以太坊的扩展之路：The Surge 解析

以太坊联合创始人维塔利克·布特林近期发布了一系列关于以太坊未来发展的文章,涵盖了其路线图的六个关键阶段。本文将聚焦于第二阶段 The Surge,探讨以太坊如何实现可扩展性的飞跃。

以太坊的核心愿景

以太坊的目标是成为去中心化互联网的基础设施。通过智能合约,它支持了包括DeFi和NFT在内的复杂去中心化应用。然而,以太坊面临着可扩展性的挑战,目前每秒仅能处理15-30笔交易,远低于传统支付网络的处理能力。这导致了网络拥堵时的高昂gas费,限制了以太坊成为全球基础设施的潜力。

The Surge 阶段的主要目标包括:

• 将以太坊L1+L2的处理能力提升至每秒10万笔以上
• 保持L1层的去中心化和稳健性
• 确保至少部分L2解决方案继承以太坊的核心特性
• 最大化L2之间的互操作性,构建统一的生态系统

以 rollup 为中心的未来

The Surge 战略的核心是通过L2解决方案,特别是 rollup 技术来大幅提升可扩展性。在这一架构下,以太坊L1专注于成为强大且去中心化的基础层,而L2则承担扩展生态系统的任务。

Rollup 在链下打包交易,然后将其提交回以太坊主网,在保持安全性和去中心化的同时显著提高吞吐量。布特林认为,rollup 可以将以太坊的可扩展性提升至每秒10万笔以上,这将是一次变革性的飞跃。

今年,以 rollup 为核心的路线图已取得重要进展。随着 EIP-4844 blobs 的推出,以太坊 L1 的数据带宽大幅增加,多个以太坊虚拟机(EVM) rollup 也已进入第一阶段。每个 L2 作为独立分片存在,实现了分片的多样性。

数据可用性采样(DAS)的进展

数据可用性采样(DAS)是 The Surge 的另一个关键技术,旨在解决数据可用性问题。DAS 允许节点在不访问完整数据集的情况下验证数据,从而提高可扩展性和效率。

布特林强调了两种形式的 DAS:PeerDAS 和 2D DAS。PeerDAS 有望增强 rollup 的安全性。2D DAS 不仅在 blob 内部进行采样,还在 blob 之间进行采样,通过创建虚拟 blob 来扩展一个区块中的 blob 集。

DAS 技术使以太坊能够处理更大量的数据,从而实现更快、更经济的 rollup,同时不损害去中心化。未来还需要进一步完善 2D DAS,并证明其安全属性。

布特林认为长期的现实路径包括:

1. 实施理想的 2D DAS
2. 坚持使用 1D DAS,牺牲采样带宽效率,接受较低的数据上限
3. 放弃 DA,完全接受 Plasma 作为主要 Layer2 架构

即使决定直接在 L1 层扩展执行,这些选择也是存在的。这是因为如果 L1 要处理大量交易,区块会变得非常大,客户端将需要高效的验证方法,不得不采用与 rollup 类似的技术。

Plasma 和其他解决方案

除了 Rollup,早期提出的链下扩展方案 Plasma 也是一种重要的 L2 解决方案。Plasma 创建子链,独立处理交易并定期向主网提交摘要。尽管 Plasma 的开发在某种程度上落后于 rollup,布特林仍将其视为以太坊可扩展性工具包的一部分。

此外,改进数据压缩技术和加密证明也是提高 rollup 和其他 L2 解决方案效率的重要方向。这些技术改进很可能在以太坊实现更高吞吐量的过程中发挥关键作用。

早期的 Plasma 版本主要用于支付,难以进一步推广。但如果要求每个根都用 SNARK 验证,Plasma 的功能将大大增强。这不仅简化了流程,还为用户提供了无需等待挑战期即可立即提取资金的新途径。

Plasma 的性能相当出色,这也是人们致力于设计巧妙结构以克服其安全不足的主要原因。

跨 L2 互操作性的改进

当前 L2 生态系统面临的一个主要挑战是跨 L2 互操作性较弱。要让使用 L2 生态系统的体验如同使用统一的以太坊生态系统,还需要解决以下问题:

• 特定链的地址:地址中应包含链信息,以简化跨 L2 发送流程。
• 特定链的支付请求:应能轻松创建标准化的跨链支付请求。
• 跨链兑换和 Gas 支付:需要标准化的开放协议来表达跨链操作。
• 轻客户端:用户应能验证他们正在交互的链,而不仅仅是信任 RPC 提供商。
• 共享代币桥理念:创建共享的极简 Rollup,专门用于管理跨 L2 的代币余额和转账。
• 同步组合性:允许在特定 L2 与 L1 之间或多个 L2 之间进行同步调用,提高 DeFi 协议的效率。

这些改进不仅是技术问题,还需要 L2、钱包和 L1 的协作。在标准化时机和范围上需要权衡,以避免过早固化劣解或造成不必要的碎片化。

继续扩展以太坊 L1

布特林认为,扩展以太坊 L1 本身并使其能够容纳更多用例仍然非常重要。L1 扩展有三种策略:

1. 改进技术以使 L1 更易于验证,然后提高 Gas 限制
2. 降低特定操作的成本,在不增加最坏情况风险的情况下增加平均容量
3. 实现原生 Rollups,即创建 EVM 的多个并行副本

这些策略各有权衡。例如,原生 rollups 在组合性方面存在与普通 rollups 相同的限制。提高 Gas 上限可能会削弱其他潜在好处,如增加运行验证节点的用户比例。根据实现方式,降低特定 EVM 操作的成本可能会增加整体复杂性。

去中心化和安全性

在追求可扩展性的同时,以太坊坚持保持去中心化。与一些牺牲去中心化换取高吞吐量的区块链不同,以太坊通过 Rollup 和 DAS 等技术来增加容量,同时保持其去中心化特性。这确保任何人都可以运行节点,以真正去中心化的方式保护网络。

随着以太坊向以 rollup 为中心的未来迈进,确保这些系统的无需信任性变得至关重要。尽管 rollup 的加密证明机制已被证明有效,但仍存在风险。这些技术的成熟需要严格的测试和迭代,特别是在广泛采用的情况下。

The Surge 的前景展望

The Surge 阶段完成后,以太坊有望实现高度可扩展性,同时保持完全去中心化、安全和可持续性。这一愿景不仅包括通过 rollup 和 DAS 扩展第 1 层,还包括构建更高效的共识算法、改进开发者工具以及培育蓬勃发展的 dApp 生态系统。

尽管以太坊的路线图充满雄心,但也面临诸多挑战。大规模实施 rollup、确保 L2 解决方案的安全性以及为量子时代做准备都是复杂的任务。然而,如果以太坊能够成功克服这些障碍,它将巩固其作为 Web3 核心的地位,成为一个去中心化的、用户控制的互联网基础设施。

在快速发展的区块链领域,以太坊专注于在不牺牲去中心化的前提下实现可扩展性,这是其独特之处。如果 The Surge 阶段成功实施,它可能会在未来几年再次改变区块链技术的格局,为去中心化应用的大规模采用铺平道路。