以太坊扩容计划The Surge:通向百万级TPS之路

以太坊联合创始人Vitalik Buterin近期发布了一系列文章,探讨以太坊未来发展方向。其中The Surge阶段重点关注以太坊的可扩展性和长期发展规划。这一阶段旨在将以太坊打造成一个能够处理海量交易(TPS达10万以上),同时保持去中心化和安全性的协议。

以太坊的愿景与挑战

以太坊的核心目标是成为去中心化互联网的基础设施。它通过智能合约支持复杂的去中心化应用,成为开发者首选的区块链平台。然而,以太坊面临严重的扩展性瓶颈,每秒仅能处理15-30笔交易,远低于传统支付网络。这导致网络拥堵时gas费用高昂,限制了以太坊成为全球基础设施的潜力。

The Surge阶段的主要目标包括:

• 以太坊L1+L2达到10万+ TPS
• 保持L1的去中心化和稳定性
• 部分L2完全继承以太坊的核心属性
• 最大化L2间的互操作性

以Rollup为核心的扩容路线

The Surge的核心策略是通过L2解决方案提升可扩展性,其中Rollup是关键组成部分。这一路线图将以太坊L1定位为强大且去中心化的基础层,而L2承担扩容任务。

Rollup将交易在链下打包后提交到主网,大幅提高吞吐量的同时保持安全性和去中心化。Vitalik认为,Rollup可将以太坊扩展至10万+ TPS,这将是变革性的进步。

Rollup不仅是临时方案,更是长期的扩容解决方案。今年EIP-4844 blobs的推出显著增加了以太坊L1的数据带宽,多个EVM Rollup已进入初期阶段。每个L2作为独立分片存在,分片实现方式的多元化已成为现实。

数据可用性采样(DAS)的进展

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允许节点在不访问全部数据的情况下验证数据,从而提高可扩展性和效率。

Vitalik强调了PeerDAS和2D DAS两种形式。PeerDAS有望增强Rollup的安全性。2D DAS不仅在blob内随机采样,还在blob间随机采样。借助DAS,以太坊可处理更大量数据,实现更快速、低成本的Rollup,同时不损害去中心化。

未来还需进一步研究2D DAS的理想版本,并证明其安全属性。Vitalik提出了三条可能的长期路径:

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,完全采用Plasma作为主要L2架构

即使决定在L1层直接扩展执行,这些选择仍然存在。因为如果L1要处理大量TPS,区块会变得很大,客户端需要高效验证其正确性,不得不使用与Rollup相同的技术。

Plasma与其他解决方案

除Rollup外,早期提出的Plasma也是一种L2扩容方案。Plasma创建子链独立处理交易,定期向主网提交摘要。即使数据可用性出现问题,用户仍可通过提取可用的最新状态恢复资产。

虽然Plasma的开发落后于Rollup,但Vitalik仍将其视为以太坊扩容工具包的组成部分。此外,改进数据压缩技术和加密证明也可进一步提升Rollup等L2解决方案的效率。

早期Plasma版本仅能处理支付场景,难以推广。但如果要求每个根都用SNARK验证,Plasma将变得更强大。这可简化流程,消除大部分运营商作弊可能,并允许用户在运营商诚实时立即提取资金。

改善跨L2互操作性

当前L2生态系统面临的主要挑战是跨L2互操作性较弱。改善跨L2互操作性的方向包括:

• 特定链的地址:地址应包含链信息,简化跨L2发送流程
• 标准化的跨链支付请求
• 跨链兑换和Gas支付:需要标准化的开放协议
• 轻客户端:用户应能验证交互的链,而非仅信任RPC提供商
• 共享代币桥:创建极简Rollup维护代币余额,实现无需每次支付L1 gas的跨L2转账
• 同步组合性:允许L2与L1或多个L2间的同步调用,提高DeFi效率

这些改进面临何时及如何标准化的挑战。某些情况下存在短期易实施方案和长期正确方案,需要L1、L2和钱包等多方合作。

持续扩展以太坊L1

Vitalik认为继续扩展L1本身也很重要。L1扩展有三种策略:

1. 改进技术以简化L1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EVM的多个并行副本)

这些策略各有利弊。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,如增加运行验证节点的用户比例。根据实现方式,降低特定EVM操作成本可能增加整体复杂性。

去中心化与安全性的平衡

可扩展性与去中心化的平衡是Vitalik反复强调的主题。许多区块链为提高吞吐量牺牲了去中心化,但Vitalik坚持即使扩容也要保持以太坊的去中心化承诺。

Rollup和DAS被视为增加容量同时保持去中心化的方法。这确保任何人都可以运行节点,以真正去中心化的方式保护网络,这对以太坊的愿景至关重要。

随着以太坊迈向以Rollup为中心的未来,确保这些系统的无需信任性变得关键。虽然Rollup的加密证明机制已被证明有效,但仍存在风险。这些技术的成熟需要严格测试和迭代,尤其是在广泛应用时。

The Surge的未来展望

在The Surge之后,Vitalik设想以太坊不仅可扩展,还保持完全去中心化、安全和可持续。这一愿景包括通过Rollup和DAS扩展L1,构建更高效的共识算法,改进开发工具,培育繁荣的dApp生态系统。

以太坊的路线图虽然乐观,但仍面临诸多挑战。大规模实施Rollup、确保L2安全性、为量子时代做准备都是复杂任务。若成功克服这些障碍,以太坊将巩固其作为Web3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,这是其独特之处。如果The Surge成功,可能在未来几年再次改变区块链技术格局。