以太坊協議技術升級前景解析：The Surge

自今年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發展的文章，內容涵蓋了以太坊發展路線圖的六個主要部分。本文將重點解讀路線圖的第二部分The Surge，探討以太坊的可擴展性和長期發展戰略。

以太坊的核心願景

以太坊的根本目標是成爲去中心化互聯網的基礎設施。通過智能合約支持復雜的去中心化應用程式，以太坊爲開發者提供了構建DeFi、NFT等應用的理想平台。然而，以太坊在可擴展性方面面臨挑戰，每秒只能處理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費用高昂，限制了以太坊作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:

• 使以太坊L1+L2達到每秒10萬筆以上的交易處理能力
• 維持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之間的互操作性,使以太坊成爲一個統一的生態系統

以rollup爲中心的未來

The Surge計劃通過L2解決方案大幅提高以太坊的可擴展性，rollup是這一戰略的關鍵。以rollup爲中心的路線圖提出了明確的分工:以太坊L1專注於成爲強大且去中心化的基礎層，而L2則承擔擴展生態系統的任務。

Rollup在鏈下打包交易，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。據估計，rollup可將以太坊的處理能力提升至每秒10萬筆以上。這一重大突破將使以太坖能夠在不犧牲去中心化的前提下支持全球規模的應用。

值得注意的是，rollup不僅是臨時解決方案，更是長期的擴展戰略。隨着以太坊完成從PoW到PoS的轉變降低了能耗，rollup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進展:EIP-4844 blobs的推出大幅提升了以太坊L1的數據帶寬，多個以太坊虛擬機rollup已進入初始階段。每個L2作爲具有獨立規則和邏輯的分片存在，分片實現方式的多樣化如今已成爲現實。

數據可用性採樣(DAS)的進一步發展

The Surge的另一個關鍵方面是數據可用性採樣(DAS)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。兩種主要形式的DAS包括PeerDAS和2D DAS。PeerDAS有望增強rollup的安全性，而2D DAS不僅在blob內進行隨機抽樣，還在blob之間進行抽樣。

借助DAS，以太坊可以處理更大量的數據，實現更快、更經濟的rollup，同時不損害去中心化。未來還需要進一步研究2D DAS的最佳版本，並證明其安全屬性。

長期發展路徑可能包括:

1. 實施理想的2D DAS
2. 堅持使用1D DAS，犧牲採樣帶寬效率，換取簡單性和健全性
3. 放棄DA，完全採用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，這些選擇仍然存在。因爲如果L1要處理大量交易，區塊將變得非常大，客戶端需要高效驗證其正確性，因此不得不採用與rollup相同的技術。

Plasma和其他解決方案

除了Rollup，Plasma作爲早期提出的鏈下擴展方案也是另一種L2解決方案。Plasma創建獨立於主以太坊鏈處理交易的子鏈，定期向主網提交摘要。運營商會向用戶發送Merkle分支來證明資產狀態變化。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的開發在某種程度上落後於rollup，但它仍被視爲以太坊更廣泛可擴展性工具包的一部分。此外，改進數據壓縮技術和加密證明也在討論中，以進一步提高rollup和其他L2解決方案的效率。

早期的Plasma版本主要用於支付用例。然而，如果要求每個根都用SNARK驗證，Plasma的功能將大大增強。這不僅簡化了流程，還爲用戶提供了無需等待挑戰期即可立即提取資金的新途徑。

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互操作性涉及多個方面:

• 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:應能輕鬆創建標準化的跨鏈支付請求。
• 跨鏈兌換和Gas支付:需要標準化的開放協議來表達跨鏈操作。
• 輕客戶端:用戶應能驗證所交互的鏈，而不僅僅依賴RPC提供商。
• 共享代幣橋:創建共享的極簡Rollup，維護代幣在各L2間的餘額，實現低成本跨L2轉帳。
• 同步組合性:允許L2與L1之間或多個L2之間進行同步調用，提高DeFi協議效率。

這些改進面臨着標準化時機和範圍的困境。過早標準化可能導致次優解決方案根深蒂固，而過晚則可能造成不必要的碎片化。某些情況下存在短期和長期解決方案，需要L2、錢包和L1各方協作推進。

繼續擴展以太坊L1

擴展以太坊L1本身並使其適應更多用例仍然十分重要。L1擴展有三種策略:

1. 改進技術以簡化L1驗證，然後提高Gas限制
2. 降低特定操作成本，在不增加最壞情況風險的前提下提高平均容量
3. 實施原生Rollups，創建EVM的多個並行副本

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相同的局限。提高Gas上限可能削弱其他潛在好處。根據具體實現，降低EVM中特定操作成本可能增加整體復雜性。

去中心化和安全性

在追求可擴展性的同時保持去中心化是一個核心主題。許多區塊鏈項目爲了提高吞吐量而犧牲了去中心化，但以太坊堅持在擴展過程中維護去中心化承諾。Rollup和DAS被視爲在增加容量的同時保持去中心化的方法。

隨着以太坊向以rollup爲中心的未來發展，確保這些系統的無需信任性變得至關重要。雖然rollup的加密證明機制已被證明有效，但並非毫無風險。這些技術的成熟需要嚴格的測試和迭代，特別是在廣泛採用時。

The Surge的前景展望

The Surge完成後，以太坊有望實現可擴展性、去中心化、安全性和可持續性的平衡。這一願景不僅包括通過rollup和DAS擴展L1，還包括開發更高效的共識算法、改進開發工具以及培育蓬勃發展的dApp生態系統。

盡管面臨諸多挑戰，如大規模實施rollup、確保L2安全性以及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，以太坊專注於在不犧牲去中心化的前提下實現可擴展性，這是其獨特之處。The Surge的成功可能在未來幾年再次改變區塊鏈技術格局。