以太坊的可擴展性之路:The Surge解析

以太坊聯合創始人近期發布了一系列關於以太坊未來發展的文章,其中The Surge部分重點討論了以太坊的可擴展性和長期發展。這一階段的技術路線圖展示了以太坊如何轉變爲一個能處理巨大需求(TPS達到100,000+)且同時保持去中心化和安全的協議。

以太坊的核心願景

以太坊旨在成爲去中心化互聯網的基礎層。通過智能合約支持復雜的去中心化應用程式,使其成爲開發人員構建DeFi、NFT等應用的首選區塊鏈。

然而,以太坊在可擴展性方面存在局限性。L1每秒只能處理15-30筆交易,遠低於傳統支付網絡。這導致網路擁堵時gas費高昂,限制了以太坊成爲全球基礎設施的能力。The Surge正是爲解決這一問題而設計。

The Surge的主要目標包括:

• 以太坊L1+L2達到100,000+ TPS
• 保持L1的去中心化和穩健性
• 至少部分L2完全繼承以太坊的核心屬性
• 最大化L2間的互操作性

以rollup爲中心的未來

The Surge計劃主要通過L2解決方案提高可擴展性,rollup是其中的關鍵。這一路線圖提出了簡單分工:以太坊L1專注於成爲強大且去中心化的基礎層,L2則承擔幫助生態系統擴展的任務。

Rollup將交易在鏈下打包後提交回主網,在保持安全性和去中心化的同時顯著提高吞吐量。這可將以太坊的可擴展性提高到100,000 TPS以上,允許其處理全球規模的應用程序。

Rollup不僅是臨時解決方案,也是長期的擴展方案。以太坊2.0通過The Merge從PoW過渡到PoS降低了能耗,rollup則被視爲下一個重要裏程碑。

今年,以rollup爲中心的路線圖取得重要成果:EIP-4844 blobs的推出大幅增加了L1的數據帶寬,多個EVM rollup進入第一階段。每個L2作爲具有自身規則和邏輯的分片存在,分片實現的多樣性已成爲現實。

數據可用性採樣(DAS)的進一步發展

數據可用性採樣(DAS)是The Surge的另一關鍵方面,旨在解決數據可用性問題。在去中心化網路中,所有節點都可以驗證數據而無需存儲或下載所有內容,這一點至關重要。

DAS允許節點在不訪問完整數據集的前提下驗證數據,從而提高可擴展性和效率。

DAS有兩種主要形式:PeerDAS和2D DAS。PeerDAS有望增強rollup的安全性。2D DAS不僅在blob內進行隨機抽樣,還在blob之間進行抽樣。利用KZG承諾的線性屬性,通過新的虛擬blob來擴展區塊中的blob集,這些虛擬blob將相同的冗餘信息進行編碼。

借助DAS,以太坊可以處理更大量的數據,實現更快、更便宜的rollup,而不損害去中心化。未來還需要更多工作來確定2D DAS的理想版本,並證明其安全屬性。

長期現實路徑可能包括:

1. 實施理想的2D DAS
2. 堅持使用1D DAS,犧牲採樣帶寬效率,爲簡單性和健全性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

值得注意的是,即使決定直接在L1層擴展執行,這些選擇也是存在的。因爲如果L1要處理大量TPS,區塊將變得非常大,客戶端將需要高效驗證其正確性,因此不得不在L1層使用與rollup相同的技術。

Plasma和其他解決方案

除了Rollup,Plasma也是另一種L2解決方案。Plasma創建獨立於主鏈處理交易的子鏈,定期向主網提交摘要。運營商向用戶發送Merkle分支證明資產狀態變化。用戶可通過提供Merkle分支提取資產。

即使數據可用性出現問題,用戶仍可通過提取可用的最新狀態恢復資產。如果提交無效分支,可通過鏈上挑戰機制判斷資產歸屬。

雖然Plasma的開發落後於rollup,但仍被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在討論中,以進一步提高rollup和其他L2解決方案的效率。思路是在確保必要信息可供驗證的同時,盡可能壓縮數據。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。

跨L2互操作性改進

當前L2生態系統面臨的主要挑戰是跨L2互操作性較弱。改進互操作性的關鍵領域包括:

• 特定鏈的地址:地址應包含鏈信息,簡化跨L2發送流程
• 特定鏈的支付請求:標準化創建跨鏈支付請求的方式
• 跨鏈兌換和Gas支付:建立表達跨鏈操作的標準化開放協議
• 輕客戶端:用戶應能驗證正在交互的鏈,而不僅信任RPC提供商
• 共享代幣橋:創建共享的極簡Rollup管理跨L2代幣餘額,降低轉帳成本
• 同步組合性:允許L2與L1或多個L2之間同步調用,提高DeFi效率

這些改進面臨着標準化時機和層級的困境。過早標準化可能使較差方案根深蒂固,過晚則可能造成不必要的碎片化。一些情況下存在短期易實施和長期理想但耗時的兩種方案。這不僅是技術問題,也需要L2、錢包和L1的社會合作。

繼續擴展以太坊L1

擴展L1本身並確保其能容納更多用例仍然很有價值。L1擴展有三種策略:

1. 改進技術使L1更易驗證,然後提高Gas限制
2. 降低特定操作成本,在不增加最壞情況風險下增加平均容量
3. 原生Rollups(創建EVM的多個並行副本)

這些策略各有權衡。原生rollups在組合性方面存在與普通rollups相同的弱點。提高Gas上限可能削弱其他好處,如增加驗證節點用戶比例。根據實現方式,降低特定EVM操作成本可能增加整體復雜性。

去中心化和安全性

平衡可擴展性和去中心化是一個重要主題。許多項目犧牲去中心化換取更高吞吐量,但以太坊堅持在擴展的同時保持去中心化承諾。Rollup和DAS被視爲實現這一目標的方法,確保任何人都可以以真正去中心化的方式運行節點和保護網路。

可擴展性越高,安全性責任越大。確保rollup系統的無需信任性變得關鍵。這些技術的成熟需要嚴格測試和迭代,特別是在廣泛採用時。

The Surge的前景展望

以太坊未來願景是不僅可擴展,還保持完全去中心化、安全和可持續。這包括通過rollup和DAS擴展L1,構建更高效的共識算法,改進開發工具,以及培育蓬勃發展的dApp生態系統。

盡管路線圖樂觀,但仍面臨挑戰。大規模實施rollup、確保L2安全性、爲量子未來做準備都是復雜任務。若成功克服這些障礙,以太坊將鞏固其作爲Web3核心的地位。

以太坊專注於不犧牲去中心化的可擴展性,使其在快速發展的區塊鏈領域獨樹一幟。The Surge若成功,可能在未來幾年再次改變區塊鏈技術格局。