探索ETH2.0：跨片通信是如何处理的？

文：头等舱

随着Eth2.0的阶段深入，研究重点正在转移到阶段2：状态执行。此阶段最重要的一个方面是跨片通信的处理，它影响了分片化区块链系统的可扩展性，执行环境容量以及用户体验。这篇文章旨在帮助读者了解跨片通信的设计，并探讨可用方式。

跨片通信的设计可以分为两层：

1.共识层：用于处理跨片消息传递。这个设计会影响分片式区块链系统的可扩展性。

2.执行层：包括跨片传输和合约调用的接口。这个设计选择会影响执行环境的容量。

共识层

跨片通信的共识层负责在区块链系统的各个分区传递跨片消息。主要挑战是在保持可扩展性的同时，为跨片消息的有效性提供强有力的保证。该层可分为两部分：

盘和林：使用数字人民币缴纳了税款标志着深圳在探索数字人民币缴税场景中又迈出一步:11月1日消息，近日，来自中国香港、在深圳创业的陈先生在深圳市前海税务局办税服务厅申报了9月份的个人所得税，并成功使用数字人民币缴纳了税款。这是香港个人使用数字人民币在深圳缴税的首例。中南财经政法大学数字经济研究院执行院长、教授盘和林在接受采访时表示，这标志着深圳在探索数字人民币缴税场景中又迈出一步，进一步扩大了数字人民币的使用范围；同时也探索了数字人民币未来在跨境业务中使用的可能性及安全性，探索数字人民币推进人民币国际化的可能性。（证券日报）[2021/11/1 6:24:04]

发送/接收最终确定性数据传送

摩根士丹利数字资产负责人：摩根士丹利曾探索推出基于比特币期货的掉期产品:摩根士丹利数字资产负责人Andrew Peel最近在博客节目中表示，自2018年以来，传统金融服务基础设施参与者一直非常关注金融市场基础设施的发展。Peel在进入摩根士丹利后参与了一些大型欧洲交易所的计划，这些计划正寻求使用DLT和智能合约等。此外，Peel称，摩根士丹利曾探索如何为客户提供基于比特币期货的掉期产品。虽然最终并未推出掉期产品，但曾进行了许多客户讨论。（The Block）[2021/2/4 18:50:33]

发送/接收最终确定性

源分片和目标分片必须分别完成跨片消息的发送和接收。为实现此目标可采用的设计有：

声音 | 黄金老：区块链等技术在推动产业数字化、智能化方面均已有很好的探索:据新京报报道，苏宁银行董事长黄金老在近期接受记者专访时表示，中国的金融科技整体上仍处于早期发展阶段。对于金融科技企业在数字经济时代的发展机遇，黄金老认为，如果把视线从金融业移开，整个产业互联网的发展进程中也孕育着很多机遇。大数据、人工智能、区块链、物联网等技术在推动产业数字化、智能化方面均已有了很好的探索，未来能发挥更大的作用。[2019/10/30]

异步：源分片发送消息，而目标分片可以在将来的任何时间接收此消息。同步：目标分片在源分片确定发送之后的有限时间内接受消息。有多种方法可以实现此目的：·分片之间运行某种共识协议，并决定同时发送和接收，例如：分片拜占庭式原子提交。·源分片先发送，而相应的目标分片必须在一段时间内接收，例如：CBCCasper跨片消息传递。此方法要求在源分片和目标分片之间存在层次结构，否则，由于发送和接收冲突而可能导致僵局。·将跨片消息放置在信标链上，并强制目标分片在下一个交叉之前接收它们。同步与Eth2.0的设计不兼容，因为它需要分片以某种方式协调发送和接收最终确定性。

数据传送

先前的机制涉及发送和接收的最终确定性，这与实际完成消息的发送或接收不同。这是数据传送机制的任务。

ETH2.0的设计要求所有共识活动仅在信标链中发生。这意味着所有跨片消息都必须“流经”信标链。这为我们提供了跨片数据传递的两种选择：

协议交付：协议通过使跨片消息在信标链上可用，来交付跨片消息的完整数据。这增加了信标链的开销，并严重影响了系统的可扩展性。用户交付：该协议仅在跨片消息的最少信息上达成共识。然后，用户负责将与跨片消息关联的Merkle分支传递到目标分片。此方法更适合Eth2.0，因为它遵循仅在信标链上的merkle根上形成共识的一般原理。

共识层的拟议设计

为了优先权衡系统可扩展性，异步发送/接收最终确定性和用户交付数据的解决方案是更可行的。在shard分片A上的用户1发送Ether给在分片B的用户2如下：

1.用户1在shardA上创建事务TX1，从EE1标记余额，并声明目标是用户2。

2.当来自shardA的crosslink包含在信标链中时，收集最后一个crosslink以来的所有跨片交易的merkle根出现在信标链上。这是shardA中包含TX1的证据。

3.shardB发现了信标链上的这个merkle根，用户2创建交易TX2，显示shardB包含TX1的merkle证明。这允许将适当的金额标记到用户2在EE2上的余额。

执行层

跨片通信的执行层为用户和合约提供接口，以进行跨片传输和合约调用。该层的设计空间尚未得到很好的探索。关于此层的最新讨论包括：

执行环境中的跨片调用分片之间可靠的价值转移

跨片调用

基本问题是：当不同的分片上调用另一个分片的功能时会发生什么？对于分片式区块链来说，设计并不是唯一的。它与在多个分区中分开执行应用程序的系统相同，例如：

单线程与多线程系统单一算机与网络应用系统受到上述系统的启发，简单设计可以是以下几种类型的调用：

异步调用，无返回指定了回调的异步调用同步调用

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