover 提供了有效的證明。
成本
安全
安全
不需要提交額外的proof，因此成本更低、更省bandwidth；
更兼容
安全
5. KZG Ceremony(trusted setup)
更兼容以太坊
以太坊
以太坊
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trust setup
最近社區參與熱情高漲的KZG Ceremony 就是為EIP-4844 採用的KZG commitment 提供trust setup；
以太坊
必要性
參考Vitalik 的流程圖，任何人都可以作為participants 貢獻secret 並與之前的結果進行混合產生一個新的result，以此類推，通過套娃的形式獲得最終的SRS，並協助完成KZG commitment 的trust setup
EIP-4844 中採用了一種常見的multi-participant trust setup，即powers-of-tau；
遵循1-of-N 可信模型，不管多少人參與generating setup 的過程，只要有一個人不洩漏自己的生成方式，可信初始化就是有效的；
必要性
Rollup
KZG commitment 的trust setup 可以簡單理解為：生成一個在每次執行cryptographic protocol 時需要依賴的一個參數，類似於zk-snark 需要可信初始化；
Prover 在提供證明時，KZG commitment C = f(s)g 1 。其中f 是評估函數，s 就是KZG trusted setup 最終獲得的final secret；
可以發現不同的是，calldata 只包含一些數據量小的，比如state delta、KZG commitment，而將包含大量交易數據的transaction batch 放到了blob 裡。
安全性
安全性
以太坊
成本
成本
安全性
Data availability: Blob 存儲在信標鏈上，等同於layer 1 的安全性；
成本
成本
Proto-Danksharding 引入了新的交易類型，低成本數據格式blob 的加入無疑會讓rollup 的成本進一步降低，取決於實際鏈上應用和實現進展，優化後rollup 的成本可能降低x 10 甚至x 50 ；
同時EIP-4844 引入了blob fee；
Gas 和blob 將會分別有可調節的gas price 和limit；
Blob 的收費單元還是gas，gas amount 隨traffic 變動，以此維持每個block 平均掛8 個blob 的目標（限制額外增加的數據量）
Precompile 的實現
Blob 中的數據本身無法被直接觸達，EVM 只能獲取data blob 的commitment。因此需要rollup 提供precompile 來驗證commitment 的有效性.
下面分析兩種EIP-4844 中提到的precompile 算法
Blob verification precompile
Point evaluation precompile（對數學原理感興趣參考vitalik 的解析）
證明多個commitments 指向同一數據；
主要針對zk-rollup，rollup 需要提供2 種commitments: 1. KZG commitment; 2. zk-rollup 本身的commitment；
對於optimistic rollup，大多數已經採用了multi-round fraud proof 的機制，final round fraud proof 所需的數據量較小。因此，採用point evaluation precompile 能達到更低的成本
證明versioned hash 和blob 是有效對應的；
optimistic rollup 在提交欺詐證明時需要access 全量數據，因此先驗證versioned hash 和blob 合法，再進行fraud proof verification
三、Danksharding: 邁向full sharding 的重要一步
Danksharding 的命名來自以太坊研究員Dankrad Feist
1. 擴容：進一步擴充Rollup 的緩存空間
在proto-danksharding 實現後，由於新的交易格式引入了blob，每個區塊可以平均額外獲得1 MB 的緩存空間。 Danksharking 實現後，每個區塊額外16 MB，最大允許32 MB。
2. Data availability：存儲和驗證策略更高效
相比proto-danksharding 要求全節點下載全量數據，Danksharking 實現後以太坊節點只需要對blob 抽樣。 Sampling 後的數據會分佈在全網節點中，並可以組成完成的data blob。
DAS：高效抽樣檢查
由於每個節點不再保存全量歷史數據，從數據可用性、備份和抽樣檢查的角度出發，安全性由至少一個節點保存全量數據變為多個節點存儲部分數據，並最終還原完整數據。
以太坊
雖然乍一看對單點的依賴安全性遠高於對多點的依賴，但是以太坊網絡中的節點數量夠多，完全可以保證數據備份的需求，因此安全性並不會有很大變化。4. 新的挑戰：對block builder 的要求提升
以太坊
優勢
優勢
1. Dynamic state sharding
優勢
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團隊
產品
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技術
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進度
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技術
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進度
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將在2023-02-02 launch betanet，值得關注。
五、對sharding 的思考和展望
