EIP-4844 是什么？解析 Proto-Danksharding 和 blob 交易

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所属分类：以太坊ETH

什么是 EIP-4844？

介绍

*阅读原文 * 什么是 EIP-4844？Proto-Danksharding 和 Blob 交易的解释 ，在 cyfrin.io。

EIP-4844 (以太坊改进提案) 引入了一种新类型的交易到以太坊区块链，允许区块链 Rollup 以更低的成本结算其交易。这些新交易接受称为“blobs”的大块数据，这些数据在短时间后会被删除。

在本文中，我们将探讨：

什么是 EIP-4844？
什么是 blob 交易？
为什么引入它们？

在我们深入了解 EIP-4844 之前，我们首先需要理解有不同种类的交易。

区块链交易类型

在“正常”交易中，所有交易数据都永久存储在链上。今天最常见的交易类型是类型 2 交易，但还有其他类型：

类型 0 交易：即“传统”交易
类型 1 交易：即“访问列表”交易（由 EIP-2930 引入）
类型 2 交易：新的“正常”交易（由 EIP-1559 引入）
类型 3 交易：即“blob”交易（由 EIP-4844 引入）

我们将在本文中讨论由新 EIP-4844 引入的类型 3 交易，即 Blobs。

什么是 Blob 交易？

Blob 交易，由 EIP-4844 引入，即“Proto-danksharding”，为以太坊添加了一种新的数据结构 在大约 20-90 天后从链上删除。

我们最终删除的这大块数据被称为 blob， 是一个（某种）缩写，意思是；“Binary Large OBject。”

Blob 交易图示

Blob 交易已包含在以太坊 Dencun 升级中，日期为 2024 年 3 月 13 日，区块链 Rollup 对此非常喜爱。这些来自 EIP-4844，即“Proto-danksharding”（以创建它的研究人员命名，而不是因为这个名字听起来很酷）。

很多人使用“边车”类比。blob 就像摩托车的边车。摩托车是交易，边车是 blob。

进一步类比，我们点燃边车并在一个月后将其丢弃。

将数据放入 blob 使得 Rollup 以更低的成本 将交易结算到 L1。但在我们理解为什么/如何运作之前，我们首先需要理解交易为何以及如何消耗 gas。即使你认为自己已经知道，也请阅读下一段。‍

为什么区块链交易会消耗 gas？

在我们理解为什么在新的 EIP-4844 中添加 blobs 之前，让我们先了解为什么我们 发送交易时会被收取费用。

每当我们在链上做任何事情时，每个区块链节点都必须计算 或 存储一些数据。我们 支付 gas 是因为在发送交易时，我们要求成千上万的计算机做大量工作，这会花费他们的钱。

计算：消耗电力
存储：有硬件成本
发送消息：网络流量也有相关成本

因此，如果我们想在链上存储 20 GB 的《怪物史瑞克》，我们需要 帮助支付成千上万的节点 购买所需的硬件，以便有空间存储《怪物史瑞克》。

因此，每当我们要求节点“做任何事情”时，我们必须 支付 gas。如果我们告诉他们，“你需要永远存储 20 GB 的《怪物史瑞克》” （这在以前是以太坊的工作方式，所有数据基本上都是永久存储），那么我们应该支付的费用要比我们要求他们仅存储几个月的《怪物史瑞克》多得多。

永久存储数据比临时存储数据更昂贵

请记住这一点；我们稍后会回到这个问题。

为什么我们决定添加 blob 交易？

那么，为什么我们给交易这个可选的框来丢弃数据？

这回到了今天以太坊面临的最大问题：

在以太坊上发送 1 美元的费用是 2 美元，即扩展性问题。区块链面临着区块链三难困境，在于难以同时解决以下三者：

去中心化
安全性
可扩展性

以太坊旨在 最大程度去中心化 和安全，因此在扩展性上面临困难。

作为一个社区，我们决定基于乐观和零知识证明的区块链 Rollup 是我们在以太坊近期和长期未来扩展 ETH 的方式。Rollup 通过在其 roll-up 链 上执行交易，打包它们，然后 “结算” 回 L1（以太坊）来帮助我们扩展 ETH。这使得 交易更便宜，同时保持许多 以太坊的安全 属性。

随着许多 Layer-2 区块链处理交易，如 zkSync、Arbitrum 和 Optimism，你可以以更低的成本获得更多交易，因为你正在压缩它们。

像 zkSync、Arbitrum 和 Optimism 这样的 Layer 2

当这些 L2 将这些批次提交回以太坊时，以太坊必须做一些工作来验证交易批次的有效性，这就是问题所在。

以太坊只需要验证批次是否有效一次，然后就不再需要这些数据。但是在 EIP-4844 之前，以太坊没有（好的）方法来删除数据，因此它永久存储这些数据。

你看到了问题吗？

我们只需要这大批数据的一个瞬间
没有人再关心这些数据
但地球上每个 ETH 节点都必须从那时起存储它

就像每次你在学校通过考试时，你都必须把那次考试带在身边。经过 20 年，你基本上就像在走路时带着一大堆文件，从你的博士论文到你学习“猫”这个词时的拼写测试。

回到我们之前的《怪物史瑞克》例子，我们可以看到这一切是如何联系在一起的。

Rollup 在提交这大块数据时消耗了大量 gas，而他们只需要这数据的一个瞬间。而 Rollup 是 使以太坊扩展的关键，所以我们应该将他们视为优先公民。我们能做些什么来让他们的生活更轻松？

“如果我们在验证交易后就删除数据呢？”

Rollups

于是，blobs 应运而生。

如何使用 blobs 验证 rollup 交易？

那么，blobs 在实践中是如何使用的？

现在的过程是：

roll-up（如 zkSync）压缩它们的交易列表
将压缩后的列表作为 blob 提交到 Ethereum L1，并附带证明
L1 验证交易批次
blob 最终从 L1 中删除

我们将变得更加技术化，所以请做好准备。

这是一个 Etherscan 上的 blob 交易示例。这是 zkSync 提交一批带有 blobs 的交易到 Ethereum 的交易示例。那么，这些 blobs 是如何被使用的呢？

在 Etherscan 上的示例 Blob 交易

如果我们点击那个蓝色的“2 blobs”部分，我们可以看到 blob 本身，以及使用 blob 而不是 calldata 后，这笔交易便宜了多少的快照！

Etherscan 上的 Blobs

现在，如果 EVM 可以直接访问 blob 数据，节点将不得不永久存储这些数据。EVM/Ethereum 节点需要保留它们所做的所有计算的历史，因此如果它们直接在 blobs 上进行计算，我们就必须存储该计算，因此存储整个 blob。但我们不想这样做，因为我们不想永久存储 blob。我们将回到原点！因此，EVM 不能访问 blob 数据。

EIP-4844 的创建者足够聪明，添加了一个新的操作码和预编译来帮助：

BLOBHASH 操作码：这个获取交易中任何 blob 的哈希。
point evaluation 预编译：这做了一些数学魔法。有关更多信息，请参见 evm.codes。

有了这两个新工具，我们可以使用“密码学数学魔法”来验证 blob 是否有效，而无需实际将 blob 数据存储在链上或加载到 EVM 可以访问的环境中。

当 zkSync 验证者/操作员希望将交易列表提交回 L1 时，它调用 commitBatches：

function commitBatches(
        StoredBatchInfo calldata,
        CommitBatchInfo[] calldata _newBatchesData

在 _newBatchesData 对象中，它传递一些证明，这些证明与 blob 哈希（通过 BLOBHASH 操作码检索）结合，允许智能合约验证交易批次的有效性。稍后，该函数最终将调用：

/// @dev 通过调用点评估预编译来验证 blobs 是否包含正确的数据。对于预编译，我们需要：
    /// versioned hash || opening point || opening value || commitment || proof
    /// _pubdataCommitments 将包含最后 4 个值，versioned hash 是从 BLOBHASH 操作码中提取的
    /// pubdataCommitments 是一个列表：opening point (16 字节) || claimed value (32 字节) || commitment (48 字节) || proof (48 字节)) = 144 字节
    function _verifyBlobInformation(
        bytes calldata _pubdataCommitments,
        bytes32[] memory _blobHashes
    ) internal view returns (bytes32[] memory blobCommitments) {‍

这将执行实际的 blob 验证。

BLOBHASH 操作码将为我们抓取一个 hash，而不是整个 blob，我们可以将其与一些证明和其他“数学内容”结合，然后传递给新的 point evaluation 预编译（该函数最终也会这样做）。点评估进行一些“数学魔法”以验证 blob 哈希是否有效。你可以从 evm.codes 阅读更多关于输入的信息。

现在，我们不会立即删除 blobs。这是因为我们希望其他节点有一些时间来确保正在计算的 BLOBHASH 是正确的，因此以太坊社区允许 blobs 传播。这实际上只需要几个区块，但我们留出 20-90 天的窗口来删除 blobs。

就这样！我们现在可以验证 L2 交易是否有效。这个巨大的 blob 代表了所有交易，但我们可以仅使用哈希和一些巧妙的数学来验证它们的有效性。

这就是 blobs 的工作原理。‍

如何发送你的 blob 交易

我们创建了一个最小仓库来展示如何使用新的 Eip-4884 在 web3.py 中发送带有 blob 的交易。设置看起来类似于** EIP-1559**（普通）交易的设置。你需要设置一个 EIP-2718 交易负载，类似于以下内容：

tx = {
        "type": 3,
        "chainId": 31337,  # Anvil
        "from": acct.address,
        "to": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
        "value": 0,
        "maxFeePerGas": 10**12,
        "maxPriorityFeePerGas": 10**12,
        "maxFeePerBlobGas": to_hex(10**12),
        "nonce": w3.eth.get_transaction_count(acct.address),
    }
# 这代表了 EIP-2718 交易负载

关键部分是添加 blob 本身。你不会将 blob 添加到 EIP-2718 交易负载中，而是将 blobs 与负载一起发送。根据 EIP，RLP（递归长度前缀：以太坊编码交易数据的方式）看起来像这样：

rlp([tx_payload_body, blobs, commitments, proofs])

另一方面，EIP-1559 交易仅在 rlp 中包含 tx_payload_body。因此，在 Python 中，我们可以通过以下方式表示：

# 这将生成我们的 blob 交易的 blobs、commitments 和 proofs
signed = acct.sign_transaction(tx, blobs=[BLOB_DATA])

以太和其他库也处理大多数证明生成和其他“blob”内容。发送 blob 交易的完整脚本可能如下所示：

import os
from dotenv import load_dotenv
from eth_abi import abi
from eth_utils import to_hex
from web3 import HTTPProvider, Web3
load_dotenv()

def send_blob():
    rpc_url = os.getenv("RPC_URL")
    private_key = os.getenv("ANVIL_PRIVATE_KEY")
    w3 = Web3(HTTPProvider(rpc_url))
    text = "<( o.O )>"
    encoded_text = abi.encode(["string"], [text])
    print("Text:", encoded_text)
    # Blob 数据必须由 4096 个 32 字节字段元素组成
    # 所以，blobs 必须相当大
    BLOB_DATA = (b"\x00" * 32 * (4096 - len(encoded_text) // 32)) + encoded_text
    acct = w3.eth.account.from_key(private_key)
    tx = {
        "type": 3,
        "chainId": 31337,  # Anvil
        "from": acct.address,
        "to": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
        "value": 0,
        "maxFeePerGas": 10**12,
        "maxPriorityFeePerGas": 10**12,
        "maxFeePerBlobGas": to_hex(10**12),
        "nonce": w3.eth.get_transaction_count(acct.address),
    }
    gas_estimate = w3.eth.estimate_gas(tx)
    tx["gas"] = gas_estimate
    # 这将生成我们的 blob 交易的 blobs、commitments 和 proofs
    signed = acct.sign_transaction(tx, blobs=[BLOB_DATA])

参考 GitHub 仓库获取更多信息。‍

EIP-4844 之后：Danksharding 和 Blobs 的未来

EIP-4844，也称为“Proto-danksharding”，是以太坊未来路线图“Danksharding”的一个中间步骤，具有更多酷炫的功能。这些将帮助 Ethereum 以更公平、可追溯的方式进行扩展。然而，完整的 Danksharding 需要更多的开发和研究，但 Rollups 今天已经带来了实际价值。因此，EVM 生态系统决定在其余的 Danksharding 方案确定之前，值得推出这一功能。

以太坊文档很好地解释了 Danksharding 的未来；你可以在以太坊网站上阅读更多内容。

多维 gas 定价

另一个出现的概念是“多维 gas 定价”的兴起。

历史上，任何对 ETH 节点的计算或存储请求都被打包成 1 个单位：“gas”。然而，随着 blobs 的出现，我们创建了一种新的单位来衡量计算“blob gas”。每个区块中允许的 blobs 数量是有限的，类似于每个区块中可以容纳的数据量。由于 blobs 的供应与交易的供应不同，需求也可能不同。由于 blobs 的需求可能与区块空间的需求大相径庭，blobs 拥有自己的 gas 市场。

‍你可以在上面的 Python 代码中看到这一点，并且有一个名为 maxFeePerBlobGas 的交易字段。Blobs 的 gas 成本计算基于 blob 的需求。实际上，这意味着在估算 blobs 的 gas 成本时会进行两个计算：