以太坊擴容計劃The Surge:通向百萬級TPS之路

以太坊聯合創始人Vitalik Buterin近期發布了一系列文章,探討以太坊未來發展方向。其中The Surge階段重點關注以太坊的可擴展性和長期發展規劃。這一階段旨在將以太坊打造成一個能夠處理海量交易(TPS達10萬以上),同時保持去中心化和安全性的協議。

以太坊的願景與挑戰

以太坊的核心目標是成爲去中心化互聯網的基礎設施。它通過智能合約支持復雜的去中心化應用,成爲開發者首選的區塊鏈平台。然而,以太坊面臨嚴重的擴展性瓶頸,每秒僅能處理15-30筆交易,遠低於傳統支付網絡。這導致網路擁堵時gas費用高昂,限制了以太坊成爲全球基礎設施的潛力。

The Surge階段的主要目標包括:

• 以太坊L1+L2達到10萬+ TPS
• 保持L1的去中心化和穩定性
• 部分L2完全繼承以太坊的核心屬性
• 最大化L2間的互操作性

以Rollup爲核心的擴容路線

The Surge的核心策略是通過L2解決方案提升可擴展性,其中Rollup是關鍵組成部分。這一路線圖將以太坊L1定位爲強大且去中心化的基礎層,而L2承擔擴容任務。

Rollup將交易在鏈下打包後提交到主網,大幅提高吞吐量的同時保持安全性和去中心化。Vitalik認爲,Rollup可將以太坊擴展至10萬+ TPS,這將是變革性的進步。

Rollup不僅是臨時方案,更是長期的擴容解決方案。今年EIP-4844 blobs的推出顯著增加了以太坊L1的數據帶寬,多個EVM Rollup已進入初期階段。每個L2作爲獨立分片存在,分片實現方式的多元化已成爲現實。

數據可用性採樣(DAS)的進展

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允許節點在不訪問全部數據的情況下驗證數據,從而提高可擴展性和效率。

Vitalik強調了PeerDAS和2D DAS兩種形式。PeerDAS有望增強Rollup的安全性。2D DAS不僅在blob內隨機採樣,還在blob間隨機採樣。借助DAS,以太坊可處理更大量數據,實現更快速、低成本的Rollup,同時不損害去中心化。

未來還需進一步研究2D DAS的理想版本,並證明其安全屬性。Vitalik提出了三條可能的長期路徑:

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,完全採用Plasma作爲主要L2架構

即使決定在L1層直接擴展執行,這些選擇仍然存在。因爲如果L1要處理大量TPS,區塊會變得很大,客戶端需要高效驗證其正確性,不得不使用與Rollup相同的技術。

Plasma與其他解決方案

除Rollup外,早期提出的Plasma也是一種L2擴容方案。Plasma創建子鏈獨立處理交易,定期向主網提交摘要。即使數據可用性出現問題,用戶仍可通過提取可用的最新狀態恢復資產。

雖然Plasma的開發落後於Rollup,但Vitalik仍將其視爲以太坊擴容工具包的組成部分。此外,改進數據壓縮技術和加密證明也可進一步提升Rollup等L2解決方案的效率。

早期Plasma版本僅能處理支付場景,難以推廣。但如果要求每個根都用SNARK驗證,Plasma將變得更強大。這可簡化流程,消除大部分運營商作弊可能,並允許用戶在運營商誠實時立即提取資金。

改善跨L2互操作性

當前L2生態系統面臨的主要挑戰是跨L2互操作性較弱。改善跨L2互操作性的方向包括:

• 特定鏈的地址:地址應包含鏈信息,簡化跨L2發送流程
• 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
• 輕客戶端:用戶應能驗證交互的鏈,而非僅信任RPC提供商
• 共享代幣橋:創建極簡Rollup維護代幣餘額,實現無需每次支付L1 gas的跨L2轉帳
• 同步組合性:允許L2與L1或多個L2間的同步調用,提高DeFi效率

這些改進面臨何時及如何標準化的挑戰。某些情況下存在短期易實施方案和長期正確方案,需要L1、L2和錢包等多方合作。

持續擴展以太坊L1

Vitalik認爲繼續擴展L1本身也很重要。L1擴展有三種策略:

1. 改進技術以簡化L1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EVM的多個並行副本)

這些策略各有利弊。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,如增加運行驗證節點的用戶比例。根據實現方式,降低特定EVM操作成本可能增加整體復雜性。

去中心化與安全性的平衡

可擴展性與去中心化的平衡是Vitalik反復強調的主題。許多區塊鏈爲提高吞吐量犧牲了去中心化,但Vitalik堅持即使擴容也要保持以太坊的去中心化承諾。

Rollup和DAS被視爲增加容量同時保持去中心化的方法。這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,這對以太坊的願景至關重要。

隨着以太坊邁向以Rollup爲中心的未來,確保這些系統的無需信任性變得關鍵。雖然Rollup的加密證明機制已被證明有效,但仍存在風險。這些技術的成熟需要嚴格測試和迭代,尤其是在廣泛應用時。

The Surge的未來展望

在The Surge之後,Vitalik設想以太坊不僅可擴展,還保持完全去中心化、安全和可持續。這一願景包括通過Rollup和DAS擴展L1,構建更高效的共識算法,改進開發工具,培育繁榮的dApp生態系統。

以太坊的路線圖雖然樂觀,但仍面臨諸多挑戰。大規模實施Rollup、確保L2安全性、爲量子時代做準備都是復雜任務。若成功克服這些障礙,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,可能在未來幾年再次改變區塊鏈技術格局。