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干貨 | 以太坊分片:overview and finality_COL:ION

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原地址:https://medium.com/@icebearhww/ethereum-sharding-and-finality-65248951f649

在EthereumCasper101中,JonChoi對Casper做了一個很棒很清晰的綜述,并解釋了為什么顯式最終確定性對于可擴展性大有裨益。本文旨在給出一個以太坊分片的設計概覽,并闡釋顯式最終確定性如何有助于區塊鏈分片。為了完全理解以太坊分片機制提案的技術規范,我強烈推薦深入研究Vitalik寫的shardingdoc.區塊鏈可擴展性問題

不斷增長的交易。目前的塊生成過程導致可擴展性受限。區塊的gaslimit束縛了區塊的計算容量。無論是提高區塊的gas上限,還是大大降低區塊時間,都會導致高陳腐率,并削弱網絡對抗攻擊的能力。并行不足。首先,現有的EVM按先后順序依次處理交易。其次,出于安全和去中心化的考慮,每個全節點會執行每一筆交易,并存儲整個的狀態樹。進階閱讀:并行執行交易EIP648?—?Easyparallelizability術語

首先,讓我們來看一下在主鏈和分片鏈上不同層次的對象區別:

-表格1.術語-可以簡單地這么認為,交易都會被裝入“collation”。與區塊類似,一個collation也會指向它在鏈上的parentcollation。成為一個“collator”,就意味著你有資格在POS分片鏈上提名一個新的collation。

交易所持有的BTC余額已跌至2018年3月14日以來的新低:金色財經報道,根據加密貨幣分析公司Glassnode的數據,交易所地址上持有的BTC余額持續流失,已跌至226萬BTC,這是自2018年3月14日(1939 天前)以來持有的最低余額。[2023/7/6 22:20:44]

-圖片1.Collation基本數據結構一瞥-基本的二次分片

分片鏈的共識依賴于主鏈

與側鏈類似,collation只有一小部分的證明必須記錄在主鏈上--這也是我們如何擴展區塊鏈的基本想法:分片鏈上的交易處于自己獨立的空間中,分片驗證人只需要驗證他們所關注的分片。分片鏈也通過POS機制依附于主鏈,以獲得更高層次的共識。驗證人管理員合約

為了將分片鏈加入到主鏈中,在主鏈上需要有一個叫做驗證人管理員合約的特殊合約。VMC是這個分片機制的核心。VMC的目的可以概括如下:權益證明系統。如果驗證者表現不端,其權益將會被剝削。偽隨機采樣。通過將當前塊哈希作為種子,采樣出合格的collator。基本上,驗證者將它們的保證金存入VMC,然后他們的驗證代碼地址將會被記錄在一個VMC內部的全局驗證人列表。系統將會從驗證人列表中采樣出一個分片鏈的驗證人,并將其指定為指定“時期”內,指定分片的驗證人。這種方式使得驗證者無法提前預測他們何時會成為驗證者,也無法預測會成為哪個分片的驗證人。Collationheader驗證。VMC有一個addHeader(bytescollationHeader)函數,該函數用=來驗證collationheader,并記錄有效的collationheaderhash。這個函數提供了即時的鏈上驗證。跨分片通信。利用UTXO模型,并通過在主鏈上進行交易和創建一個receipt,用戶可以將以太存入一個指定分片。分片鏈上的用戶可以給定receiptID創建一個消費receipt的交易,來花費該receipt。鏈上治理。將VMC作為議會,使得驗證人可以在鏈上進行投票。如何在分片內提名Collation?

數據:BTC平均交易規模創5個月高點:金色財經報道,Glassnode數據顯示,BTC平均交易規模 (7d MA) 為746.968,創5個月高點 746.968。[2022/11/20 22:09:58]

在階段1,VMC將會維護100個分片。每個分片并行執行,分片i的客戶端只需要驗證分片i上的交易。“時期”被定義為一個區塊時間的準備窗口,比如PERIOD_LENGTH=5意味著每個周期有5個塊。這表明在每個周期內,對于每個分片只有不超過1個有效的collation。

-圖片2(a).二次分片。分片狀態的證明將被記錄在主鏈VMC上。-一旦驗證人被采樣為合格的collator來提案一個新的collation,collator必須對最近的collation進行驗證,并發送一筆交易來調用addHeader函數。注意,如果collator周期10被采樣到提交一個新的collation,這意味著addHeader交易必須被包含在周期10里面,也就是說,交易必須在區塊號10*PERIOD_LENGTH到區塊號(10+1)*PERIOD_LENGTH-1之間.

-圖片2(b).對于一個片來說,一個period只有一個collation;一個區塊可以包含不同片的多個addHeader交易-collationheaderhash必須被記錄在VMC上,以證明它的header全局有效。此外,分片的所有其他驗證人必須時刻檢測VMC以獲得最新狀態,然后驗證交易是否也有效。分片鏈的分叉選擇規則

分析:大型機構持有者和大量鯨魚地址連續一年拋售比特幣:金色財經報道,據Santiment的分析文章,比特幣價格僅在今年就下跌了58%,并且大型機構持有者和大量鯨魚地址已連續一年拋售比特幣。

此外,以太坊主要的鯨魚地址并沒有在交易所大量保存其供應,自合并以來也沒有顯示出太多積累的跡象。據觀察,大型穩定幣的市值在今年5月一直在增長,但當美聯儲加息和對經濟衰退的擔憂開始真正影響投資者的決策時,大型機構持有者就更難證明自己有理由持有大量加密貨幣,這可能會使大型機構和“鯨魚”將資金投向美國和世界各國的國債。[2022/10/28 11:52:06]

在基本分片中,分叉選擇規則依賴于最長主鏈。給定一個分片,它的有效headcollation不是簡單的“最長有效分片鏈”的headcollation,而是“在最長有效主鏈里面的最長有效分片鏈”。Figure3(a)中有個例子,主鏈上有兩個分叉,在下圖中第二條鏈是最長有效主鏈。因為blockB3是headblock,很容易看出collationC3是headcollation。

-圖片3(a)-然后Figure3(b)中blockB3'到了。假設blockB3的得分高于blockB3',那么上面的鏈仍然是最長主鏈:

DeFi項目ChangeX完成約200萬美元融資:金色財經消息,DeFi 項目 ChangeX 宣布完成約 200 萬美元融資,旨在提供加密貨幣交易、質押和 DeFi 借貸服務,最終構建成一個加密資產管理一站式商店。據悉,ChangeX 已組建了一個全新的顧問委員會,顧問成員來自軟銀、美林、摩根大通和花旗銀行等知名金融機構。(cryptonewsbtc)[2022/7/28 2:43:54]

-圖片3(b)-最后Figure3(c)到了block4。注意到,對于這個分片,雖然collationC3的得分比collationC2更高,但是下方的鏈是最長有效主鏈,所有現在collationC2是headcollation:

-圖片3(c)-更多內容:另一個設計--VladZamfir的shardedforkchoicerule

-一個精巧的設計,保證區塊鏈可以在它們被最終化(finalized)之前原子化-可擴展性與安全性之權衡對于去中心化,可擴展性和安全性這三個屬性,區塊鏈系統最多只能三選其二。—BlockchainTrilemmainShardingFAQ出于對系統安全的保證導致了可擴展性受限3。當為了提高TPS將交易分配到各分片的同時,我們隨之也減少了每筆交易的計算資源。分片的其中一個重要機制就是,如何在鏈上生成隨機數。collator被選中的幾率,應該僅與驗證者的保證金相關,且成比例。如果驗證人能夠預測,或是任意選擇他們想要參與的分片,那么不誠實的驗證人既可以相互共謀,展開一個適應性攻擊。如果采樣不能以較高的隨機性進行選擇,那么攻擊者很可能在分片中展開1%攻擊:如果有100個分片,攻擊者可以專注于攻擊某一個分片,他們只需要1%的hashrate(POW)/deposit(POS)就可以控制分片.

Cosmos開發公司Ignite CEO Peng Zhong宣布離任:7月2日消息,,Cosmos開發公司Ignite(原Tendermint)CEO Peng Zhong在其個人社交網站宣布離任。此外,Ignite官方網站已經更新,頁面信息顯示,Ignite主要關注區塊鏈開發工具Ignite CLI,而有關其風險投資部門和加速器的頁面已經消失。

此前5月26日消息,Cosmos開發公司Ignite宣布將拆分為Ignite和NewTendermint,Ignite的聯合創始人Jae Kwon將任NewTendermint的首席執行官,Ignite現任首席執行官Peng Zhong將繼續擔任重組后的Ignite首席執行官。[2022/7/2 1:45:31]

-圖片4.傳統的多數攻擊-

-圖片5.分片上的1%攻擊-分片的區塊鏈顯式最終確定性隱式最終確定性v.s.顯式最終確定性

首先,我必須聲明,分片機制應該同時能夠應用于POW與POS的鏈。即使如此,顯式最終確定性這個小物件也跟Casper一樣,可以使得分片更加健壯。在一般的POW鏈中,最終確定性是概率性,隱式的。簡單來說,即使區塊獲得了數以千次的確認,仍有可能對鏈進行重寫。相反,將CaspertheFriendlyFinalityGadget(“FFG”)加密經濟機制應用于POS,顯式地在協議內強制保證對我們來說,是否是最終確定(we-can-check-if-its-finalized-for-us)。協議內顯式最終確定性閾值有個經濟風險:它在2/3+1和1/3+1之間創造了一個理想的卡特爾大小。相應地,任何不在2/3+1同盟節點,其最終確定性的邊際貢獻就將為0。主鏈最終確定性依賴

在基本分片中,分片鏈錨定與主鏈之上。對于分片驗證人,我們希望分片,區塊鏈容量在階段1擴容100倍,因此這100個分片的所有驗證人,都將需要監測VMC狀態來獲得正確有效的headcollation。對于驗證人來說,重要的一點是,要盡快確信他們是否是collator。對于普通用戶而言,如果我們在階段2應用跨分片交易,普通用戶也將需要在VMC上檢索他們的保證金信息。顯式最終確定性,將會有助于緩解主鏈與大量分片鏈之間同步的不確定性。顯式最終確定性有助于無狀態客戶端

無狀態客戶端的基本原則是,它不存儲整個狀態樹,相反,無狀態客戶端只存儲狀態樹根。歸檔客戶端存儲整個狀態樹,并提供給定collation所需的Merkle分支。有了這些Merkle分支,無狀態客戶端就能夠構建部分的狀態樹,并驗證collation。一旦完成驗證人采樣并再混洗,就會立刻觸發同步。有了無狀態客戶端機制,再混洗的成本低至0,因為它們只需要驗證最新的collation來同步分片。

-圖片6.無狀態客戶端模型Figure6.Statelessclientmodel-因為同步過程可能非常快,無狀態客戶端模型就可能在每個collation之間再混洗成。這不僅會減輕存儲壓力和開銷,也會使系統更安全,因為頻繁采樣能夠獲得適應性攻擊的抵抗能力。CasperFFG將會提供顯式最終確定性閾值afterabout2.5“epochtimes”,也就是說,125個區塊時間。如果在再混洗期間,驗證人能夠驗證超過125/PERIOD_LENGTH=25collation,分片系統能夠從顯式最終確定性中受益,確信從現在起的前25個collation可以最終確定。當然了,如果在同步時有更多collation得到驗證,就會更加安全。結束語

希望我已經對當前以太坊的分片設計概念作出了簡單介紹,以及顯式最終確定性如何有益于分片機制。如果想要深入了解協議設計,請訪問ETHResear.ch和shardingdoc。如有任何錯誤,或是表述不清,歡迎指正!特別感謝VitalikButerin的杰出工作,JonChoi督促我寫下這篇文章,Dr.Chang-WuChen修繕,BrianChen給予反饋以及VladZamfir的分享。

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編者按:本文來自巴比特資訊,作者:wendy,星球日報經授權轉載。近段時間,EOS主網能否成功上線成為了整個加密貨幣社區關注的焦點.

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