扩容一直是以太坊绕不开的话题之一，以太坊要想成为真正的 “世界计算机” 需要同时具备可扩展性、安全性、去中心化，但同时具备这三个条件在行业中被称为 “区块链不可能三角”，在整个行业中是一直没有被解决的一个大难题。

但随着 2021 年末以太坊研究员&开发者 Dankrad Feist 提出以太坊新分片方案 Danksharding 后，似乎给解决 “区块链不可能三角” 带来了一种变革性方案，甚至有可能改写整个行业的游戏规则。

目录

• 以太坊为什么需要扩容？
  • 以太坊扩容背景
  • 什么是区块链不可能三角？
  • 目前以太坊的扩容解决方案有哪些？
• 以太坊初始分片方案 Sharding1.0
  • 以太坊的 POS 共识机制是如何运作的？
  • 初始分片方案 Sharding1.0 是什么样的？
  • 初始分片方案 Sharding1.0 方案存在哪些弊端？
• 什么是以太坊新分片方案 Danksharding？
  • 前置方案 EIP-4844:Proto-Danksharding—新的交易类型 Blob
  • Danksharding—完整扩容方案
    • 数据可用性采样（Data Availability Sampling）
    • 纠删码（Erasure Coding）
    • KZG 多项式承诺（KZG Commitment）
    • 提议者-打包者分离（Proposer/Builder Separation）
    • 抗审查清单（crList）
    • 双槽 PBS（Two-slot Proposer-Builder Separation）
• 总结

以太坊为什么需要扩容？

以太坊创始人 Vitalik Buterin 在 2014 年发表以太坊的白皮书 “下一代智能合约和去中心化应用平台” 后，区块链迎来了一个新的时代。智能合约的诞生使得人们可以在以太坊上创建去中心化的应用（DApp），也为区块链的生态带来了一系列创新如 NFT、DeFi、GameFi 等。

以太坊扩容背景

随着以太坊链上生态日渐壮大，越来越多的人开始使用以太坊，以太坊的性能问题开始暴露出来。当许多人同时在以太坊上进行交互时，区块链就会发生 “拥堵”，就像一条马路上的红绿灯时间是固定的，在一定数量内的车辆不会导致堵车，但突然在高峰期的时候许多车都往这条马路上开，绿灯时驶出马路车辆的数量远远没有新驶入这条马路等待红绿灯车辆的数量多，就会导致大拥堵，所有车辆通过这条马路的时间就会被一直拉长，那么在区块链中也是如此，所有人的交互请求确认时间都会被拉长。

但在区块链中，被拉长的不只是时间，还会导致高昂的 Gas 费（Gas 费可以理解为支付给矿工们的辛苦费，矿工负责打包处理区块链中的所有交易），因为矿工会优先处理出价最高的交易，这就会导致大家都去抬高 Gas 费去争取更快的交互请求确认引发一场 “Gas War”。比较有名的一次事件是 2017 年的一个 NFT 项目——CryptoKitties 加密猫的爆红将 Gas 费推至几百美金一次交互，在以太坊上进行一次交互需要消耗几十甚至上百刀的 Gas 费是多么昂贵的一个成本。

而导致如此昂贵 Gas 费的主要原因便是以太坊的性能已经无法满足现有用户的交互需求。在性能的计算上，以太坊与比特币不同，比特币由于只是单纯的账本处理转账信息，所以 TPS 是固定的每秒可以处理 7 笔交易，但在以太坊中不同。

以太坊由于智能合约的存在，每个交易的内容各不相同，所以每个区块可以处理多少笔交易（TPS）取决于一个区块中包含的交易的数据量大小，每个交易的数据量大小都是根据实时需求决定的，关于以太坊性能的机制我们可以了解到：（以下信息对理解 Danksharding 有帮助，一定要看噢~）

• 以太坊是按照 Gas 费来规定一个区块的数据量上限的，一个区块最高可以承载 3000 万 GAS 的数据量
• 以太坊不希望每个区块的数据量都太大，所以每个区块都有一个 Gas Target（目标 Gas）为 1500 万 Gas 的数据量
• 以太坊有一套 Gas 的数据消耗标准，不同类型的数据消耗的 Gas 都是不一样的，但根据菠菜的估算，每个区块大概有 5kb~160kb 左右的大小，平均一个区块是 60~70kb 左右的数据大小
• 一个区块的 Gas 消耗一旦超过了 Gas Target 也就是 1500 万 Gas，那么下一个区块的基础费用就会贵 12.5%，如果低于的话就会降低基础费用，这个机制是一个自动化的动态调节机制，可以在交易高峰时一直增加成本去缓解拥堵，同时在交易低迷时降低成本来吸引更多交易

那么通过了解了以上机制我们可以得知，以太坊的 TPS 是浮动的。我们可以通过区块链浏览器看到每个区块的交易数量来算出大概的 TPS，根据下图可以看到，平均一个区块按照刚好达到 Gas Target 来计算有 160 笔交易左右，最高的可以达到 300 笔交易以上。按照每个区块 12 秒的出块时间 TPS 大概为 13~30 笔交易左右，但根据目前已知以太坊的 TPS 最高可以达到每秒 45 笔交易。

图源：Mainnet | Beacon Chain Explorer (Phase 0) for Ethereum 2.0 – BeaconScan