以太坊的擴展之路:The Surge解析

自2022年10月以來,以太坊聯合創始人Vitalik Buterin發布了一系列關於以太坊未來發展的文章,涵蓋了六個關鍵階段:The Merge、The Surge、The Scourge、The Verge、The Purge和The Splurge。本文將重點解析第二階段The Surge,探討以太坊如何實現可擴展性提升和長期發展。

以太坊的核心願景

以太坊的本質目標是成爲去中心化互聯網的基礎設施。通過智能合約,以太坊支持開發復雜的去中心化應用,包括DeFi、NFT等。然而,以太坊面臨可擴展性的挑戰,主網每秒僅能處理15-30筆交易,遠低於傳統支付網絡。這導致網路擁堵時gas費用高昂,限制了以太坊成爲全球基礎設施的潛力。The Surge正是爲解決這一問題而設計。

The Surge的主要目標包括:

• 實現以太坊L1+L2每秒10萬+筆交易處理能力
• 保持L1的去中心化和穩健性
• 確保部分L2完全繼承以太坊的核心特性
• 最大化L2間的互操作性,打造統一生態系統

以rollup爲核心的擴展方案

The Surge的核心是通過L2解決方案提升可擴展性,其中rollup是關鍵組成。以rollup爲中心的路線圖提出了清晰分工:以太坊L1專注於成爲強大的去中心化基礎層,L2承擔擴展生態系統的任務。

Rollup將交易在鏈下打包後提交到主網,在保持安全性和去中心化的同時顯著提高吞吐量。Vitalik認爲rollup可將以太坊擴展至每秒10萬+筆交易,這將是變革性的提升,使以太坊能夠在不犧牲去中心化的前提下支持全球規模應用。

Vitalik強調,rollup不僅是臨時解決方案,更是長期的擴展方案。繼The Merge實現PoS轉型後,rollup被視爲下一個重要裏程碑。2023年,以rollup爲中心的路線圖取得重要進展:EIP-4844 blobs的推出大幅提升了L1數據帶寬,多個EVM rollup已進入第一階段。每個L2作爲獨立分片存在,分片實現方式的多樣化已成爲現實。

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的另一個關鍵技術,旨在解決數據可用性問題。在去中心化網路中,所有節點都能驗證數據而無需存儲或下載全部內容至關重要。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。

Vitalik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內隨機採樣,還在blob間隨機採樣。通過DAS,以太坊可處理更大量數據,實現更快速、低成本的rollup,同時不影響去中心化。

未來仍需進一步研究確定2D DAS的理想版本及其安全屬性。Vitalik提出了幾種可能的長期路徑:

1. 實施理想的2D DAS
2. 堅持使用1D DAS,犧牲採樣效率換取簡單性和穩健性
3. 放棄DA,完全採用Plasma作爲主要L2架構

值得注意的是,即使決定直接在L1擴展執行,這些選擇仍然存在。因爲如果L1要處理大量交易,區塊會變得很大,客戶端需要高效驗證方法,不得不使用與rollup相同的技術。

Plasma和其他解決方案

除了Rollup,早期提出的鏈下擴展方案Plasma也是重要的L2解決方案。Plasma創建子鏈獨立處理交易,定期向主網提交摘要。對每個區塊,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。

雖然Plasma的開發相對滯後於rollup,但Vitalik仍將其視爲以太坊可擴展性工具包的重要組成部分。此外,改進數據壓縮技術和加密證明也有助於提高rollup和其他L2方案的效率。

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。改進跨L2互操作性的幾個關鍵方面包括:

• 特定鏈的地址:地址中應包含鏈信息,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
• 跨鏈兌換和Gas支付:建立標準化的開放協議表達跨鏈操作
• 輕客戶端:用戶應能驗證交互的鏈,而非僅信任RPC提供商
• 共享代幣橋:創建共享的極簡Rollup維護代幣餘額,實現低成本跨L2轉帳
• 同步組合性:允許L2與L1或多個L2之間的同步調用,提高DeFi效率

這些改進不僅是技術問題,也需要L2、錢包和L1的社會合作。

繼續擴展以太坊L1

Vitalik認爲,擴展以太坊L1本身並確保其能夠支持更多用例仍然非常重要。L1擴展有三種策略:

1. 改進技術以提高L1驗證效率,然後提高Gas限制
2. 降低特定操作成本,在不增加風險的情況下提高平均容量
3. 原生Rollups,即創建EVM的多個並行副本

這些策略各有權衡,需要根據具體情況選擇。

去中心化和安全性

可擴展性與去中心化的平衡是Vitalik反復強調的主題。許多區塊鏈犧牲去中心化換取高吞吐量,但Vitalik堅持以太坊必須在擴展的同時保持去中心化。Rollup和DAS被視爲增加容量同時保持去中心化的方法。

隨着以太坊走向以rollup爲中心的未來,確保這些系統的無需信任性至關重要。雖然rollup已被證明有效,但仍存在風險,需要嚴格測試和迭代。

The Surge的前景展望

The Surge之後,Vitalik設想以太坊不僅可擴展,還能保持完全去中心化、安全和可持續。這一願景包括通過rollup和DAS擴展L1,構建更高效的共識算法,改進開發工具,培育dApp生態系統。

以太坊的路線圖面臨諸多挑戰,如大規模實施rollup、確保L2安全性、爲量子時代做準備等。但如果成功克服這些障礙,以太坊將鞏固其作爲Web3核心的地位。

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