隨著以太坊生態的日漸繁榮，長久以來圍繞生態的一大問題就是：交易速度和費用。這也是以太坊挥之不去的問題，因此擴容也是最被廣泛討論的問題。這裡簡單介紹下歷史。
擴容之路#
Pos：區塊提議者和區塊驗證者分離，pos 工作流程是：
- 在分片提交交易
- 驗證者將交易添加到分片區塊中
- 信標鏈選擇驗證器以提出新的塊
- 其餘的驗證者組成隨機的委員會驗證分片上的提議
提出區塊和證明提議都需要在一個 slot 內完成，一般是 12s。每 32 個 slot 組成一個週期 epoch，每個 epoch 將打亂驗證者排序重新選舉委員會。
合併後，以太坊將為共識層實現提議者 - 構建者分離。Vitalik 認為，所有區塊鏈的終局是擁有中心化的區塊生產和去中心化的區塊驗證。由於分片後的以太坊區塊數據非常密集，出於對數據可用性的高要求，區塊生產的中心化是必要的。同時，必須有一種方法來維護一個去中心化的驗證者集，它可以驗證區塊並執行數據可用性抽樣。
什麼是分片？是水平分割數據庫以分散負載的過程#
分片是一種分區方式，可以在 P2P 網絡中分散計算任務和存儲工作負載，經過這種處理方式，每個節點不用負責處理整個網絡的交易負載，只需要維護與其分區（或分片）相關的信息就可以了。每個分片都有自己的驗證者網絡或者節點網絡。分片的安全性問題：
例如整個網絡有 10 條分片鏈，破壞整個網絡需要 51% 的算力，那麼破壞單個分片之需要 5.1% 的算力。
信標鏈，負責生成隨機數，將節點分配給分片，捕捉單個分片的快照，處理握手權益和其他各種功能，負責完成分片間的通信，協調網絡的同步。
分片的一個很大問題是跨分片。因為在分片中，每個節點群只處理該分片內的交易，交易在分片間會相對獨立，那麼 AB 兩用戶處於不同分片上，相互轉賬如何處理呢？
區塊存在被捨棄的情況，因此如果 A,B 被接受處理，在 #2 中選擇接受 W,X 交易，那麼整個交易就無法進行下去。儘管發生分叉的概率非常小。
過去的方式是數據可用性層分片，每個分片都有獨立的 proposers 和 committee。在驗證者集合中，每個驗證者輪流驗證分片的數據，他們將數據全部下載下來進行驗證。
缺點是：
- 需要嚴密的同步技術來保證驗證者之間能夠在一個 slot 內同步。
- 驗證者需要收集所有的 committee 的投票，這裡也會出現延遲。
- 而且驗證者完全下載數據對其壓力也很大。
第二種方法是放棄完全的數據驗證，而是採用數據可用性抽樣的方法。這裡又分為兩種隨機抽樣方式：
- 區塊隨機抽樣，對部分分片抽樣，如果驗證通過後，驗證者進行簽名。但是這裡的問題是，可能會出現遺漏交易的情況。
- 通過紅寫碼將數據重新解釋為多項式，再利用特定條件下多項式能夠恢復數據的特點，來確保數據的完整可用性。
多項式的性質：能夠從四個點去恢復數據
那麼只要保持 50% 以上的被編碼的數據是可用的，整個數據就是可用的。
當我們進行多次抽樣時，數據不可用的概率只有 2^-n
邏輯就是我們將數據進行紅寫碼變為多項式，再進行拓展，拓展能夠恢復數據。
這裡的問題就被轉移到了：在多項式拓展的過程中，是否被正確的拓展。
因為本身數據有問題，那麼拓展後，重新恢復數據也是錯誤的。那麼如何確保數據被正確的拓展呢？
- celestia 使用欺詐證明，這裡有一個同步問題
- ethereum 和 polygon avail 使用 kzg 承諾，這裡不需要誠實少數和同步問題。但 kzg 承諾不具備抗量子計算攻擊的能力，未來以太坊可能轉向 zkstarks 的技術，其抗量子算法攻擊。
在這個賽道裡面，最火熱的當屬采用零知識證明的 zksync 和 starkware 了。後續講詳細介紹他們。
什麼叫抗量子攻擊：就是該算法不依賴大量的數學安全假設。#
Kzg 承諾：證明多項式在特定位置的值與指定的數值一致。
KZG 承諾無非就是多項式承諾中的一種，能夠在不給定具體消息的情況下驗證消息。具體流程如下圖：
與 merkel 樹進行對比：#
整個流程就是：將數據通過紅寫碼化為多項式，將其拓展。使用 KZG 承諾確保我們的拓展是有效的，且原數據是有效的。然後利用拓展可以 reconstruct 數據，最後進行數據可用性抽樣。
Celestia 要求驗證者下載整個區塊，現在的 danksharding 則利用數據可用性抽樣技術。
由於區塊存在部分可用的情況，因此任何時候我們都需要重構區塊的時候保證同步。在區塊確實部分可用時，節點之間通信，將區塊拼湊出來。
KZG 承諾和數據欺詐證明的比較：#
可以看到 KZG 承諾能確保拓展和數據是正確的，而欺詐證明引入第三方進行觀察。最明顯的區別是，欺詐證明需要一個時間間隔來給觀察者進行反應，從而報告欺詐，這時候需要滿足節點直接的同步，以整個網絡能夠及時收到欺詐證明。KZG 則明顯的比欺詐證明更快，其使用數學方法來確保數據的正確，而不需要一個等待時間。
Celestia 自身的缺陷在於使用大區塊，要求驗證者下載全部數據，這個也是以太坊 danksahrding 的 proto 方案。那麼為了解決會出現的問題，celestia 未來也會選擇數據可用性抽樣的方法，那麼就需要用到 kzg 承諾。
無論是 kzg 還是欺詐證明都需要同步。因為存在概率發生區塊不可用的情況。