用資料分片來提升系統能負載的頻寬需求。壞人想偷藏資料又不能懲罰？沒關係，那我們幫他備份資料。

以捲為尊的升級路線裡面，為了提高第二層系統的負載能力，第一層的系統要想辦法解放更多的頻寬來讓第二層用。

這邊的頻寬是網路頻寬。當全節點要下載一個區塊時，必須透過網路線把區塊攜帶的資料下載下來，才有後續的驗證可言。

但現在的光纖和硬體設施就是固定的，要哪來解放出更多頻寬呢？

要的是哪種資料？

實際上，捲要使用的頻寬，或資料，在以太坊的圈子裡有個詞： Data availability ，簡稱 DA。

中文常譯做：資料可得性，或資料可用性

但實際上英文的詞就已經是個壞詞了。 Availability 和好幾個 IT 常用的詞彙撞詞。要解釋這個詞之前必須先解釋他不是什麼：

• 這個詞不是在講系統的可靠度。他和主機一年中上線多少時間無關
• 這詞也不是在講資料要保存在節點中多久

這詞講的是 出塊者該發布的資料，是否如實發佈，且是否驗證發布的過程保有足夠的安全性。

因為出塊者該發布的資料會影響全節點，有沒有辦法就到上一個區塊以前的資料，推導出當下系統的全域狀態。如果沒有辦法的話，就相當於系統掉資料了，全域狀態，也就是所有的帳戶、餘額和儲存區，有些地方毀損，是災難性的後果。

曾經有人提倡使用資料發布（Data Publication）來取代 Data availability ，但似乎採用的人不夠多。

但本系列秉持冒險採用獵奇翻譯風格，拋磚引玉以提倡翻譯的創新，本文會使用 資料發布 來稱呼 DA。

資料窩藏

資料發布的反面是資料窩藏。資料發布的問題就是一個資料窩藏的問題。

在現有的第一層和第二層系統，並沒有資料發布或資料窩藏的問題，或說已經充分的解決了。

在第一層系統中，全節點倚賴交易中的輸入資料來計算交易所代表的運算。全節點收下區塊的同時，也同時確保這些必須的資料都收到了。

早先的第二層系統，則是使用第一層的輸入資料，讓他們夾帶第二層系統上的交易。排序器必須在鏈上留下交易資料的雜湊值，來束縛交易的資料。驗算的過程會用這個雜湊值檢驗驗算的交易使否與當初發布的相同。

用訂價解放頻寬使用量

想解放頻寬的話，訂價策略是一個短期的思路。

用輸入資料的問題是，網路頻寬消耗的燃氣，與其他運算資源消耗的燃氣，競爭同一個區塊燃氣上限。這樣的問題是，如果 CPU 用得多的話，頻寬是沒被充分使用的。

近期用資料泡，以及分給資料泡專屬的燃氣定價，讓頻寬的使用率與定價獨立於其他運算資源。這讓捲捲們有更多便宜的資料可以用。

用節點分工來擴大頻寬

資料泡的設計是為了實現一個 2017 年的想法：分片（Sharding）。

分片是一個資料庫領域常見的策略：讓不同地域的資料庫分工儲存不同的資料，例如分亞洲、歐洲、美洲這樣。

但在點對點網路做分片意義不太一樣，的確有分工的部分，但就不是照地域分。

古早的分片是想做到 CPU 、頻寬、和儲存都分片，但如果要以捲為尊的話，分頻寬就夠。

要對頻寬分片的話，可以想像把點對點網路拆四個子網。我們給他們編號 0, 1, 2, 3 。

同時，系統要發布的資料也切成四份，分給四個子網。細節是這樣：有個比較強力的造塊者，造出一個攜帶大量資料的區塊。區塊中的資料切成四份。

對於 0 號子網的全節點，他會同步自己子網的全部資料。但其他三個子網的資料不能同步，不然就失去分片、分組、分工的意義了。

0 號子網的全節點去對其他子網的資料做「抽樣」是還可以接受的。只要這個頻寬的使用夠輕。

遊戲規則一：不能同步其他子網的資料

「為什麼 0 號子網的節點需要在乎其他子網的資料呢？不能每個子網的節點顧好自己的資料就好嗎？」特務 K 問。

「想像這個分片分到數百片或數千片的時候，每個子網的節點數會變小。相當於減少了備份的安全性。每個子網的資料，要讓其他子網有能力檢查，才不會讓壞人輕易攻陷某個小子網。」小雨說「這是之前規模化的遊戲規則：不能減損安全性。」

抽樣有其好處，但也有問題。抽樣可以讓 0 號子網的全節點，用很輕量的方式，檢查區塊中屬於其他子網的資料。但抽樣的方式只能保證該資料 90% 比例沒有問題。如果 3 號子網路的節點都被壞人壟斷，而出塊者窩藏 1% 的資料，仍然有辦法騙過其他好人佔據的子網路。

檢舉無效

「難道我們不能以類似押金加檢舉的方式，處理窩藏資料的出塊者嗎？」特務 K 問。

「好問題，問題是窩藏資料是一種難以咎責的行為」小雨說。

咎責窩藏資料的困擾，在於窩藏資料資料的人可以即時釋出資料，否認窩藏的行為。如果有個負責處理檢舉的驗算程式，他其實沒有辦法區分到底是被檢舉人真的窩藏資料，還是檢舉人故意找碴。

糾刪碼

2017 年的解決方案 是這樣：既然抽樣只能檢查到 90% 的資料有發布，那不如協議要求出塊者發布糾刪碼（Erasure Coding）編碼後的資料。

糾刪碼是一種神奇的編碼。經過糾刪碼編碼後的資料，可以任意消去某些部分。只要損失的資料低於一定的門檻，例如：仍有 50% 在，就能夠完整還原資料。

如果一個區塊可以被零號子網的節點收下，代表該區塊分派在其他子網的資料，已經至少有 90% 的部分發布出來。即使出塊者窩藏了 1%~10% ，零號子網可以透過糾刪碼去還原出原本區塊的資料。

這樣可以避免單一出塊者，或是單一子網被滲透而癱瘓整個網路。

總結

特務 K 總結了一下：

• 資料分片想把下載資料的任務分工，分給不同子網路的節點。
• 對於別的子網路，節點不用同步其資料，僅需對其抽樣即可。
• 但即使有抽檢資料了，出塊者可以窩藏極少數資料，讓系統掉資料。
• 窩藏資料沒辦法用檢舉加懲罰的方式處理，但可以用糾刪碼讓窩藏無效。
  • 如果窩藏太多，區塊會無法通過抽樣檢查，而被拋棄
  • 如果窩藏很少，窩藏的部分可以被糾刪碼還原。
• 資料分片之後，假設原先節點可以負擔 B 的資料：
  • 分 n 組，系統能負擔 n B
    • 當然能分到幾組，也是個 B 的函數。
      • 最後分片之後，系統能負擔的規模就是 O(B^2)
  • 假設抽樣成本不計
  • 糾刪碼對 B 是個線性倍的影響。

「理論上是這樣沒錯，實際上節點間的溝通有一堆實務上的挑戰尚待解決」小雨說。

現今已有 2024 年 Dencun 升級引入的資料泡（提案： EIP4844，儀表板： https://blobscan.com/ ）作為資料發布的載體，取代交易中的輸入資料欄位。但真正的資料分片，代號 PeerDAS，仍然在開發與測試當中（提案：EIP7594，會議）。