sharding + Layer 2 会是以太坊的终极解决方案吗？

12 月 2 日，以太坊创始人 Vitalik Buterin 发推庆祝以太坊信标链诞生，并发布了以太坊后续发展路线图。

自2020年12月2日上线以来，采用PoS共识机制的以太坊信标链与采用PoW共识机制的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。 在不久的将来，整个以太坊将完全过渡到PoS机制，也就是所谓的“The Merge”。 这个过程将是无缝的，之前 PoW 链上的内容将转移到信标链上，信标链区块将直接包含交易信息。

资料来源：Vitalik 的推特

预计转入PoS共识机制后，以太坊网络整体能耗将下降99.95%以太坊信标链提款，解决之前PoW机制下引起争议的能耗问题。 同时，由于PoS机制下以太坊对节点的硬件要求会大大降低，以太坊网络有望实现更大程度的去中心化。

同时，以太坊也规划了以分片和Rollup技术为核心的扩容计划。 扩容完成后，以太坊的交易处理能力将得到大幅提升，目前交易手续费高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以太坊信标链提款，共同构成了以太坊2.0的基础架构。 分片技术属于Layer 1扩容方案，其实有点类似Polkadot的跨链技术。 在 Polkadot 中，中继链通过插槽连接到主要的平行链。 主要平行链可以是异构的，它们从中继链获得共同的安全保证。 在以太坊 2.0 中，信标链也起到了与各大分片链沟通的作用，但与 Polkadot 不同的是，以太坊分片链是同构的。 同时，除了整个“信标链+分片链”结构外，还连接着各种异构的Layer 2。因此，“信标链+分片链+Layer 2”将共同构成未来的以太坊系统。

关于Layer 2技术，可以参考我们之前的博文：币圈新手必读：什么是Layer 0、Layer 1和Layer 2

分片技术来源于数据库分片技术，所谓分片技术主要是数据分片。

目前以太坊信标链接入的分片链有64条，其处理能力保守估计是以太坊1.0的64倍。 在原计划中，分片链的数量可以达到1024条。其中，各大分片链相对独立，以太坊地址会根据首字母分成多个类别，每个分片处理来自同一类型的交易地址。 因此，每个节点只需要存储以太坊网络上所有交易的一部分，只对自己负责的部分进行验证。

如果一个节点需要使用存储在其他节点上的数据，可以通过信标链进行通信和协调，主要是获取其他分片的哈希根，但是为了避免给信标链造成较大的负担，这种通信方式来做每 6 分钟。 同时，信标链还起到了通过产生随机数的方式为分片链分配验证者的作用，使信标链也为各大分片链提供了统一的安全保障。

分片技术可以以降低安全性为代价极大地提高性能。

分片+汇总

前面提到，以太坊目前使用的分片技术是数据分片。 每条分片链仅用于提供数据容量，不负责交易处理或运行智能合约。 实际上后两者都会由 Layer 2 来承担，尤其是 Rollup 技术。 Rollup 是指将一批交易信息汇总成一笔交易的调用数据，然后周期性地打包成块提交给各大分片链（Layer 1）完成记录。 目前每个shard可以为Rollup提供大约250kB的专用数据容量，64个shard可以达到16MB的容量。 而且，未来使用的分片越多，Rollup 可以使用的数据容量就越大，运行成本也会越低。

Rollup技术的分类和基本原理可以参考我们的博文：破解“不可能三角”：区块链扩容方案有哪些？ （第 2 层部分）

目前主流的Rollup项目有属于Op-Rollup技术的Arbitrum Network和Optimistim，以及属于zk-rollup的zksynk和starkex。 在这些 Layer 2 项目中，一些项目已经获得应用。 其中，Arbitrum 尚未发币，其 TVL 规模可与 Polygon 媲美，dYdX 也是建立在 starkex 方案之上的去中心化交易所。

目前Arbitrum、Optimism等项目的交易手续费约为以太坊主链的1/8到1/3。 分片技术正式应用后，交易手续费将进一步降低。

图：流行的 Layer 2 项目列表（来源）

结语

从长远来看，分片+Layer 2 可能是高性能扩展的唯一方案，从而成为以太坊的终极方案。 随着Avax、Solana等新一代公链对高性能的追求，能否尽快实现分片+Layer 2将决定以太坊未来的命运。

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