以太坊的可扩展性之路:The Surge解析

以太坊联合创始人近期发布了一系列关于以太坊未来发展的文章,其中The Surge部分重点讨论了以太坊的可扩展性和长期发展。这一阶段的技术路线图展示了以太坊如何转变为一个能处理巨大需求(TPS达到100,000+)且同时保持去中心化和安全的协议。

以太坊的核心愿景

以太坊旨在成为去中心化互联网的基础层。通过智能合约支持复杂的去中心化应用程序,使其成为开发人员构建DeFi、NFT等应用的首选区块链。

然而,以太坊在可扩展性方面存在局限性。L1每秒只能处理15-30笔交易,远低于传统支付网络。这导致网络拥堵时gas费高昂,限制了以太坊成为全球基础设施的能力。The Surge正是为解决这一问题而设计。

The Surge的主要目标包括:

• 以太坊L1+L2达到100,000+ TPS
• 保持L1的去中心化和稳健性
• 至少部分L2完全继承以太坊的核心属性
• 最大化L2间的互操作性

以rollup为中心的未来

The Surge计划主要通过L2解决方案提高可扩展性,rollup是其中的关键。这一路线图提出了简单分工:以太坊L1专注于成为强大且去中心化的基础层,L2则承担帮助生态系统扩展的任务。

Rollup将交易在链下打包后提交回主网,在保持安全性和去中心化的同时显著提高吞吐量。这可将以太坊的可扩展性提高到100,000 TPS以上,允许其处理全球规模的应用程序。

Rollup不仅是临时解决方案,也是长期的扩展方案。以太坊2.0通过The Merge从PoW过渡到PoS降低了能耗,rollup则被视为下一个重要里程碑。

今年,以rollup为中心的路线图取得重要成果:EIP-4844 blobs的推出大幅增加了L1的数据带宽,多个EVM rollup进入第一阶段。每个L2作为具有自身规则和逻辑的分片存在,分片实现的多样性已成为现实。

数据可用性采样(DAS)的进一步发展

数据可用性采样(DAS)是The Surge的另一关键方面,旨在解决数据可用性问题。在去中心化网络中,所有节点都可以验证数据而无需存储或下载所有内容,这一点至关重要。

DAS允许节点在不访问完整数据集的前提下验证数据,从而提高可扩展性和效率。

DAS有两种主要形式:PeerDAS和2D DAS。PeerDAS有望增强rollup的安全性。2D DAS不仅在blob内进行随机抽样,还在blob之间进行抽样。利用KZG承诺的线性属性,通过新的虚拟blob来扩展区块中的blob集,这些虚拟blob将相同的冗余信息进行编码。

借助DAS,以太坊可以处理更大量的数据,实现更快、更便宜的rollup,而不损害去中心化。未来还需要更多工作来确定2D DAS的理想版本,并证明其安全属性。

长期现实路径可能包括:

1. 实施理想的2D DAS
2. 坚持使用1D DAS,牺牲采样带宽效率,为简单性和健全性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

值得注意的是,即使决定直接在L1层扩展执行,这些选择也是存在的。因为如果L1要处理大量TPS,区块将变得非常大,客户端将需要高效验证其正确性,因此不得不在L1层使用与rollup相同的技术。

Plasma和其他解决方案

除了Rollup,Plasma也是另一种L2解决方案。Plasma创建独立于主链处理交易的子链,定期向主网提交摘要。运营商向用户发送Merkle分支证明资产状态变化。用户可通过提供Merkle分支提取资产。

即使数据可用性出现问题,用户仍可通过提取可用的最新状态恢复资产。如果提交无效分支,可通过链上挑战机制判断资产归属。

虽然Plasma的开发落后于rollup,但仍被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在讨论中,以进一步提高rollup和其他L2解决方案的效率。思路是在确保必要信息可供验证的同时,尽可能压缩数据。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。

跨L2互操作性改进

当前L2生态系统面临的主要挑战是跨L2互操作性较弱。改进互操作性的关键领域包括:

• 特定链的地址:地址应包含链信息,简化跨L2发送流程
• 特定链的支付请求:标准化创建跨链支付请求的方式
• 跨链兑换和Gas支付:建立表达跨链操作的标准化开放协议
• 轻客户端:用户应能验证正在交互的链,而不仅信任RPC提供商
• 共享代币桥:创建共享的极简Rollup管理跨L2代币余额,降低转账成本
• 同步组合性:允许L2与L1或多个L2之间同步调用,提高DeFi效率

这些改进面临着标准化时机和层级的困境。过早标准化可能使较差方案根深蒂固,过晚则可能造成不必要的碎片化。一些情况下存在短期易实施和长期理想但耗时的两种方案。这不仅是技术问题,也需要L2、钱包和L1的社会合作。

继续扩展以太坊L1

扩展L1本身并确保其能容纳更多用例仍然很有价值。L1扩展有三种策略:

1. 改进技术使L1更易验证,然后提高Gas限制
2. 降低特定操作成本,在不增加最坏情况风险下增加平均容量
3. 原生Rollups(创建EVM的多个并行副本)

这些策略各有权衡。原生rollups在组合性方面存在与普通rollups相同的弱点。提高Gas上限可能削弱其他好处,如增加验证节点用户比例。根据实现方式,降低特定EVM操作成本可能增加整体复杂性。

去中心化和安全性

平衡可扩展性和去中心化是一个重要主题。许多项目牺牲去中心化换取更高吞吐量,但以太坊坚持在扩展的同时保持去中心化承诺。Rollup和DAS被视为实现这一目标的方法,确保任何人都可以以真正去中心化的方式运行节点和保护网络。

可扩展性越高,安全性责任越大。确保rollup系统的无需信任性变得关键。这些技术的成熟需要严格测试和迭代,特别是在广泛采用时。

The Surge的前景展望

以太坊未来愿景是不仅可扩展,还保持完全去中心化、安全和可持续。这包括通过rollup和DAS扩展L1,构建更高效的共识算法,改进开发工具,以及培育蓬勃发展的dApp生态系统。

尽管路线图乐观,但仍面临挑战。大规模实施rollup、确保L2安全性、为量子未来做准备都是复杂任务。若成功克服这些障碍,以太坊将巩固其作为Web3核心的地位。

以太坊专注于不牺牲去中心化的可扩展性,使其在快速发展的区块链领域独树一帜。The Surge若成功,可能在未来几年再次改变区块链技术格局。