以太坊的未來之路：The Surge 解析

自2022年10月起，以太坊聯合創始人維塔利克·布特林陸續發布了一系列探討以太坊協議未來可能性的文章。這些文章涵蓋了以太坊發展路線圖的六個關鍵階段：合並、激增、清除、驗證、淨化和飛躍。本文將聚焦於路線圖的第二部分 - The Surge（激增），深入探討以太坊如何提升其可擴展性並實現長期發展。

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。通過智能合約的自動執行，以太坊支持復雜的去中心化應用程式，這種靈活性使其成爲開發者構建DeFi、NFT等去中心化應用的首選平台。

然而，以太坊在可擴展性方面存在局限。目前以太坊每秒只能處理15-30筆交易，與傳統支付網絡相比差距巨大。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的交易處理能力達到每秒10萬筆以上
• 保持L1的去中心化和穩定性
• 確保至少部分L2完全繼承以太坊的核心特性（無需信任、開放、抗審查）
• 最大化L2之間的互操作性，使以太坊生態系統更加統一

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，其中rollup是核心組成部分。這一策略明確了分工：以太坊L1專注於成爲強大且去中心化的基礎層，而L2則承擔幫助生態系統擴展的任務。

Rollup在鏈下打包交易，然後將結果提交回以太坊主網，在保持安全性和去中心化的同時顯著提高吞吐量。布特林認爲，rollup可以將以太坊的處理能力提升至每秒10萬筆以上，這將是一次顛覆性的擴展，使以太坊能夠在不犧牲去中心化精神的前提下處理全球規模的應用。

布特林強調，rollup不僅是臨時解決方案，更是長期的擴展策略。隨着以太坊通過The Merge從PoW過渡到PoS降低能耗後，rollup作爲長期擴展方案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的推出大幅增加了以太坊L1的數據帶寬，多個基於以太坊虛擬機的rollup已進入初始階段。每個L2都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)，這是一種旨在解決數據可用性問題的技術。在以太坊這樣的去中心化網路中，所有節點都能驗證數據而無需存儲或下載全部內容，這一點至關重要。

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。

布特林重點討論了兩種形式的DAS：PeerDAS和2D DAS。

PeerDAS有望增強rollup的信任假設，提高其安全性。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承諾的線性特性，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編碼相同的冗餘信息。

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，同時不影響去中心化程度。

未來還需要進一步研究確定2D DAS的理想版本，並證明其安全屬性。

布特林認爲長期可行的路徑包括：

1. 實施理想的2D DAS；
2. 堅持使用1D DAS，犧牲採樣帶寬效率，爲簡單性和穩健性接受較低的數據上限；
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，L1區塊會變得非常大，客戶端將需要一種高效方法來驗證其正確性，因此不得不在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Plasma也是另一種L2解決方案。

Plasma創建子鏈，獨立於主以太坊鏈處理交易，定期向主網提交摘要。對每個區塊，運營商向用戶發送Merkle分支證明資產狀態變化。用戶可通過提供Merkle分支提取資產，且該分支無需以最新狀態爲根。

因此，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。如果提交無效分支（如提取已轉移資產或憑空創造資產），可通過鏈上挑戰機制判定資產歸屬。

雖然Plasma開發某種程度上落後於rollup，但布特林仍將其視爲以太坊可擴展性工具包的重要組成部分。

此外，布特林還討論了改進數據壓縮技術和加密證明，以進一步提高rollup和其他L2解決方案的效率。思路是在確保以太坊節點可驗證所有必要信息的同時，最大限度壓縮數據。這些技術改進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Plasma版本僅能處理支付用例，難以進一步推廣。然而，如果要求每個根都用SNARK驗證，Plasma將變得更爲強大。這不僅簡化了流程，排除了大部分運營商作弊可能，還爲用戶提供了在運營商不作弊情況下立即提取資金的新途徑，無需等待一周的挑戰期。

Plasma的性能相當出色，這也是人們致力於設計巧妙結構以克服其安全缺陷的主要原因。

跨L2互操作性改進

當前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生態系統的體驗如同使用統一的以太坊生態系統是亟待改進的問題。

跨L2互操作性改進涉及多個方面。理論上，以Rollup爲中心的以太坊與執行分片L1類似。目前以太坊L2生態系統在實踐中距離理想狀態還存在以下問題：

特定鏈的地址： 地址應包含鏈信息（L1、Optimism、Arbitrum等）。實現後可通過簡單將地址放入發送字段來完成跨L2發送，錢包可在後臺自動處理發送流程（包括使用跨鏈協議）。

特定鏈的支付請求： 應能輕鬆標準化創建"在鏈Z上向我發送X個Y類型代幣"的消息。主要應用於個人間支付、商戶支付和dApp資金請求。

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。ERC-7683和RIP-7755在這方面進行了嘗試，盡管它們的應用範圍更廣。

輕客戶端： 用戶應能實際驗證所交互的鏈，而非僅信任RPC提供商。例如，a16z crypto的Helios可以實現這一點（針對以太坊本身），但這種去信任性需要擴展到L2。ERC-3668（CCIP-read）是實現這一目標的一種策略。

共享代幣橋理念： 在所有L2都是有效性證明rollup且每個slot都向以太坊提交的情況下，原生狀態下將一個L2的資產轉移到另一個L2仍需提現和存款，這會產生大量L1 Gas費。

解決方案之一是： 創建一個共享的極簡Rollup，其唯一功能是維護每種代幣由哪個L2擁有及各自餘額，並允許通過任何L2發起的一系列跨L2發送操作批量更新這些餘額。這將使跨L2轉帳無需每次都支付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之間進行同步調用，有助於提高DeFi協議的財務效率。前者無需跨L2協調即可實現；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。

這些示例面臨着標準化時機和層級的困境。過早標準化可能使較差的解決方案根深蒂固，過晚則可能造成不必要的碎片化。

目前的共識是：某些情況下既有屬性較弱但易於實施的短期方案，也有"最終正確"但需要數年才能實現的長期方案。這些任務不僅是技術問題，更是（甚至主要是）社會問題，需要L2、錢包和L1的協作。

繼續擴展以太坊L1

布特林認爲，擴展以太坊L1本身並確保它能容納越來越多用例是非常有價值的。

L1擴展有三種策略，可單獨或並行進行：

1. 改進技術（如客戶端代碼、無狀態客戶端、歷史到期）以使L1更易驗證，然後提高Gas限制；
2. 在不增加最壞情況風險的前提下，降低特定操作成本以增加平均容量；
3. 原生Rollups（即創建EVM的N個並行副本）。

這些技術各有權衡。例如，原生rollups在組合性方面與普通rollups有相同弱點：無法發送單一交易跨多個rollup同步執行操作。提高Gas上限會削弱通過簡化L1驗證可實現的其他好處，如增加運行驗證節點的用戶比例和solo質押者數量。根據實現方式，使EVM中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

可擴展性與去中心化的平衡是布特林反復強調的主題。許多區塊鏈項目選擇犧牲去中心化來換取更高吞吐量。例如，某區塊鏈每秒可處理數千筆交易，但需要強大硬件運行節點，導致網路中心化。布特林堅持認爲，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被視爲增加以太坊容量同時保持其去中心化性質的方法。與某些高性能區塊鏈不同，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。這對於以太坊建立支持全球範圍、無需許可的金融系統的願景至關重要。

可擴展性越高，安全性方面的責任就越大。隨着以太坊走向以rollup爲中心的未來，確保這些系統的無需信任性變得十分關鍵。Rollup依靠加密證明保證鏈下交易在提交回以太坊時的合法性。雖然這些系統已被證明有效，但並非沒有風險。布特林承認，這些技術的成熟需要嚴格測試和迭代，特別是當它們被更廣泛採用時。

The Surge的前景展望

在The Surge之後，布特林設想以太坊不僅可擴展而且保持完全去中心化、安全和可持續性。這一願景不僅包括通過rollup和DAS擴展第1層，還包括構建更高效的共識算法、改進開發工具以及培育蓬勃發展的dApp生態系統。

以太坊的路線圖充滿樂觀，同時也面臨諸多挑戰。大規模實施rollup、確保L2解決方案安全以及爲量子未來做準備都是