以太坊技术升级The Surge:实现百万级TPS的宏伟蓝图

近期，以太坊联合创始人分享了关于以太坊未来发展的系列文章,涵盖了六个关键阶段。本文聚焦第二阶段The Surge,探讨以太坊如何在保持去中心化的同时,大幅提升可扩展性,实现每秒10万次以上的交易处理能力。

以太坊的核心愿景

以太坊的终极目标是成为去中心化互联网的基础设施。通过智能合约,它支持开发复杂的去中心化应用,如DeFi和NFT等。然而,目前以太坊L1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。这导致网络拥堵时gas费高昂,限制了其成为全球基础设施的潜力。The Surge正是为解决这一瓶颈而设计。

The Surge的主要目标包括:

• 以太坊L1+L2达到10万+ TPS
• 保持L1的去中心化和稳健性
• 至少部分L2完全继承以太坊核心属性
• 最大化L2间互操作性,构建统一生态系统

以rollup为核心的扩展方案

The Surge主要通过L2解决方案提升可扩展性,rollup是其中的关键。以rollup为中心的路线图将以太坊L1定位为强大去中心化的基础层,由L2承担扩展任务。

Rollup在链下打包交易后提交到主网,在保证安全性和去中心化的同时显著提高吞吐量。据估计,rollup可将以太坊扩展至每秒10万次以上交易,这将是变革性的进步。

近期以rollup为中心的路线图已取得重要进展:随着EIP-4844 blobs的推出,以太坊L1数据带宽大幅提升;多个以太坊虚拟机rollup进入第一阶段;L2作为具有独立规则和逻辑的分片存在,分片实现的多样化已成为现实。

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的情况下验证数据,从而提高可扩展性和效率。

目前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内随机抽样,还在blob之间随机抽样,通过虚拟blob扩展区块中的blob集。

借助DAS,以太坊可处理更大量数据,实现更快更便宜的rollup,同时不影响去中心化。未来还需进一步完善2D DAS,证明其安全属性。

长期来看,可能的发展路径包括:

1. 实施理想的2D DAS
2. 坚持使用1D DAS,牺牲采样效率换取简单性
3. 放弃DA,完全接受Plasma作为主要L2架构

值得注意的是,即使决定在L1扩展执行,这些选择仍然存在。因为如果L1要处理大量交易,区块会变得很大,客户端需要高效验证方法,不得不使用与rollup类似的技术。

Plasma和其他解决方案

除rollup外,Plasma是另一种早期提出的L2扩展方案。Plasma创建独立处理交易的子链,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,用户可通过分支提取资产。即使数据可用性出问题,用户仍可提取最新可用状态恢复资产。

虽然Plasma开发落后于rollup,但仍被视为以太坊可扩展性工具包的重要组成部分。此外,改进数据压缩和加密证明技术也有助于提高rollup和其他L2解决方案的效率。

早期Plasma版本仅支持支付功能,难以进一步扩展。但如果每个根都用SNARK验证,Plasma将变得更强大,简化流程并开辟新路径。使用ZK-SNARK构建平行UTXO树,反映EVM余额变化,可作为构建Plasma的一种方法。

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,需要改进以提供统一的以太坊生态系统体验。主要改进方向包括:

• 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消息
• 跨链兑换和Gas支付:开发标准化开放协议表达跨链操作
• 轻客户端:用户应能验证交互链,而非仅信任RPC提供商
• 共享代币桥:创建共享极简Rollup管理代币余额,降低跨L2转账成本
• 同步组合性:允许L2与L1或多个L2间同步调用,提高DeFi效率

这些改进面临标准化时机和层级的挑战。某些情况下存在短期易实施方案和长期"正确"方案,需要L2、钱包和L1合作解决。

继续扩展以太坊L1

扩展L1本身并支持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,提高Gas限制
2. 降低特定操作成本,增加平均容量
3. 原生Rollups(创建多个并行EVM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相同的弱点。提高Gas上限可能削弱其他好处,如增加验证节点和solo质押者数量。降低EVM特定操作成本可能增加整体复杂性。

去中心化和安全性

可扩展性与去中心化的平衡是一个关键议题。某些区块链项目为提高吞吐量牺牲了去中心化,而以太坊坚持在扩展的同时保持去中心化承诺。Rollup和DAS被视为增加容量同时保持去中心化的方法。

可扩展性提升带来更大的安全责任。确保rollup系统的无需信任性至关重要,这需要严格测试和迭代,尤其是在广泛采用时。

The Surge的前景展望

The Surge描绘了以太坊不仅可扩展,还能保持去中心化、安全和可持续性的愿景。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,培育dApp生态系统。

以太坊的路线图充满挑战,包括大规模实施rollup、确保L2安全性、为量子未来做准备等。但如果成功克服这些障碍,以太坊将巩固其作为去中心化用户控制互联网核心的地位。

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