以太坊协议技术升级前景解析：The Surge

自今年10月以来，以太坊联合创始人发布了一系列关于以太坊协议未来发展的文章，内容涵盖了以太坊发展路线图的六个主要部分。本文将重点解读路线图的第二部分The Surge，探讨以太坊的可扩展性和长期发展战略。

以太坊的核心愿景

以太坊的根本目标是成为去中心化互联网的基础设施。通过智能合约支持复杂的去中心化应用程序，以太坊为开发者提供了构建DeFi、NFT等应用的理想平台。然而，以太坊在可扩展性方面面临挑战，每秒只能处理15-30笔交易，远低于传统支付网络的处理能力。这导致网络拥堵时gas费用高昂，限制了以太坊作为全球基础设施的潜力。The Surge正是为解决这一问题而设计。

The Surge的主要目标包括:

• 使以太坊L1+L2达到每秒10万笔以上的交易处理能力
• 维持L1的去中心化和稳健性
• 确保部分L2完全继承以太坊的核心特性
• 最大化L2之间的互操作性,使以太坊成为一个统一的生态系统

以rollup为中心的未来

The Surge计划通过L2解决方案大幅提高以太坊的可扩展性，rollup是这一战略的关键。以rollup为中心的路线图提出了明确的分工:以太坊L1专注于成为强大且去中心化的基础层，而L2则承担扩展生态系统的任务。

Rollup在链下打包交易，然后将其提交回以太坊主网，在保持安全性和去中心化的同时显著提高吞吐量。据估计，rollup可将以太坊的处理能力提升至每秒10万笔以上。这一重大突破将使以太坖能够在不牺牲去中心化的前提下支持全球规模的应用。

值得注意的是，rollup不仅是临时解决方案，更是长期的扩展战略。随着以太坊完成从PoW到PoS的转变降低了能耗，rollup被视为下一个重要里程碑。

今年，以rollup为中心的路线图取得了重要进展:EIP-4844 blobs的推出大幅提升了以太坊L1的数据带宽，多个以太坊虚拟机rollup已进入初始阶段。每个L2作为具有独立规则和逻辑的分片存在，分片实现方式的多样化如今已成为现实。

数据可用性采样(DAS)的进一步发展

The Surge的另一个关键方面是数据可用性采样(DAS)技术，旨在解决数据可用性问题。在去中心化网络中，所有节点都能验证数据而无需存储或下载全部内容至关重要。

DAS允许节点在不访问完整数据集的情况下验证数据，从而提高可扩展性和效率。两种主要形式的DAS包括PeerDAS和2D DAS。PeerDAS有望增强rollup的安全性，而2D DAS不仅在blob内进行随机抽样，还在blob之间进行抽样。

借助DAS，以太坊可以处理更大量的数据，实现更快、更经济的rollup，同时不损害去中心化。未来还需要进一步研究2D DAS的最佳版本，并证明其安全属性。

长期发展路径可能包括:

1. 实施理想的2D DAS
2. 坚持使用1D DAS，牺牲采样带宽效率，换取简单性和健全性
3. 放弃DA，完全采用Plasma作为主要Layer2架构

值得注意的是，即使决定直接在L1层扩展执行，这些选择仍然存在。因为如果L1要处理大量交易，区块将变得非常大，客户端需要高效验证其正确性，因此不得不采用与rollup相同的技术。

Plasma和其他解决方案

除了Rollup，Plasma作为早期提出的链下扩展方案也是另一种L2解决方案。Plasma创建独立于主以太坊链处理交易的子链，定期向主网提交摘要。运营商会向用户发送Merkle分支来证明资产状态变化。用户可通过提供Merkle分支提取资产，即使数据可用性出现问题。

虽然Plasma的开发在某种程度上落后于rollup，但它仍被视为以太坊更广泛可扩展性工具包的一部分。此外，改进数据压缩技术和加密证明也在讨论中，以进一步提高rollup和其他L2解决方案的效率。

早期的Plasma版本主要用于支付用例。然而，如果要求每个根都用SNARK验证，Plasma的功能将大大增强。这不仅简化了流程，还为用户提供了无需等待挑战期即可立即提取资金的新途径。

跨L2互操作性改进

当前L2生态系统面临的主要挑战是跨L2互操作性较弱。改进跨L2互操作性涉及多个方面:

• 特定链的地址:地址应包含链信息，简化跨L2发送流程。
• 特定链的支付请求:应能轻松创建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来表达跨链操作。
• 轻客户端:用户应能验证所交互的链，而不仅仅依赖RPC提供商。
• 共享代币桥:创建共享的极简Rollup，维护代币在各L2间的余额，实现低成本跨L2转账。
• 同步组合性:允许L2与L1之间或多个L2之间进行同步调用，提高DeFi协议效率。

这些改进面临着标准化时机和范围的困境。过早标准化可能导致次优解决方案根深蒂固，而过晚则可能造成不必要的碎片化。某些情况下存在短期和长期解决方案，需要L2、钱包和L1各方协作推进。

继续扩展以太坊L1

扩展以太坊L1本身并使其适应更多用例仍然十分重要。L1扩展有三种策略:

1. 改进技术以简化L1验证，然后提高Gas限制
2. 降低特定操作成本，在不增加最坏情况风险的前提下提高平均容量
3. 实施原生Rollups，创建EVM的多个并行副本

这些策略各有权衡。例如，原生rollups在组合性方面存在与普通rollups相同的局限。提高Gas上限可能削弱其他潜在好处。根据具体实现，降低EVM中特定操作成本可能增加整体复杂性。

去中心化和安全性

在追求可扩展性的同时保持去中心化是一个核心主题。许多区块链项目为了提高吞吐量而牺牲了去中心化，但以太坊坚持在扩展过程中维护去中心化承诺。Rollup和DAS被视为在增加容量的同时保持去中心化的方法。

随着以太坊向以rollup为中心的未来发展，确保这些系统的无需信任性变得至关重要。虽然rollup的加密证明机制已被证明有效，但并非毫无风险。这些技术的成熟需要严格的测试和迭代，特别是在广泛采用时。

The Surge的前景展望

The Surge完成后，以太坊有望实现可扩展性、去中心化、安全性和可持续性的平衡。这一愿景不仅包括通过rollup和DAS扩展L1，还包括开发更高效的共识算法、改进开发工具以及培育蓬勃发展的dApp生态系统。

尽管面临诸多挑战，如大规模实施rollup、确保L2安全性以及为量子时代做准备等，但如果成功克服这些障碍，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，以太坊专注于在不牺牲去中心化的前提下实现可扩展性，这是其独特之处。The Surge的成功可能在未来几年再次改变区块链技术格局。