即使是经验丰富的用户也可能难以理解一些更复杂的加密术语。有时你只能在别人随意提到blob和拜占庭容错协议时点头认同。以快速创新而闻名，比特币行业创造了一个复杂的词汇，有时甚至让老专家也感到困惑。让我们彻底解决这个问题吧。

这篇文章将区块链环境中最复杂且常被误解的七个短语分解成原子，从而对它们的含义、用途及其对数字货币的未来影响进行了深入调查。

拜占庭容错机制：区块链安全的基石

数百万加密爱好者中的大多数可能听说过拜占庭容错机制。然而，其中99.9%的人无法合理地定义它。

通常，那些研究比特币创建历史并发现中本聪使用挖矿来解决拜占庭容错问题的个人，也未能清楚地理解它是什么。

认为这个问题与挖矿有关是常规的吗？其实不然。

拜占庭容错机制（BFT），源自一个名为拜占庭将军问题的理论计算机科学问题，对区块链技术至关重要。该问题由Leslie Lamport、Robert Shostak和Marshall Pease于1982年首次提出，强调了在分布式系统中达成共识的困难，成员可能是敌对或不可信任的。

在拜占庭将军问题中，多个将军必须协调对城市的攻击。他们只能通过信使互动；某些将军可能是试图破坏策略的叛徒。困难在于制定一个策略，即使有叛徒在场也能让忠诚的将军达成一致。

在区块链背景下，拜占庭容错机制是指即使系统的一些组件出现故障或采取恶意行为，系统仍能按照预期运作并达成共识的能力。维护分布式网络的完整性和安全性依赖于此。

通过工作量证明（PoW）共识机制，中本聪，这位比特币的匿名作者，基本上解决了数字货币的拜占庭将军问题。PoW中的矿工竞争解决复杂的数学问题；获胜者有机会将即将到来的区块添加到区块链中。由于这种方法计算成本高昂，矿工有很强的经济动机诚实行事。

PoW解决方案有效的原因是：

1. 参与成本高，抑制了善意或恶意活动。
2. 复杂的谜题确保没有一个实体可以轻易统治网络。
3. 最长链规则提供了一种简单的方法来找到正确的区块链版本。

然而，PoW并不是区块链上解决拜占庭将军问题的唯一答案。为了以更节能的方式解决BFT，已经创造了其他共识系统，如委托权益证明（DPoS）和权益证明（PoS）。

例如，以太坊在从PoW转向PoS时（有时称为“合并”），使用了一种名为Gasper的BFT共识方法。通过结合Casper FFG（基于PoS的终结系统）和LMD-GHOST分叉选择规则，获得了强有力的拜占庭容错保证，从而大大降低了能源消耗。

理解保证区块链系统可靠性和安全性的基本理念取决于对BFT的认识。随着技术的发展，新的BFT方法不断出现，从而决定了分布式系统的方向。

随机数：密码学难题的一部分

随机数是一种区块链中的 nonsens。这是一个玩笑。虽然其他人可能听过一两次，并简单地认为它是安全代码的一部分，但矿工和开发者知道它是什么。嗯，从某种程度上讲，它确实如此。

虽然看起来简单，但随机数的概念在区块链技术中很重要，特别是在比特币这样的工作量证明系统中。随机数是“仅使用一次的数字”的术语，是确保和验证区块链交易的挖矿过程的基本部分。

在比特币挖矿中，随机数是区块头中找到的一个32位（4字节）字段。矿工控制这个数字，以生成满足特定要求的区块头哈希值——更确切地说，一个小于网络当前难度值的哈希值。

挖矿过程如下进行。矿工组装一系列待处理交易。

创建区块头，其中包括以下几个元素：

• 版本号
• 前一个区块的哈希值
• Merkle 根（表示区块中所有交易的哈希）
• 时间戳
• 难度目标
• 随机数（最初设为0）

矿工使用SHA-256算法对区块头进行哈希。如果结果哈希满足难度标准，则认为区块已“解决”，矿工将其广播到网络。如果哈希不满足标准，矿工递增随机数并重新尝试。

这种随机数的递增和重新哈希一直持续到找到有效哈希为止，或者随机数空间（2^32或大约40亿种可能性）已耗尽。如果随机数空间耗尽而没有找到正确的哈希，矿工可以更改其他区块头组件（如时间戳）并重新开始。

随机数履行了几个重要角色。

网络可以通过要求矿工识别生成符合指定要求的哈希值的具体随机数来改变挖矿的难度。这保持了区块时间——对于比特币大约10分钟——不受网络总哈希算力变化的影响。

随机数是矿工在工作量证明中实际“进行工作”的变量。确定正确的随机数表明矿工已使用计算资源。

操控区块链变得非常困难，因为解决一个区块的随机数是不可预测的。要定期压制诚实的矿工，攻击者必须控制网络一半以上的哈希算力。

随机数为矿工提供了公平的竞争环境。找到合法的区块基本上是随机的，取决于矿工提供的处理能力。

虽然随机数的概念在工作量证明系统中广为人知，但其版本在其他环境中也有应用。例如，在以太坊交易中，随机数用于确保每个交易仅处理一次并按正确顺序进行。

随着区块链技术的发展，随机数的功能可能会发生变化。例如，在权益证明系统中，工作量证明中的挖矿和随机数概念不存在。然而，在许多区块链系统中，使用不可预测、一时性的数字以确保安全性和公平性的基本思想仍然重要。

Rollups：简化Layer-2交易

如果你处在DeFi的世界里，你一定听说过rollups。然而，你知道的可能与Layer 1区块链之上的Layer 2解决方案相关。

是的，但不止如此。

随着像以太坊这样的区块链系统在拓展性上挣扎，rollups已成为提高交易吞吐量和降低费用的潜在答案。rollups是Layer-2扩展方法，在执行主要区块链（Layer-1）之外执行交易的同时，在Layer-1上发布交易数据。

rollups基本上是将多个交易打包成一个批次提交到主链的过程。这种方法极大地减少了主链处理所需的数据量，从而促进了更高的可扩展性。

rollups通常有两种形式：

乐观rollups在出现挑战时通过欺诈证明进行计算，并默认假定交易是有效的。重要特性包括：

• 对于一般计算，乐观rollups更便宜和更快。
• 与以太坊虚拟机（EVM）的兼容性简化了现有以太坊应用程序的移植。
• 通常为期一周的挑战期允许任何人质疑交易结果。例如Arbitrum和Optimism。

零知识（ZK）rollups生成加密证明——称为有效性证明——以确认被打包交易的准确性。主要特性之一是更快的最终性，因为链上瞬时验证保证了有效性证明的准确性。 比乐观rollups潜在更高的可扩展性；更复杂的密码学使其在一般计算中更难应用。 例如，StarkNet和zkSync。

rollups有各种好处：

通过链外处理交易，rollups极大地提高了网络每秒可处理的交易数量（TPS）。 交易费用降低了，因为主链上需要处理的数据减少了。 rollups继承了主链的安全性，因为重要数据仍然存储在Layer-1上。 特别是使用ZK-rollups，交易的最终性可以比主链上更快地实现。

然而，rollups也带来了挑战：

技术复杂性：使用rollups——特别是ZK-rollups——是复杂的。 rollup操作员非常重要，可能导致某种程度的中心化效果。 在乐观rollups中，由于挑战期，用户在将资金提现到主链时可能会遇到延迟。

随着区块链生态系统的发展，rollups可能在扩展解决方案中变得更加重要。像以太坊2.0这样的项目展示了这种技术在区块链未来中的重要性，因为它们打算将rollups集中的扩展作为其路线图的主要组成部分。

数据块：重塑以太坊的数据块

Blobs are now a thing in the Ethereum宇宙。与此同时，许多消费者并不真正理解什么是Blob。最终，这个词成为你希望了解但永远没有合适时间去探索技术规格的那些词之一。

那么，让我们修复它吧。

特别是关于即将到来的Dencun升级——Deneb和Cancun升级的混合体——Blob（Binary Large Objects的缩写）标志着以太坊扩展路线图的重大转变。

理解Blob需要探索以太坊数据管理的技术方面以及向更高可扩展性发展的路径。

在以太坊的背景下，Blob是远离执行层（智能合约运行的地方）的大量数据，但仍是以太坊生态系统的一部分。设计为临时的，它们在网络上停留18到25天后被丢弃。

Blob的主要特征包括：

1. 大小：每个Blob的大小可达128 KB，远大于通常包括在以太坊交易中的数据。
2. 目的：Blob主要旨在为Layer-2解决方案（特别是汇总）提供一种更具成本效益的方式，将数据发布到以太坊主网。
3. 验证：虽然Blob不由以太坊虚拟机（EVM）处理，但它们的完整性通过一种称为KZG承诺的加密技术进行验证。
4. 临时性：与传统的无限期存储的区块链数据不同，Blob设计为临时的，减少了长期存储需求。

Blob与“proto-danksharding”理念密切相关，这是实现以太坊完全分片的中间阶段（我们稍后会讨论）。命名为Protolambda和Dankrad Feist提出的，proto-danksharding引入了一种新的交易类型（EIP-4844），允许插入Blob。

在proto-danksharding的背景下，Blob的工作方式如下：

1. Layer-2解决方案（如汇总）生成交易数据。
2. 这些数据按Blob格式化。
3. Blob附加到以太坊主网的特殊交易上。
4. 验证者和节点使用KZG承诺验证Blob的完整性，无需处理整个Blob数据。
5. Blob数据在有限时间内可用，允许任何人根据需要重建Layer-2状态。
6. 在18-25天后，Blob数据被丢弃，但对数据的承诺无限期地保留在链上。

引入Blob有多种优势：

1. 降低成本：通过为汇总提供一种更有效的方式在以太坊上发布数据，Blob交易可以显著降低Layer-2用户的费用。
2. 增强可扩展性：Blob允许每个以太坊区块包含更多数据，而不会增加网络的计算负担。
3. 改善数据可用性：尽管Blob数据是临时的，但它确保Layer-2数据在乐观汇总中的挑战期内可用或对于需要重建Layer-2状态的用户可用。
4. 为分片做准备：Proto-danksharding作为向完全分片迈进的垫脚石，让以太坊生态系统逐渐适应新的数据管理范式。

然而，引入Blob也带来了各种困难：

1. 增加的带宽和存储需求：节点需要处理更大量的数据，即使是暂时的。
2. 复杂性：增加一种新的交易类型和数据结构提高了以太坊协议的整体复杂性。
3. 潜在的中心化压力：增加的资源需求可能使个人运行完整节点变得更具挑战性。

Blob和proto-danksharding是平衡可扩展性、去中心化和安全性的关键组成部分，随着以太坊不断向以太坊2.0发展。通过提供更高效的数据可用性层，Blob为更具可扩展性的以太坊生态系统铺平了道路，特别是有助于Layer-2解决方案在区块链场景中的日益重要性。

Proto-danksharding：以太坊的可扩展性跨越

上文已经提到了Proto-danksharding。让我们深入研究一下。

代表了以太坊可扩展性路线图的一个重大转折点，它有时被称为EIP-4844（以太坊改进提案4844）。这项提案旨在大幅降低汇总和其他Layer-2扩展解决方案的数据成本，由其提案人Protolambda和Dankrad Feist命名，作为实现真正分片的中间步骤。

首先，一个人必须理解分片才能掌握proto-danksharding。

分片是一种数据库分区的方法，通过将区块链划分为较小、更易管理的分片。通过并行数据存储和交易处理，每个分片理论上可以增加网络的容量。然而，实现完全分片是一项艰巨的任务，需要对以太坊协议进行重大修改。

Proto-danksharding带来了许多重要理念：

1. 携带Blob的交易：一种可以携带大量数据（Blob）的新交易类型，这些数据与执行层分离。
2. 数据可用性采样：一种允许节点在不下载整个Blob的情况下验证Blob数据可用性的方法。
3. KZG承诺：一种加密方法，用于创建Blob内容的简单证明，确保高效验证。
4. 临时数据存储：Blob数据仅在网络上存储有限时间（18-25天），之后可以丢弃，但对数据的承诺将在链上保留。

Proto-danksharding的操作方式如下：

1. Layer-2解决方案（如汇总）生成交易数据。
2. 这些数据按Blob（大二进制对象）格式化。
3. Blob附加到以太坊主网的特殊交易上。
4. 验证者和节点使用KZG承诺验证Blob的完整性，无需处理整个Blob数据。
5. Blob数据在有限时间内可用，允许任何人根据需要重建Layer-2状态。
6. 在保留期结束后，Blob数据被丢弃，但对数据的承诺无限期地保留在链上。

Proto-danksharding有许多重要优点：

1. 降低成本：通过为汇总提供一种更有效的方式在以太坊上发布数据，Blob交易可以显著降低Layer-2用户的费用。这可能会将成本减少10至100倍。
2. 增加可扩展性：Blob允许每个以太坊区块包含更多数据，而不会增加网络的计算负担。以太坊的数据容量可能因此增加多达100倍。
3. 改善数据可用性：尽管Blob数据是临时的，但它确保Layer-2数据在乐观汇总中的挑战期内可用或对于需要重建Layer-2状态的用户可用。
4. 渐进的协议演进：Proto-danksharding让以太坊生态系统逐渐适应新的数据管理范式，为未来的完全分片铺平道路。

然而，实施proto-danksharding也带来了挑战：

1. 增加的复杂性：增加一种新的交易类型和数据结构提高了以太坊协议的整体复杂性。
2. 节点需求：节点将需要处理更大量的数据，即使是暂时的，这可能会增加硬件要求。
3. 潜在的中心化压力：增加的资源需求可能使个人运行完整节点变得更具挑战性，可能导致一定程度的中心化。
4. 生态系统适应：Layer-2解决方案和其他以太坊工具将需要更新，才能充分利用proto-danksharding的好处。

Proto-danksharding是以太坊发展中的一个关键阶段，平衡了对更大可扩展性的需求与实施复杂协议更新的困难。通过提供更高效的数据可用性层，它为更具可扩展性的以太坊环境铺平了道路。

分布式验证器技术（DVT）：增强权益证明的安全性

自2022年以太坊合并以来，验证器技术在以太坊世界中变得尤为重要，当时工作量证明协议被弃用，转而采用权益证明。

但许多人仍然不理解这种技术如何工作。

保持网络安全和去中心化在很大程度上取决于分布式验证器技术（DVT）的概念。特别是在像以太坊2.0这样的网络中，DVT标志着验证器在权益证明系统中行为方式的显著变化。

从根本上说，DVT允许一个验证者运行多个节点，从而将验证任务和风险分散到多个参与者之间。该方法与传统的验证器配置相对比，其中一个实体负责验证过程的所有方面。

DVT的基本要素包括：

1. 验证器客户：负责提议和验证区块的软件。
2. 分布式密钥生成（DKG）：一种加密协议，允许多个参与方共同生成共享的私钥。
3. 门槛签名：一种加密技术，允许一组参与者共同签署消息，需要达到一定的门槛数量才能创建有效签名。

通常，DVT程序按以下步骤进行：

1. 一组操作员聚在一起组成一个分布式验证器。
2. 他们使用DKG生成一个共享的验证器密钥，每个操作员持有密钥的一部分。
3. 当验证器需要执行某项操作（例如提出或验证区块）时，必须有门槛数量的操作员合作签署消息。
4. 生成的签名与单个验证者生成的签名无法区分，与更广泛的网络保持兼容。

DVT具有多种重要优点：

1. 提高安全性：通过将验证器密钥分布在多个操作员之间，降低了复杂攻击和单点故障的风险。

单点故障大幅减少。即使一个操作员受损或离线，验证者也可以继续运行。

2. 提高正常运行时间：通过多个操作员，验证者始终能够履行职责的机会大大提高，这可能会导致更高的奖励和更好的网络性能。

3. 去中心化：DVT允许较小的操作员参与验证，而无需独立运行验证者的全部风险和责任，从而实现更去中心化的网络。

4. 罚没保护：在权益证明系统中，验证者可能会因不当行为而受到惩罚（罚没）。通过要求多个操作员在活动上达成一致，DVT能够帮助避免意外罚没。

然而，DVT也带来了一些挑战：

1. 复杂性：实施DVT需要复杂的加密协议和多个参与者之间的协调，增加了验证者操作的复杂性。

2. 延迟：多个操作员之间的协调需求可能会引入验证者操作中的延迟，尽管通过适当的实施可以减轻这一问题。

3. 信任假设：尽管DVT减少了单点故障，但它引入了分布式验证者操作员之间的信任需求。

4. 监管考虑：DVT的分布式性质可能在某些司法管辖区引发关于合规性和责任的问题。

随着权益证明网络的发展，DVT可能在维护其安全性和去中心化方面变得更加关键。虽然各种实施目前正在开发或早期部署中，像以太坊2.0这样的项目正在积极研究DVT的纳入。

DVT的采用可能对权益证明网络的架构产生广泛影响，从而实现新的验证者池和委托类型，在安全性、去中心化和可访问性之间取得平衡。

动态重分片：自适应区块链分区

最后，让我们讨论一下动态重分片。基于分片的理念，但增加了一层灵活性，使网络能够实时响应变化的需求，提供了一种新的区块链扩展方法。

这种技术常被某些区块链爱好者称为“分片的圣杯”，它有望解决区块链设计中最持久的问题之一：网络容量与资源使用之间的平衡。听起来非常复杂，对吧？

理解动态重分片需要首先了解分片的基本原理：

适应区块链系统，分片是一种数据库分区方法。它包括将区块链分解为更小、更易管理的分片。每个分片可以并行存储数据和处理交易，因此理论上增加了网络的容量。

动态重分片通过让网络根据当前网络状态改变分片的数量和排列方式而推进了这一理念。

这种灵活的策略带来了一系列可能的好处。

通过在高需求期间创建新的分片以及在低需求期间合并未使用的分片，网络可以保证网络资源的有效使用。

随着网络使用的增加，动态重分片使区块链能够在不使用硬分叉或重大协议更新的情况下扩展其容量。在分片中重新分配数据和交易，有助于网络在整个区块链中保持更稳定的性能。

动态重分片还可以使网络在分片故障或需求激增等突发事件中进行调整。

动态重分片过程通常涉及几个关键组成部分。

监控系统不断分析网络指标，如交易量、分片利用率和节点性能。决策引擎使用预定义的算法，可能还包括机器学习技术，以确定何时以及如何进行网络重分片。协调协议确保网络中的所有节点都同意新的分片配置并一致地执行重分片过程。在分片分裂或合并时，安全地在它们之间移动数据和状态信息。

以下是动态重分片可能应用的简要概要：

1. 监控系统检测到特定分片一直在处理其最大容量附近的交易。

2. 决策引擎确定应将该分片分裂为两个以平衡负载。

3. 协调协议启动重分片过程，确保所有节点都知晓即将发生的更改。

4. 网络执行一个精心安排的过程，创建新的分片、迁移相关数据并更新路由信息。

5. 完成后，网络现在有一个额外的分片来处理增加的负载。

虽然动态重分片提供了令人兴奋的前景，但它也提出了显著的技术挑战。

实施一个能够安全高效地对实时区块链网络进行重分片的系统极其复杂，需要复杂的共识和协调机制。而且，确保当数据跨分片流动时，所有相关的状态信息都准确保存并易于访问也是一个非平凡的状态管理问题。

动态重分片需要考虑多个分片之间的交易，根据分片的排列，这可能会变得更加复杂。然后是安全问题。重分片过程本身必须防止在这个可能易受攻击的操作期间针对网络操纵的攻击。动态重分片监控和决策过程增加了网络的计算负担。

尽管存在这些困难，多个区块链项目正在积极研究和创建动态重分片技术。例如，Near Protocol在其主网中实施了一种动态重分片模式，使网络可以根据需求变化分片数量。

随着区块链技术的发展，动态重分片在创建能够支持广泛应用和服务的可扩展、灵活的网络方面可能变得越来越重要。