区块链技术自诞生以来,以其去中心化、透明和安全的特点,深刻影响了金融、供应链、数字版权等多个领域,以以太坊为代表的公链平台,在日益增长的用户需求和复杂应用面前,一直面临着“不可能三角”的挑战——即在去中心化、安全性和可扩展性三者难以兼得,可扩展性(尤其是交易处理速度,即TPS)一直是制约其大规模应用的主要瓶颈,为了突破这一限制,以太坊社区提出了诸多扩容方案,而“分片技术”(Sharding)无疑是其中最具革命性和前瞻性的核心之一,本文将聚焦于以太坊“提交分片技术”(Proposer-Builder Separation,PBS,有时也指代分片数据提交相关的机制,此处主要围绕PBS及其对分片的意义展开),探讨其如何助力以太坊迈向高吞吐与去中心化的未来。
以太坊的可扩展性困境与分片技术的提出
以太坊目前采用的是单体链架构,所有交易和智能合约执行都在一条链上处理,随着用户数量的激增和DeFi、NFT等应用的爆发,网络拥堵、Gas费高企等问题频发,严重影响了用户体验,为了解决这一问题,以太坊计划通过“以太坊2.0”(Eth2)的升级,从工作量证明(PoW)转向权益证明(PoS),并引入分片技术。
分片技术的基本思想是将区块链网络分割成多个并行的“分片”(Shards),每个分片都是一个独立的、拥有自己账户状态和交易处理的子链,通过这种方式,原本需要整个网络共同处理的交易和数据,可以分散到各个分片上并行处理,从而极大地提升整个网络的总交易处理能力和吞吐量,这就好比从一条单车道公路扩展到了一个多车道的高速公路网,车辆(交易)可以分流到不同车道(分片),大大缓解了拥堵。
什么是“提交分片技术”(PBS)?
在以太坊分片语境下,“提交分片技术”通常与“提议者-构建者分离”(Proposer-Builder Separation,PBS)紧密相关,PBS是一种旨在优化区块生产流程、提升网络去中心化程度和安全性的机制,尤其对于分片的有效运作至关重要。
在传统的(或未采用PBS的)PoS系统中,验证者节点需要负责收集交易、排序交易、构建区块,并将该区块提交给网络进行验证,这个过程对验证者的计算能力、网络带宽和存储能力都有较高要求,容易形成中心化倾向,即只有大型验证者或验证者联盟才能高效构建区块。
PBS机制将区块生产的过程拆分为两个角色:
- 提议者(Proposer):负责从构建者那里接收已经构建好的区块,并进行简单的选择(例如选择出价最高的区块),然后将选定的区块打包进自己的区块中,并最终广播到网络,提议者的角色相对轻量级,主要职责是选择和提交。
- 构建者(Builder):负责复杂的工作,包括收集来自内存池(mempool)的交易、通过复杂的算法和策略(如MEV - 最大可提取价值)优化交易排序、构建包含最优交易组合的区块,并为这个区块“出价”,构建者可以是专门的实体,它们不直接参与区块的最终提交,而是专注于构建高质量、高价值的区块。
PBS如何赋能以太坊分片?
PBS机制对于以太坊分片的成功实施和高效运作具有多重深远意义:
