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区块链分片项目涉及哪些技术概念:从共识到数据可用性

摘要

理解区块链分片,需要区分交易执行、数据发布与共识验证。本文结合以太坊数据分片思路和比特币账本验证基础,解释 Rollup、Blob、KZG 承诺、数据可用性采样等概念,并说明各类证明的适用范围。

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先明确分片承担什么任务

分片的核心问题,是如何分担网络工作,同时保持结果可验证。讨论一个方案时,需要分别看交易在哪里执行、数据由谁保存、节点如何达成共识。这些职责相互关联,却不能用一个吞吐量指标概括。

以太坊官网对 Danksharding 的介绍侧重为 Rollup 扩展数据空间,涉及 Blob、KZG 承诺和数据可用性采样。这一路线与把区块链拆成多条执行分片链的传统设想不同,不能将其机制直接套用于所有分片项目。

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共识、哈希与默克尔树

比特币开发者指南说明,全节点按共识规则独立验证区块;区块通过前一区块头的哈希连接,交易则通过默克尔树汇总到区块头。默克尔路径可用于验证某笔交易是否被包含在指定区块中。这些属于理解分布式账本验证的基础,不代表比特币采用了分片。

交易所币价差的科技主题配图

共识规则回答网络接受什么记录,密码学证明帮助核对记录与承诺之间的关系。判断分片方案时,需要同时考察两者:有数据摘要,并不意味着节点已经就有效账本达成一致。

Rollup 与 Blob 的分工

Rollup 将一批交易的执行与向底层链提交信息结合起来。理解其安全性,需要区分执行结果是否正确,以及用于检查结果的数据是否能够取得。

Blob 是以太坊面向这类数据发布需求引入的数据载体,其内容不能由 EVM 直接读取,并具有协议规定的保留窗口。因此,数据发布服务与永久历史归档是不同需求;需要长期追溯的应用,还须考虑历史数据保存安排。

KZG 承诺与数据可用性

KZG 多项式承诺允许以较小的密码学对象绑定数据,并验证相关求值声明。它证明的是数据与承诺之间的特定关系,不能单独证明交易执行正确。其可信设置还涉及公开参数生成过程中秘密随机量的安全处理。

数据可用性关注参与者能否取得验证所需的数据。采样方法通过检查随机选取的数据部分,在相应编码、网络和抽样假设下获得统计置信度。它不意味着抽查少量内容就能无条件保证所有数据永远可下载。

适用条件与常见问题

数据分片能否直接加快所有交易?效果取决于瓶颈所在。扩大数据发布容量主要缓解数据空间压力;如果限制来自执行能力或其他环节,仍需相应机制配合。

有了承诺还需要数据吗?需要。承诺提供核对依据,原始数据支持重建和检查。执行证明、包含证明与可用性检查分别解决不同问题,不能相互替代。

为什么还会讨论提议者与构建者分离?这种职责划分旨在将较重的区块构建工作与提议职责分开。评估其作用时,还应关注构建者集中程度和验证成本,不能仅凭采用这一设计就认定去中心化问题已经解决。

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