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分片+Layer 2会是以太坊的终极解决方案吗
12月07日 16:29
【TL; DR】
1. 12月2日，以太坊创始人Vitalik Buterin发推给以太坊信标链庆生，并发布了以太坊后续的发展路线图。
2. The Merge之后，此前PoW链上的内容将会被转移到信标链上，信标链区块将会直接包含交易信息。
3. 以太坊也已经规划了以分片和Rollup技术为中心的扩容方案，扩容完成时，以太坊的交易处理能力将会被大大提升，目前手续费高居不下的问题也将得到解决。
4. 分片技术与信标链同步上线，共同构成以太坊2.0的基本架构，再连接到各种异构的Layer 2。
5. 分片技术可以在牺牲较少安全性的情况下，获得极大的性能提升。
6. 目前，Rollup项目的交易费用已被大大降低，等分片技术被正式应用后，交易费用还将进一步被降低。
7. 长远来看，分片+Layer 2可能是高性能拓展的唯一解，从而成为以太坊的终极解决方案。
12月2日，以太坊创始人Vitalik Buterin发推给以太坊信标链庆生，并发布了以太坊后续的发展路线图。
自2020年12月2日启动以来，采用PoS共识机制的以太坊信标链就一直与使用PoW共识机制以太坊主网并行存在，用户可以通过质押ETH成为链上的验证者。而来不远的将来，整个以太坊将会完全过渡到PoS机制，这也被称为“The Merge”。这一过程将会是无缝进行的，此前PoW链上的内容将会被转移到信标链上，信标链区块将会直接包含交易信息。
图源: Vitalik的推特
预期在转移到PoS共识机制后，以太坊网络整体能耗将会下降99.95%，此前PoW机制下引发争论的能耗问题将会得到解决。同时，由于PoS机制下以太坊对于节点的硬件要求将会大幅下降，以太坊网络有望获得更大程度的去中心化。
与此同时，以太坊也已经规划了以分片和Rollup技术为中心的扩容方案，扩容完成时，以太坊的交易处理能力将会被大大提升，目前手续费高居不下的问题也将得到解决。
信标链+分片
分片技术与信标链同步上线，共同构成以太坊2.0的基本架构。分片技术属于Layer 1扩容方案，实际上与波卡的跨链技术有些相似。在波卡中，中继链通过插槽连接到各大平行链。各大平行链可以是异构的，他们从中继链获得共同的安全性保障。而在以太坊2.0中，信标链也起到沟通各大分片链的作用，不过与波卡不同，以太坊分片链是同构的。同时在整个“信标链+分片链”结构之外，再连接到各种异构的Layer 2。由此，“信标链+分片链+Layer 2”将共同构成将来的以太坊系统。
关于Layer 2技术，请参考我们之前的博客文章：
币圈入门必读：什么是Layer 0、Layer 1和Layer 2
分片技术来源于数据库分片技术，目前所说的分片技术也主要是数据分片（data sharding）。
目前，以太坊信标链连接有64条分片链，其处理能力保守估计也有以太坊1.0的64倍，而在最初规划中，分片链的数量可达1024条。其中，各大分片链相对独立，以太坊地址将根据其开头的几个字母分为多类，每一分片处理来自同一类地址的交易。因此，每个节点只需要储存以太坊网络上所有交易的一部分，并且只验证自己负责的这部分。
而节点如果需要用到存放在其他节点上的数据，则可以通过信标链进行沟通协调，主要是获取其他分片的哈希根，但为了避免对信标链产生较大负担，这种通信6分钟进行一次。同时，信标链还通过产生随机数，起到给分片链分配验证者的工作，这样信标链也为各大分片链提供了统一的安全保障。
分片技术可以在牺牲较少安全性的情况下，获得极大的性能提升。
分片+Rollup
前文提到，目前以太坊所使用的分片技术是数据分片。每条分片链只起到提供数据容量的作用，而不负责交易的处理，也不承担运行智能合约。实际上，后面两种将由Layer 2，尤其是Rollup技术承担。Rollup指将一批交易信息汇总到一个交易的调用数据内，然后周期性地打包到区块提交至各大分片链（Layer 1）完成记录。目前，每个分片提供约能够为Rollup提供250kB的专用数据容量，64个分片即可达到16MB的容量。并且，将来运用的分片数量越多，Rollup可以使用的数据容量也越大，运行成本也将越低。
关于Rollup技术的分类和基本原理，请参见我们的博客文章：
破解“不可能三角”：区块链扩容方案都有哪些？（Layer 2部分）
当下较为主流的Rollup项目有属于Op-Rollup技术的Arbitrum网络和Optimistim，以及属于zk-rollup的zksynk和starkex。在这些Layer 2项目中，有一些已经获得了应用。其中Arbitrum尚未发币，TVL 规模便可比肩Polygan，而dYdX也是一家建立于starkex方案的去中心化交易所。
目前，Arbitrum、Optimism等项目的交易费用约为以太坊主链的1/8到1/3，等分片技术被正式应用后，交易费用还将进一步被降低。
结语
长远来看，分片+Layer 2可能是高性能拓展的唯一解，从而成为以太坊的终极解决方案。在Avax、Solana等高性能新一代公链的追赶下，能否尽快实现分片+Layer 2将决定以太坊未来的命运。
作者：Gate.io 研究员 Edward.H
*本文仅代表观察员观点，不构成任何投资建议。
*本文内容为原创，版权为Gate.io所有，如需转载请注明作者和出处。
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