區塊鏈:探索ETH2.0：跨片通信是如何處理的？

文：頭等艙

隨著Eth2.0的階段深入，研究重點正在轉移到階段2：狀態執行。此階段最重要的一個方面是跨片通信的處理，它影響了分片化區塊鏈系統的可擴展性，執行環境容量以及用戶體驗。這篇文章旨在幫助讀者了解跨片通信的設計，并探討可用方式。

跨片通信的設計可以分為兩層：

1.共識層：用于處理跨片消息傳遞。這個設計會影響分片式區塊鏈系統的可擴展性。

2.執行層：包括跨片傳輸和合約調用的接口。這個設計選擇會影響執行環境的容量。

共識層

跨片通信的共識層負責在區塊鏈系統的各個分區傳遞跨片消息。主要挑戰是在保持可擴展性的同時，為跨片消息的有效性提供強有力的保證。該層可分為兩部分：

zkMeta與Polygon合作探索垂直游戲賽道Layer2新生態:金色財經報道，Polygon官方發文表示，zkMeta團隊將在Polygon網絡上建立GameFi專用的zk-rollup，并且使用 Polygon zkEVM，Supernet等技術為高DAU游戲項目提供最優基建生態。除了游戲專屬L2網絡，zkMeta同時提出 MetaID，NFT Toolbox，CheckStand，TradePlace，MetaDAO和Tounament等6項web3游戲項目開發套件，助力游戲開發者完成高可玩性、高頻交互的游戲部署。[2023/3/24 13:23:59]

發送/接收最終確定性數據傳送

招聘信息顯示匯豐銀行擬探索Token化、托管用例和數字資產業務:金色財經報道，根據匯豐銀行招聘信息顯示，這家全球金融巨頭正在探索 Token 化用例和數字資產。匯豐銀行目前正在招募數字資產產品經理，該崗位將直接向匯豐實驗室數字資產全球負責人匯報工作，負責建立銀行數字資產戰略框架、政策并推動數字資產議程（包括 Token 化、托管用例和數字資產產品），在運營、彈性、監管和金融犯罪風險方面幫助在預算和商定的風險參數范圍內按時交付數字資產用例計劃。（techstory）[2023/2/1 11:41:13]

發送/接收最終確定性

源分片和目標分片必須分別完成跨片消息的發送和接收。為實現此目標可采用的設計有：

中國信通院續合元：區塊鏈不是萬能技術，需與其他技術結合探索:中國信息通信研究院副總工程師續合元表示，區塊鏈不是一種萬能的技術，它只是解決其中一部分問題的能力，所以一定要和其他信息通信技術融合起來。不同機構、不同行業獨立建設的區塊鏈很可能形成新的“數據孤島”，而互操作技術能夠打通割裂的區塊鏈系統，形成更大范圍的價值互聯，讓區塊鏈發揮更大作用。目前已有超過半數的企業在區塊鏈互聯互通領域有所布局，互操作技術正逐漸成為企業研究的重點。而與隱私計算的整合應用，將更好地消除企業對于數據上鏈后的隱私問題顧慮，有利于行業應用深入發展。此外，續合元認為，近期區塊鏈產業發展主要依靠政府政策和項目支持，但隨著部分領域商業模式逐步明確，產業發展將由政府驅動切換至商業驅動。（每日經濟新聞）[2020/10/30]

異步：源分片發送消息，而目標分片可以在將來的任何時間接收此消息。同步：目標分片在源分片確定發送之后的有限時間內接受消息。有多種方法可以實現此目的：·分片之間運行某種共識協議，并決定同時發送和接收，例如：分片拜占庭式原子提交。·源分片先發送，而相應的目標分片必須在一段時間內接收，例如：CBCCasper跨片消息傳遞。此方法要求在源分片和目標分片之間存在層次結構，否則，由于發送和接收沖突而可能導致僵局。·將跨片消息放置在信標鏈上，并強制目標分片在下一個交叉之前接收它們。同步與Eth2.0的設計不兼容，因為它需要分片以某種方式協調發送和接收最終確定性。

數據傳送

先前的機制涉及發送和接收的最終確定性，這與實際完成消息的發送或接收不同。這是數據傳送機制的任務。

ETH2.0的設計要求所有共識活動僅在信標鏈中發生。這意味著所有跨片消息都必須“流經”信標鏈。這為我們提供了跨片數據傳遞的兩種選擇：

協議交付：協議通過使跨片消息在信標鏈上可用，來交付跨片消息的完整數據。這增加了信標鏈的開銷，并嚴重影響了系統的可擴展性。用戶交付：該協議僅在跨片消息的最少信息上達成共識。然后，用戶負責將與跨片消息關聯的Merkle分支傳遞到目標分片。此方法更適合Eth2.0，因為它遵循僅在信標鏈上的merkle根上形成共識的一般原理。

共識層的擬議設計

為了優先權衡系統可擴展性，異步發送/接收最終確定性和用戶交付數據的解決方案是更可行的。在shard分片A上的用戶1發送Ether給在分片B的用戶2如下：

1.用戶1在shardA上創建事務TX1，從EE1標記余額，并聲明目標是用戶2。

2.當來自shardA的crosslink包含在信標鏈中時，收集最后一個crosslink以來的所有跨片交易的merkle根出現在信標鏈上。這是shardA中包含TX1的證據。

3.shardB發現了信標鏈上的這個merkle根，用戶2創建交易TX2，顯示shardB包含TX1的merkle證明。這允許將適當的金額標記到用戶2在EE2上的余額。

執行層

跨片通信的執行層為用戶和合約提供接口，以進行跨片傳輸和合約調用。該層的設計空間尚未得到很好的探索。關于此層的最新討論包括：

執行環境中的跨片調用分片之間可靠的價值轉移

跨片調用

基本問題是：當不同的分片上調用另一個分片的功能時會發生什么？對于分片式區塊鏈來說，設計并不是唯一的。它與在多個分區中分開執行應用程序的系統相同，例如：

單線程與多線程系統單一算機與網絡應用系統受到上述系統的啟發，簡單設計可以是以下幾種類型的調用：

異步調用，無返回指定了回調的異步調用同步調用

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