以太坊技術升級The Surge:實現百萬級TPS的宏偉藍圖

近期，以太坊聯合創始人分享了關於以太坊未來發展的系列文章,涵蓋了六個關鍵階段。本文聚焦第二階段The Surge,探討以太坊如何在保持去中心化的同時,大幅提升可擴展性,實現每秒10萬次以上的交易處理能力。

以太坊的核心願景

以太坊的終極目標是成爲去中心化互聯網的基礎設施。通過智能合約,它支持開發復雜的去中心化應用,如DeFi和NFT等。然而,目前以太坊L1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。這導致網路擁堵時gas費高昂,限制了其成爲全球基礎設施的潛力。The Surge正是爲解決這一瓶頸而設計。

The Surge的主要目標包括:

• 以太坊L1+L2達到10萬+ TPS
• 保持L1的去中心化和穩健性
• 至少部分L2完全繼承以太坊核心屬性
• 最大化L2間互操作性,構建統一生態系統

以rollup爲核心的擴展方案

The Surge主要通過L2解決方案提升可擴展性,rollup是其中的關鍵。以rollup爲中心的路線圖將以太坊L1定位爲強大去中心化的基礎層,由L2承擔擴展任務。

Rollup在鏈下打包交易後提交到主網,在保證安全性和去中心化的同時顯著提高吞吐量。據估計,rollup可將以太坊擴展至每秒10萬次以上交易,這將是變革性的進步。

近期以rollup爲中心的路線圖已取得重要進展:隨着EIP-4844 blobs的推出,以太坊L1數據帶寬大幅提升;多個以太坊虛擬機rollup進入第一階段;L2作爲具有獨立規則和邏輯的分片存在,分片實現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。DAS允許節點在不訪問完整數據的情況下驗證數據,從而提高可擴展性和效率。

目前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內隨機抽樣,還在blob之間隨機抽樣,通過虛擬blob擴展區塊中的blob集。

借助DAS,以太坊可處理更大量數據,實現更快更便宜的rollup,同時不影響去中心化。未來還需進一步完善2D DAS,證明其安全屬性。

長期來看,可能的發展路徑包括:

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
3. 放棄DA,完全接受Plasma作爲主要L2架構

值得注意的是,即使決定在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類似的技術。

Plasma和其他解決方案

除rollup外,Plasma是另一種早期提出的L2擴展方案。Plasma創建獨立處理交易的子鏈,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,用戶可通過分支提取資產。即使數據可用性出問題,用戶仍可提取最新可用狀態恢復資產。

雖然Plasma開發落後於rollup,但仍被視爲以太坊可擴展性工具包的重要組成部分。此外,改進數據壓縮和加密證明技術也有助於提高rollup和其他L2解決方案的效率。

早期Plasma版本僅支持支付功能,難以進一步擴展。但如果每個根都用SNARK驗證,Plasma將變得更強大,簡化流程並開闢新路徑。使用ZK-SNARK構建平行UTXO樹,反映EVM餘額變化,可作爲構建Plasma的一種方法。

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,需要改進以提供統一的以太坊生態系統體驗。主要改進方向包括:

• 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消息
• 跨鏈兌換和Gas支付:開發標準化開放協議表達跨鏈操作
• 輕客戶端:用戶應能驗證交互鏈,而非僅信任RPC提供商
• 共享代幣橋:創建共享極簡Rollup管理代幣餘額,降低跨L2轉帳成本
• 同步組合性:允許L2與L1或多個L2間同步調用,提高DeFi效率

這些改進面臨標準化時機和層級的挑戰。某些情況下存在短期易實施方案和長期"正確"方案,需要L2、錢包和L1合作解決。

繼續擴展以太坊L1

擴展L1本身並支持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,提高Gas限制
2. 降低特定操作成本,增加平均容量
3. 原生Rollups(創建多個並行EVM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相同的弱點。提高Gas上限可能削弱其他好處,如增加驗證節點和solo質押者數量。降低EVM特定操作成本可能增加整體復雜性。

去中心化和安全性

可擴展性與去中心化的平衡是一個關鍵議題。某些區塊鏈項目爲提高吞吐量犧牲了去中心化,而以太坊堅持在擴展的同時保持去中心化承諾。Rollup和DAS被視爲增加容量同時保持去中心化的方法。

可擴展性提升帶來更大的安全責任。確保rollup系統的無需信任性至關重要,這需要嚴格測試和迭代,尤其是在廣泛採用時。

The Surge的前景展望

The Surge描繪了以太坊不僅可擴展,還能保持去中心化、安全和可持續性的願景。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,培育dApp生態系統。

以太坊的路線圖充滿挑戰,包括大規模實施rollup、確保L2安全性、爲量子未來做準備等。但如果成功克服這些障礙,以太坊將鞏固其作爲去中心化用戶控制互聯網核心的地位。

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。The Surge的成功可能在未來幾年再次改變區塊鏈技術格局。