以太坊的尴尬真相是：经过十年的发展和数千亿的市值，它每秒只能处理约15-30笔交易。在繁忙时期，一个简单的代币互换操作的手续费就可能高达50美元，并且需要数分钟时间才能确认。

Visa每秒可以处理65,000笔交易。一个典型的数据库可以处理数百万。而以太坊几乎无法运行一个繁忙的dApp。

原因是什么？因为每个节点都必须处理每笔交易，存储所有数据，并维护整个区块链的状态。这虽然保了持安全和去中心化，但却不具备扩展性。分片是以太坊的长期解决方案：将区块链分割成可以独立处理交易的部分，大幅提高吞吐量。在理论上很优雅，但实际上极其复杂。经过多年的研究，这种方法已经进化得与最初设想的相去甚远。

一个区块链变成多个

分片是区块链借用的数据库概念：将大型数据集分割成分布在多台机器上的小部分。每个分片处理一部分数据，从而实现并行处理。

在传统区块链中，每个验证者都处理每笔交易。在分片区块链中，网络分为多个分片。每个分片处理其自己的交易。验证者被分配到特定的分片。

结果：如果有64个分片，理论上交易量可以提升64倍。想象一下，一条高速公路由64条平行车道组成，而不是只有一条。

但这些分片需要进行通信、保持安全并协调共识，同时不产生新的攻击向量。这就是价值万亿美元的问题。

剧情反转：Rollup为中心的以太坊

以太坊最初的2018路线图设想了64个执行分片——每个分片实际上是一个独立的以太坊链。总吞吐量：可能提高1,000倍。

但是随着研究的深入，Vitalik Buterin和其他人意识到这样的复杂性是不必要的，并且第2层Rollup可以更快地实现类似的结果。在2020年，以太坊的路线图发生了巨大转变。

新的愿景是：以太坊第1层成为一个结算和数据可用性层。第2层Rollup负责处理交易执行。分片专注于Rollup的数据可用性，而不是执行。

为什么？执行分片太复杂。Rollup已经在运作，表明第2层可以扩展以太坊10-100倍。数据可用性是瓶颈——Rollup需要在第1层发布数据，但第1层没有足够的容量。

与其有64个执行环境并带有复杂的跨分片逻辑，不如拥有一个安全的第1层和许多第2层Rollup，将数据返回。这导致了Danksharding的产生。

Danksharding：现代方法

Danksharding，以研究员Dankrad Feist命名，是以太坊目前的分片设计。它不是对执行进行分片，而是对数据可用性进行分片。以太坊成为Rollup的大型数据可用性层。

特殊交易携带最大为125 KB的大型数据“块”。这些块不属于EVM状态——它们是Rollup用来发布其交易数据的临时、可修剪数据。验证者无需下载所有块数据。他们随机抽样小部分以验证其可用性。通过KZG多项式承诺这种加密魔术，确保如果验证者可以抽样数据，那么完整数据必须是可用的。

从每个区块几个块开始，最终通过完整的Danksharding扩展到数千。Rollup使用块代替昂贵的calldata——块数据可以在大约18天后修剪掉，因为Rollup只需它们一段时间。

最终的规模：完整的Danksharding可以为每个区块提供100+ MB的数据可用性，支持数百个Rollup每秒处理数百万的交易。

Proto-Danksharding：第一步

完整的Danksharding还需要数年。因此，以太坊通过EIP-4844在2024年3月实现了Proto-Danksharding作为中间步骤。它引入了携带3-6个块的交易，创建了一个新的交易类型用于块数据，实现了独立于常规gas费用的块费用市场，并在一夜之间将第2层成本降低了90-95%。

在EIP-4844之前，Rollup支付昂贵的calldata费用。在Optimism或Arbitrum上的一笔交易可能花费1-5美元。在EIP-4844之后，Rollup使用块空间，便宜得多。同样的交易现在只花费0.05-0.50美元。第2层费用在几天内下降了90%+。这是自合并以来影响最深远的以太坊升级。

Proto-Danksharding不需要数据可用性抽样——验证者仍然下载所有块。但它证明了机制的有效性并奠定了基础。

数据可用性抽样：秘密武器

这就是技术上的魔术。如果一个区块包含100 MB的块数据，每个验证者下载100 MB是不可扩展的。解决方案：验证者随机抽样小部分。如果有足够多的随机样本可用，你可以统计学地证明完整数据必须是可用的。

块数据使用擦除编码进行编码——RAID存储中使用的相同技术。块使用KZG多项式承诺进行承诺——这是一种加密方案，可以让你在没有完整数据集的情况下验证单个部分。

每个验证者随机抽样一些部分。如果足够数量成功抽样，你就可以统计学确定完整数据是可用的。

结果：一个验证者只下载几KB来验证一个多MB的块。这打破了数据大小和节点要求之间的联系。更多数据并不意味着更重的节点，而是意味着更多的验证者进行更多的抽样。

安全挑战

分片引入了新的攻击向量。恶意验证者可能会提交一个块承诺但不发布数据。缓解措施：具有冗余的擦除编码。如果攻击者扣押49%的数据，其他51%可以重构一切。

在执行分片中，攻击者可以轻易地攻克单个分片而非整个链，并攻击其他分片。这就是为什么以太坊放弃了执行分片。Rollup提供了隔离。

这些挑战是分片耗时如此之久的原因——在有数千亿美元风险的部署之前，必须封闭每一个攻击向量。

为什么分片如此之难

数据库分片是成熟的。区块链分片是尖端研究。在传统数据库中，你信任运营商。在区块链中，你不信任任何人。每个组件都必须可验证且抗攻击。

增加分片不应该需要更强大的硬件。跨分片交易必须在去中心化系统中原子地达成一致——非常困难。

这就是为什么以太坊转向以Rollup为中心的分片是明智之举——它通过不进行执行分片来避免大多数问题。

分片时间线

信标链于2020年12月启动。合并在2022年9月发生，使以太坊转为权益证明。EIP-4844在2024年3月推出了Proto-Danksharding，引入了块。

预计2025-2026年：启动PeerDAS测试，在验证者开始使用数据可用性抽样而非下载完整块。预计2027年以后：完整的Danksharding，数千个区块每区块产生，Rollup的数据可用性非常大。

这个时间表一再推迟——原定的第1阶段应在2021-2022年进行。这不是失败，这是在保持安全的前提下建设如此复杂的基础设施的现实。

终极目标

如果完整的Danksharding成功，以太坊第1层处理15-30 TPS保持不变，通过块提供每区块100+ MB的数据可用性，并作为超安全的结算和数据可用性层。数十个第2层Rollup分别处理1,000-10,000 TPS，通过块将数据发布到以太坊，整个生态系统的总吞吐量达到100,000+ TPS。

用户体验：你可能从未直接接触过第1层。所有活动都在Rollup上发生，具有即时、几乎免费的交易。安全性继承自第1层。跨Rollup转移变得无缝。

这不是一个分片区块链。这是一个分层架构，其中第1层负责安全性和数据可用性，而第2层负责扩展。虽然这并非最初的设计，但可能更好。

哲学上的转变

分片代表了一种哲学上的进化。2015-2020期间的思维是“扩展基础层”。从2020-2025年开始，它变成了“第1层应该是超安全和简单的，第2层负责扩展”。

这类似于互联网的发展。早期互联网的一切都在网络层。现代互联网使用分层协议。以太坊正在成为金融世界的TCP/IP——简单、安全的基础层，其他一切都在此基础上构建。

学会倍增的区块链

分片是区块链试图兼得的途径：不牺牲去中心化或安全性的情况下实现大规模扩展。这段旅程漫长而充满转折。执行分片变成了数据分片。2021年的时间表变成了2026年以后。

但进展是真实的。EIP-4844将第2层成本降低了90%。完整的Danksharding可能另降99%。以太坊可能会在数十个Rollup上安全地处理每秒数百万笔交易。

这就是承诺。不是一个试图包揽一切的区块链，而是一个让其他一切扩展的区块链。未来几年将告诉我们它是否奏效。

参考文献

1. 以太坊路线图：Danksharding
2. EIP-4844: Proto-Danksharding
3. Dankrad Feist: KZG多项式承诺
4. Vitalik Buterin: 分片FAQ
5. The Block: EIP-4844对L2费用的影响
6. 以太坊基金会：数据可用性抽样
7. NEAR协议：Nightshade分片
8. Polkadot: 平行链架构
9. 以太坊：合并文档
10. Flashbots: 以太坊分片研究

META TITLE: 区块链中的分片：让以太坊腾飞的秘密

META DESCRIPTION: 通过分片技术来理解区块链的革命性扩展，从以太坊的路线图到数据可用性抽样，揭示为何这是最雄心勃勃的扩展解决方案。

FOCUS KEYWORDS: 以太坊分片, Danksharding, 数据可用性, Rollup, 执行分片, 数据分片