以太坊技術升級The Surge解析

今年10月以來，以太坊聯合創始人發布了一系列關於以太坊協議未來可能性的文章，內容涵蓋了以太坊發展路線圖的六個部分。本文將解讀該系列的第二部分The Surge，重點討論以太坊的可擴展性和長期發展。從這個階段的技術路線圖，我們可以深入了解以太坊將如何轉變爲一個能夠處理巨大需求（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

從本質上講，以太坊旨在成爲去中心化互聯網的基礎層。以太坆通過自動執行的智能合約代碼支持復雜的去中心化應用程式，這種靈活性使其成爲開發人員構建包括DeFi、NFT等去中心化應用程式的首選區塊鏈。

然而，以太坊在可擴展性方面存在局限性。以太坊L1每秒只能處理大約15到30筆交易，與傳統支付網絡還有很大的差距。這導致網路擁堵期間的gas費高昂，並限制了以太坊成爲全球規模基礎設施的能力。這正是The Surge要重點解決的問題。

The Surge主要目標如下：

• 以太坊L1+L2 達到100,000+ TPS；
• 保持 L1 的去中心化和穩健性；
• 至少有一些L2 完全繼承以太坊的核心屬性（無需信任、開放、抗審查）；
• 最大化 L2 之間的互操作性：以太坊應該像一個生態系統，而不是幾十條不同的區塊鏈。

以 rollup 爲中心的未來

The Surge是指以太坊計劃大幅提高可擴展性，主要通過L2解決方案。而rollup是這一戰略的關鍵組成部分。以 rollup 爲中心的路線圖提出了一個簡單的分工：以太坊 L1 專注於成爲一個強大且去中心化的基礎層，而 L2 則承擔幫助生態系統擴展的任務。

Rollup將交易在鏈下進行打包，然後將其提交回以太坊主網，在保持安全性和去中心化的同時顯着提高吞吐量。rollup可以將以太坊的可擴展性提高到100,000 TPS以上。這將是變革性的擴展，因爲它允許以太坊在不損害去中心化精神的前提下處理全球規模的應用程序。

以rollup爲中心的路線圖被視爲長期的擴展解決方案。以太坊2.0通過The Merge從PoW過渡到PoS降低了能耗，而rollup作爲長期的擴展解決方案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了重要成果：隨着 EIP-4844 blobs 的推出，以太坪 L1 的數據帶寬大幅增加，多個以太坊虛擬機（EVM）rollup 已進入第一階段。每個 L2 都作爲具有自身內部規則和邏輯的分片存在，分片實現方式的多樣性和多元化如今已成爲現實。

數據可用性採樣 (DAS)進一步發展

The Surge的另一個關鍵方面是數據可用性採樣 (DAS)，這是一種旨在解決數據可用性問題的技術。在像以太坊這樣的去中心化網路中，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。

有兩種形式的DAS：PeerDAS和2D DAS。PeerDAS有望增強rollup中的信任假設，使其更加安全。2D DAS不僅在blob內進行隨機抽樣，還在blob之間進行隨機抽樣。利用KZG承諾的線性屬性，通過一組新的虛擬blob來擴展一個區塊中的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，從而實現更快、更便宜的rollup，而不損害去中心化。

在未來更遠的階段，需要做更多的工作來確定2D DAS的理想版本，並證明其安全屬性。

長期現實路徑是：

1. 實施理想的 2D DAS；
2. 堅持使用 1D DAS，犧牲採樣帶寬效率，爲了簡單性和健全性而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，這種選擇也是存在的。這是因爲如果 L1 層要處理大量的 TPS，L1 區塊將變得非常大，客戶端將希望有一種高效的方法來驗證其正確性，因此將不得不在 L1 層使用與rollup（如 ZK-EVM 和 DAS）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之一 Plasma也是另一種L2解決方案。

Plasma創建子鏈，這些子鏈獨立於主以太坊鏈處理交易，定期向主網提交摘要。對於每個區塊，運營商會向每個用戶發送一個 Merkle 分支來證明該用戶的資產的變化狀態。用戶可以通過提供 Merkle 分支來提取其資產。重要的是，這個分支不必以最新狀態爲根。

因此，即使數據可用性出現問題，用戶仍然可以通過提取可用的最新狀態來恢復其資產。如果用戶提交了一個無效的分支（例如，提取已經發送給他人的資產，或者運營商自己憑空創造了一個資產），則可以通過鏈上的挑戰機制來判斷資產的合法歸屬。

雖然Plasma的開發在某種程度上落後於rollup，但其仍被視爲以太坊更廣泛的可擴展性工具包的一部分。

此外，還有關於改進數據壓縮技術和加密證明的討論，以進一步提高 rollup和其他L2解決方案的效率。思路是壓縮盡可能多的數據，同時確保所有必要的信息仍然可供以太坊節點進行驗證。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。

早期的 Plasma 版本只能處理支付用例，無法有效地進一步推廣。然而，如果要求每個根都用 SNARK 進行驗證，那麼 Plasma 就會變得強大得多。其過程可以大大簡化，因爲排除了運營商作弊的大部分可能路徑。同時，也開闢了新的路徑，即在運營商不作弊的情況下，用戶可以立即提取資金，而無需等待一周的挑戰期。

制作EVM plasma鏈的一種方法（並非唯一方法）是：使用ZK-SNARK構建一個平行UTXO樹，反映EVM所做的餘額更改，定義了在歷史的不同時期"同一枚coin"的獨特映射。然後可以在其基礎上構建Plasma結構。

Plasma的性能相當好，這也是大家要設計技巧結構以攻克其安全不足的關鍵原因。

跨L2互操作性改進

當今 L2 生態系統面臨的一個主要挑戰是跨L2互操作性較弱，如何讓使用 L2 生態系統的感覺就像是在使用一個統一的以太坊生態系統一樣是急需改進的問題。

跨 L2 互操作性改進有很多類別。從理論上講，以 Rollup 爲中心的以太坊與執行分片 L1 是類似的。當前以太坊 L2 生態系統在實踐中距離理想狀態還有以下問題：

• 特定鏈的地址：地址中應包含鏈信息（L1、Optimism、Arbitrum......）。一旦實現這一點，就可以通過簡單地將地址放入發送字段來實現跨 L2 發送流程，此時錢包可以在後臺自行處理如何發送（包括使用跨鏈協議）。

• 特定鏈的支付請求：應能夠輕鬆且標準化地創建形式爲"在鏈 Z 上向我發送 X 個 Y 類型的代幣"的消息。這主要有兩個應用場景：人與人之間的支付或人與商戶服務之間的支付；dApp 請求資金。

• 跨鏈兌換和 Gas 支付：應有一個標準化的開放協議來表達跨鏈操作。ERC-7683和RIP-7755 在該領域的嘗試，盡管這兩者的應用範圍都比這些特定用例更廣。

• 輕客戶端：用戶應能夠實際驗證他們正在交互的鏈，而不僅僅是信任 RPC 提供商。ERC-3668（CCIP-read）是實現這一目標的一種策略。

• 共享代幣橋理念：假設在一個所有 L2 都是有效性證明 rollup ，且每個 slot 都向以太坊提交的世界中，要在原生狀態下將一個 L2 的資產轉移到另一個 L2，仍然需要提現和存款，這需要支付大量的 L1 Gas 費。

解決這一問題的一種方法是：創建一個共享的極簡 Rollup，它的唯一功能就是維護每種類型的代幣由哪個 L2 擁有以及各擁有多少餘額，並允許這些餘額通過任何 L2 發起的一系列跨 L2 發送操作進行批量更新。這將使得跨 L2 轉帳無需每次轉帳都支付 L1 燃氣費，也無需使用如 ERC-7683 等基於流動性提供者的技術。

• 同步組合性：允許在特定 L2 與 L1 之間或多個 L2 之間發生同步調用。這有助於提高 DeFi 協議的財務效率。前者可以在沒有任何跨 L2 協調的情況下實現；後者則需要共享排序。基於 rollup 的技術自動適用於所有這些技術。

上面的許多示例都面臨着何時標準化以及標準化哪些層的標準困境。如果標準化過早，可能會使一個較差的解決方案根深蒂固。如果標準化過晚，則可能會造成不必要的碎片化。

目前的一個共識是：在某些情況下，既存在一種屬性較弱但更容易實施的短期解決方案，也存在一種"最終正確"但需要數年時間才能實現的長期解決方案。這些任務不僅僅是技術問題，它們也是（甚至可能主要是）社會問題，需要 L2 和錢包以及 L1 合作。

繼續擴展以太坊L1

擴展以太坊L1 本身，並確保它能夠繼續容納越來越多的用例是非常有價值的。

L1 擴展有三種策略，可以單獨或並行進行：

1. 改進技術（例如客戶端代碼、無狀態客戶端、歷史到期）以使 L1 更易於驗證，然後提高 Gas 限制；
2. 降低特定操作的成本，在不增加最壞情況風險的情況下增加平均容量；
3. 原生 Rollups（即，創建 EVM 的 N 個並行副本）。

這些不同的技術各有不同的權衡取舍。例如，原生rollups 在組合性方面存在與普通 rollups 相同的弱點：不能發送一個單一交易來跨多個rollup 同步執行操作。提高 Gas 上限會削弱通過簡化 L1 驗證可以實現的其他好處，比如增加運行驗證節點的用戶比例，以及增加 solo 質押者數量。根據實現方式的不同，使 EVM中的特定操作更便宜可能會增加 EVM 的整體復雜性。

去中心化和安全性

可擴展性和去中心化之間的平衡是反復提到的主題之一。許多區塊鏈項目選擇犧牲去中心化來換取更高的吞吐量。例如，某區塊鏈每