以太坊的擴展之路：The Surge 解析

以太坊聯合創始人維塔利克·布特林近期發布了一系列關於以太坊未來發展的文章,涵蓋了其路線圖的六個關鍵階段。本文將聚焦於第二階段 The Surge,探討以太坊如何實現可擴展性的飛躍。

以太坊的核心願景

以太坊的目標是成爲去中心化互聯網的基礎設施。通過智能合約,它支持了包括DeFi和NFT在內的復雜去中心化應用。然而,以太坊面臨着可擴展性的挑戰,目前每秒僅能處理15-30筆交易,遠低於傳統支付網絡的處理能力。這導致了網路擁堵時的高昂gas費,限制了以太坊成爲全球基礎設施的潛力。

The Surge 階段的主要目標包括:

• 將以太坊L1+L2的處理能力提升至每秒10萬筆以上
• 保持L1層的去中心化和穩健性
• 確保至少部分L2解決方案繼承以太坊的核心特性
• 最大化L2之間的互操作性,構建統一的生態系統

以 rollup 爲中心的未來

The Surge 戰略的核心是通過L2解決方案,特別是 rollup 技術來大幅提升可擴展性。在這一架構下,以太坊L1專注於成爲強大且去中心化的基礎層,而L2則承擔擴展生態系統的任務。

Rollup 在鏈下打包交易,然後將其提交回以太坊主網,在保持安全性和去中心化的同時顯著提高吞吐量。布特林認爲,rollup 可以將以太坊的可擴展性提升至每秒10萬筆以上,這將是一次變革性的飛躍。

今年,以 rollup 爲核心的路線圖已取得重要進展。隨着 EIP-4844 blobs 的推出,以太坊 L1 的數據帶寬大幅增加,多個以太坊虛擬機(EVM) rollup 也已進入第一階段。每個 L2 作爲獨立分片存在,實現了分片的多樣性。

數據可用性採樣(DAS)的進展

數據可用性採樣(DAS)是 The Surge 的另一個關鍵技術,旨在解決數據可用性問題。DAS 允許節點在不訪問完整數據集的情況下驗證數據,從而提高可擴展性和效率。

布特林強調了兩種形式的 DAS:PeerDAS 和 2D DAS。PeerDAS 有望增強 rollup 的安全性。2D DAS 不僅在 blob 內部進行採樣,還在 blob 之間進行採樣,通過創建虛擬 blob 來擴展一個區塊中的 blob 集。

DAS 技術使以太坊能夠處理更大量的數據,從而實現更快、更經濟的 rollup,同時不損害去中心化。未來還需要進一步完善 2D DAS,並證明其安全屬性。

布特林認爲長期的現實路徑包括:

1. 實施理想的 2D DAS
2. 堅持使用 1D DAS,犧牲採樣帶寬效率,接受較低的數據上限
3. 放棄 DA,完全接受 Plasma 作爲主要 Layer2 架構

即使決定直接在 L1 層擴展執行,這些選擇也是存在的。這是因爲如果 L1 要處理大量交易,區塊會變得非常大,客戶端將需要高效的驗證方法,不得不採用與 rollup 類似的技術。

Plasma 和其他解決方案

除了 Rollup,早期提出的鏈下擴展方案 Plasma 也是一種重要的 L2 解決方案。Plasma 創建子鏈,獨立處理交易並定期向主網提交摘要。盡管 Plasma 的開發在某種程度上落後於 rollup,布特林仍將其視爲以太坊可擴展性工具包的一部分。

此外,改進數據壓縮技術和加密證明也是提高 rollup 和其他 L2 解決方案效率的重要方向。這些技術改進很可能在以太坊實現更高吞吐量的過程中發揮關鍵作用。

早期的 Plasma 版本主要用於支付,難以進一步推廣。但如果要求每個根都用 SNARK 驗證,Plasma 的功能將大大增強。這不僅簡化了流程,還爲用戶提供了無需等待挑戰期即可立即提取資金的新途徑。

Plasma 的性能相當出色,這也是人們致力於設計巧妙結構以克服其安全不足的主要原因。

跨 L2 互操作性的改進

當前 L2 生態系統面臨的一個主要挑戰是跨 L2 互操作性較弱。要讓使用 L2 生態系統的體驗如同使用統一的以太坊生態系統,還需要解決以下問題:

• 特定鏈的地址:地址中應包含鏈信息,以簡化跨 L2 發送流程。
• 特定鏈的支付請求:應能輕鬆創建標準化的跨鏈支付請求。
• 跨鏈兌換和 Gas 支付:需要標準化的開放協議來表達跨鏈操作。
• 輕客戶端:用戶應能驗證他們正在交互的鏈,而不僅僅是信任 RPC 提供商。
• 共享代幣橋理念:創建共享的極簡 Rollup,專門用於管理跨 L2 的代幣餘額和轉帳。
• 同步組合性:允許在特定 L2 與 L1 之間或多個 L2 之間進行同步調用,提高 DeFi 協議的效率。

這些改進不僅是技術問題,還需要 L2、錢包和 L1 的協作。在標準化時機和範圍上需要權衡,以避免過早固化劣解或造成不必要的碎片化。

繼續擴展以太坊 L1

布特林認爲,擴展以太坊 L1 本身並使其能夠容納更多用例仍然非常重要。L1 擴展有三種策略:

1. 改進技術以使 L1 更易於驗證,然後提高 Gas 限制
2. 降低特定操作的成本,在不增加最壞情況風險的情況下增加平均容量
3. 實現原生 Rollups,即創建 EVM 的多個並行副本

這些策略各有權衡。例如,原生 rollups 在組合性方面存在與普通 rollups 相同的限制。提高 Gas 上限可能會削弱其他潛在好處,如增加運行驗證節點的用戶比例。根據實現方式,降低特定 EVM 操作的成本可能會增加整體復雜性。

去中心化和安全性

在追求可擴展性的同時,以太坊堅持保持去中心化。與一些犧牲去中心化換取高吞吐量的區塊鏈不同,以太坊通過 Rollup 和 DAS 等技術來增加容量,同時保持其去中心化特性。這確保任何人都可以運行節點,以真正去中心化的方式保護網路。

隨着以太坊向以 rollup 爲中心的未來邁進,確保這些系統的無需信任性變得至關重要。盡管 rollup 的加密證明機制已被證明有效,但仍存在風險。這些技術的成熟需要嚴格的測試和迭代,特別是在廣泛採用的情況下。

The Surge 的前景展望

The Surge 階段完成後,以太坊有望實現高度可擴展性,同時保持完全去中心化、安全和可持續性。這一願景不僅包括通過 rollup 和 DAS 擴展第 1 層,還包括構建更高效的共識算法、改進開發者工具以及培育蓬勃發展的 dApp 生態系統。

盡管以太坊的路線圖充滿雄心,但也面臨諸多挑戰。大規模實施 rollup、確保 L2 解決方案的安全性以及爲量子時代做準備都是復雜的任務。然而,如果以太坊能夠成功克服這些障礙,它將鞏固其作爲 Web3 核心的地位,成爲一個去中心化的、用戶控制的互聯網基礎設施。

在快速發展的區塊鏈領域,以太坊專注於在不犧牲去中心化的前提下實現可擴展性,這是其獨特之處。如果 The Surge 階段成功實施,它可能會在未來幾年再次改變區塊鏈技術的格局,爲去中心化應用的大規模採用鋪平道路。