原文標題：《以太坊協議技術升級前景解析（2）：The Surge》

原文來源：Ebunker 中文

今年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：The Merge、The Surge、The Scourge、The Verge、The Purge 和 The Splurge。

先前我們已解讀路線圖的第一部分（The Merge），本文將繼續解讀該系列的第二部分The Surge，在這篇文章中，Vitalik 重點討論了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為能夠處理巨大需求（TPS 達到 100,000+），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，以太坊旨在成為去中心化互聯網的基礎層。以太坊透過自動執行的智慧合約程式碼支援複雜的去中心化應用程序，這種靈活性使其成為開發人員構建包括 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 每秒只能處理約 15 到 30 筆交易，與 Visa 等傳統支付網路還有很大的差距。這導致網路擁堵期間的 gas 費高昂，並限制了以太坊成為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 之間的互通性：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 為中心的未來

The Surge 是指以太坊計劃大幅提高可擴展性，主要透過L2 解決方案。而 rollup 是這項策略的關鍵組成部分。以 rollup 為中心的路線圖提出了一個簡單的分工：以太坊 L1 專注於成為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著提高吞吐量。用 Vitalik 的話來說，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，因為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式。

Vitalik 強調，rollup 不僅只是臨時解決方案，也是長期的擴展解決方案。以太坊 2.0 透過 The Merge 從 PoW 過渡到 PoS 降低了能耗，而 rollup 作為長期的擴展解決方案則被視為下一個重要里程碑。

今年，以rollup 為中心的路線圖取得了重要成果：隨著EIP-4844 blobs 的推出，以太坊L1 的數據頻寬大幅增加，多個以太坊虛擬機器（EVM）rollup 已進入第一階段。每個 L2 都作為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為現實。

資料可用性取樣(DAS) 進一步發展

The Surge 的另一個關鍵面向是資料可用性採樣(DAS)，這是一種旨在解決資料可用性問題的技術。在像以太坊這樣的去中心化網路中，所有節點都可以驗證資料而無需儲存或下載所有內容，這一點至關重要。

DAS 允許節點在【不存取完整資料集的前提下】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 中的信任假設，使其更安全。 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，透過一組新的虛擬 blob 來擴展一個區塊中的 blob 集，這些虛擬 blob 將相同的冗餘資訊進行編碼。

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，而不會損害去中心化。

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。

Vitalik 認為的長期現實路徑是：

（1）實作理想的2D DAS；

（2）堅持使用1D DAS，犧牲採樣頻寬效率，為了簡單性和健全性而接受較低的資料上限；

（3）放棄DA，完全接受Plasma 作為主要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。這是因為如果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

除了Rollup，早期提出的鏈下擴展方案之一個Plasma 也是另一個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，營運商會向每個用戶發送 Merkle 分支來證明該用戶的資產的變化狀態。用戶可以透過提供 Merkle 分支來提取其資產。重要的是，這個分支不必以最新狀態為根。

因此，即使資料可用性出現問題，使用者仍可透過提取可用的最新狀態來恢復其資產。如果使用者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），則可以透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 Vitalik 仍將其視為以太坊更廣泛的可擴展性工具包的一部分。

此外，Vitalik 也在文中進行了關於改進資料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。想法是壓縮盡可能多的數據，同時確保所有必要的資訊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。

上圖是Plasma Cash 鏈，花費Coin i 的交易被放入樹中的第i 個位置。在這個例子中，假設所有先前的樹都是有效的，可知 Eve 目前擁有 Coin 1，David 擁有 Coin 4，George 擁有 Coin 6。

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，因為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。

上圖展示了製作EVM plasma 鏈的一種方法（並非唯一方法）：使用ZK-SNARK 建立一個平行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建立 Plasma 結構。

Plasma 的表現相當好，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 互通性改進

當今L2 生態系統面臨的一個主要挑戰是跨L2 互通性較弱，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 互通性改進有很多類別。從理論上講，以 Rollup 為中心的以太坊與執行分片 L1 是類似的。目前以太坊L2 生態系在實務上距離理想狀態還有以下問題：

特定鏈的位址：位址中應包含鏈資訊（L1、Optimism、 Arbitrum……）。一旦實現這一點，就可以透過簡單地將位址放入發送欄位來實現跨 L2 發送流程，此時錢包可以在後台自行處理如何發送（包括使用跨鏈協定）。

特定鏈的付款請求：應能輕鬆且標準化地建立形式為「在鏈Z 上向我發送X 個Y 類型的代幣」的訊息。這主要有兩個應用情境：人與人之間的支付或人與商家服務之間的支付；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，儘管這兩者的應用範圍都比這些特定用例更廣。

輕客戶端：使用者應能夠實際驗證他們正在互動的鏈，而不僅僅是信任 RPC 提供者。例如，a16z crypto 的 Helios 可以做到這一點（針對以太坊本身），但這種去信任性需要擴展到 L2 上。 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。

而解決這個問題的一種方法是：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，並允許這些餘額透過任何L2 發起的一系列跨L2 發送作業進行大量更新。這將使得跨 L2 轉帳無需每次轉帳都支付 L1 瓦斯費，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 之間發生同步呼叫。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。

上面的許多範例都面臨著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

Vitalik 認為，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（例如客戶端程式碼、無狀態用戶端、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，建立EVM 的N 個平行副本）。

這些不同的技術各有不同的權衡取捨。例如，原生 rollups 在組合性方面存在與普通 rollups 相同的弱點：不能傳送單一交易來跨多個 rollup 同步執行操作。提高 Gas 上限會削弱透過簡化 L1 驗證可以實現的其他好處，例如增加運行驗證節點的使用者比例，以及增加 solo 質押者數量。根據實作方式的不同，使 EVM 中的特定操作更便宜可能會增加 EVM 的整體複雜性。

去中心化與安全性

可擴展性和去中心化之間的平衡是Vitalik 反覆提到的主題之一。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，Solana 每秒可以處理數千筆交易，但需要強大的硬體來運行節點，從而使網路中心化。 Vitalik 堅持認為，即使以太坊不斷擴展，也必須保持對去中心化的承諾。

Rollup 和 DAS 被視為增加以太坊容量同時保持其去中心化性質的方法。與 Solana 或其他高效能區塊鏈不同，以太坊的擴展策略確保任何人都可以運行節點，以真正去中心化的方式保護網路。這對於以太坊的願景至關重要，即建立可以支援全球範圍、無需許可的金融系統的區塊鏈。

可擴充性越高，安全性方面的責任就越大。隨著以太坊走向以 rollup 為中心的未來，確保這些系統的無需信任性變得十分關鍵。 Rollup 依靠加密證明來確保鏈下交易在提交回以太坊時是合法的。雖然這些系統已被證明是有效的，但並非沒有風險。 Vitalik 承認，這些技術的成熟需要嚴格的測試和迭代，特別是當它們被更廣泛地採用時。

The Surge 的前景展望

在The Surge 之後，Vitalik 設想了以太坊不僅可擴展且保持完全去中心化、安全和永續性。這個願景不僅包括透過 rollup 和 DAS 來擴展第 1 層，還包括建立更有效率的共識演算法、改進開發人員工具以及培育蓬勃發展的 dApp 生態系統。

以太坊的路線圖是樂觀的，同時也存在著許多挑戰。大規模實施 rollup、確保 L2 解決方案的安全性以及為量子未來做準備都是複雜的任務。但是，如果以太坊能夠成功克服這些障礙，它將鞏固其作為 Web3 核心的地位：即一個去中心化的、用戶控制的互聯網。

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，這是其獨特之處。如果 The Surge 成功，它可能會在未來幾年再次改變區塊鏈技術的格局。

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