一文詳解EIP-4844：坎昆升級的核心

2023-07-28 00:07:12

以太坊大規模採用的最大阻礙之一是：用戶必須支付高昂的 gas 費用來進行交易或交互。當鏈上活動增加時，gas 費用也會顯著增加，從而推高了用戶門檻。

為了提高以太坊L1+L2性能並解決 gas 費的問題，以太坊基金會提出用 EIP-4844 減少 gas 費用和增加吞吐量，作為一個中期的過渡解決方案。本文將詳細介紹 EIP-4844 以及為什么它對於以太坊路线圖的實施至關重要。

EIP-4844 簡介

以太坊 EIP-4844 是坎昆升級的核心內容，它引入了一種新的交易類型（blob 攜帶交易），以減少以太坊的交易費用。blob 攜帶交易與常規的以太坊交易一樣，但有一些額外的數據，被稱為 blob。與當前 calldata 存儲交易數據不可變和內存只讀相比，blob 儲存量大得多而且更便宜。

從上圖的 blockspace 和 blobspace 的區別來看，blob 與以太坊虛擬機（EVM）可見的區塊不同，blob 僅在短時間內可用，而對 EVM 不可見。此外，blob 位於以太坊共識層上，而不是在注重計算的執行層上。最重要的是，blobspace 比 blockspace 便宜得多。

EIP-4844 也被稱為 Proto-Danksharding，它將實現與新的交易格式和驗證規則一樣的 Danksharding 的框架和邏輯。

EIP-4844 發展時間线

在過去的 3 年中，以太坊經歷了一系列升級，以 PoW 轉為 PoS 共識，並使其區塊鏈更具可擴展性。

以下是以太坊重要更新的時間线和概述：

2020 年 12 月 1 日，由 PoS 驅動的信標鏈上线，以太坊用戶可以將其 ETH 質押在單獨的信標鏈上來以驗證交易。

2022 年 9 月，信標鏈與以太坊主網合並，將網絡的執行層和共識層合在一起。

2023 年 4 月 13 日，上海升級（EIP-4895）上线，為以太坊驗證者开放了 ETH 質押提款功能。

這些升級對於以太坊提高可擴展性是必需的，但它們並未直接改善區塊鏈的交易速度或 gas 價格。未來的分片和 Danksharding 等升級將使以太坊真正在實際上實現可擴展性。

什么是分片（Sharding）？

分片是指將區塊鏈網絡分為稱為“分片鏈”的較小單元。每條分片鏈可以平行處理交易，以最大程度地提高交易吞吐量，減少網絡擁堵並降低 gas 費。換言之，分片是一種將數據庫劃分為管理特定數據段的較小數據庫，從而提高了這些數據庫的效率和性能。

由於分片技術的難度很高，以太坊決定採用中間方案，即先實現 Proto-Danksharding，最終再轉向更容易實現的 Danksharding。

什么是 Danksharding?

Danksharding 是一種新的分片架構，依靠稱為 blob 的大容量數據來擴展以太坊區塊鏈。以 rollup 為中心的二層協議使用額外的 blob 數據空間來緩解網絡擁堵，從而減少交易費用。

目前，以太坊基礎層的 TPS 約為 15 ，其二層 rollup 的 TPS 約為 100 。根據粗略的估算，Danksharding 預計將使以太坊（將L1+L2視作一個整體）的 TPS 提高到 100000 。

Danksharding 的另一個創新是合並費用市場，即只有一個提議者選擇所有分片的交易，而不是每個分片都有自己的提議者。為了使這種合並費用市場順利運行，並減輕最大可提取價值（MEV）的問題，還將實施一種稱為提議者與建設者分隔的方法（提議者指選擇將哪些交易包括在下一個區塊中的以太坊協議驗證者）。

但是，在以太坊上實施完整的 Danksharding 並非一蹴而就，而是需要幾個升級來逐步實現，例如 EIP-4844 （Proto-Danksharding）。

什么是 Proto-Danksharding?

Proto-Danksharding 以兩位以太坊研究人員 Proto Lambda 和 Dankrad Feist 的名字命名，它將會把以太坊 TPS 增加到大約 1000 ，它更簡單，是在實現完全 Danksharding 之前所需的步驟。最重要的是，它將引入接受 blob 數據的新事務類型，這是使 full Danksharding 成為可能的重要組成部分。

Vitalik Buterin 認為，Proto-Danksharding 執行 Danksharding 的大部分邏輯和框架，但仍然沒有實現任何實際的分片。換句話說，Proto-Danksharding 是 Danksharding 的原型，它提供了框架，以便以後實現其他分片升級。

EIP-4844 如何降低 gas 費？

EIP-4844 （Proto-Danksharding）的主要目的是通過使用 blob 攜帶交易來減少以太坊 gas 費用。blob 數據更便宜，以太坊虛擬機（EVM）無法訪問它，只能查看對 blob 的承諾。此外，Proto-Danksharding 中的數據帶寬固定為每個 slot 1 MB。

由於單純使 CallData 變得更便宜可能導致平均情況或最壞情況不匹配，因此以太坊开發人員嘗試通過建立新型的 blob 攜帶交易（專注於來自L2 Rollup 的交易），以減少 gas 費。

以太坊平均區塊大小約為 90 KB，但從理論上講，最大區塊大小約為 1.8 MB。這意味着以太坊區塊可以在網絡活動活躍期間容納更多的交易，但需要非常高的 gas 費。如果 calldata 便宜 10 倍，則交易量將增加 10 倍，在極端情況下，區塊大小將增加 10 倍（18 MB）。很顯然，以太坊無法在其網絡中容納如此巨大的區塊。

解決方案

ProtoDanksharding 通過多維度的 EIP-1559 費用市場解決 gas 定價危機。

在 ProtoDanksharding 提出之前，EIP-4488 就曾試圖解決高昂的 gas 費問題。

EIP-4488 有兩個規則：calldata 的 gas 費用從每字節的 16 個 gas 單位減少到 3 個 gas 單位；每個區塊 1 MB 的限制加上每筆交易的 300 個字節，最大值可達約 1.4 MB。

區塊大小上限是確保平均區塊負載激增也不會導致極端情況負載激增的最簡單方法。此外，最極端情況的區塊大小（1.4 MB）始終低於當前最大區塊容量（1.8 MB）。

既然 EIP-4488 此前已經提出了用於 gas 問題的解決方案時，為什么以太坊社區最後還要選擇 EIP-4844 來減少 gas 費呢？因為 EIP-4488 雖然最大程度地減少了當前的變化（保持穩定性），但未來需要更多的改動。相比之下，Proto-Danksharding 的目的是為了做出更多的框架更改，以幫助以太坊網絡在未來升級到 danksharding。

Proto-Danksharding 創建了單獨的交易類型，該類型將來自L2 Rollup 的數據保存在大容量的 blob 中，並且每個區塊存在的 blob 數量是有上限的，這樣會讓L2費用大大降低。blob 存儲在共識層上，而不是執行層，因此以太坊虛擬機（EVM）無法訪問。

即使在 Proto-Danksharding 之後，分片仍然是一項復雜的任務，但復雜性將僅限於共識層。因此，執行層客戶端團隊和 rollup 开發人員無需做任何額外的工作即可從 Proto-Danksharding 過渡到完全分片。

EIP-4844 還將 blob 數據與 calldata 分开，使在較短時間周期內存儲 blob 數據變得更加容易。

EIP-4844 的數據存儲選項

每個 slot（12 秒）約 1 MB 的 Proto-Danksharding 每年將產生 2.5 TB 的數據。共識層可以通過歷史保存期限（EIP-4444）來應對數據存儲挑战，並在一段時間後實現邏輯以自動刪除 blob 數據。

關於在如何訪問舊的 blob 數據這個問題，有多種方法可以在去中心化協議上存儲歷史數據。例如，rollup，Bittorrent，以太坊門戶網絡，區塊瀏覽器，API 提供商和第三方索引協議（The Graph ）等特定應用程序的協議都可以存儲完整的歷史記錄。

EIP-4844 之前和之後都有哪些升級？

以太坊开發人員在 EIP-4844 之前提出了幾次升級，以減少 gas 費。例如，EIP-3651 降低了阻止區塊構建者與以太坊區塊構建軟件 Coinbase 交互的 gas 費，EIP-3855 通過 Push 0 降低了开發人員的 gas 費，而 EIP-3860 則減少了特定用例的 gas 費用。

EIP-4844 是邁向完全分片的一步，它將擴展以太坊網絡並降低 gas 費。开發人員正計劃在 EIP-4844 之後進行“ Verge ”，其中將引入 Verkle 樹以實現可擴展性。