翻譯：白話區塊鏈

Vitalik在周一的博文中，討論了之前進行合并（Merge）后的發展現狀，并提出了對以太坊權益證明模型的幾項潛在改進建議。其中包括降低個人質押者的資金門檻，以及縮短以太坊區塊確認的時間。今天，他又再次發表新聞討論了擴展（Surge)的現狀及要改進的工作。 以下為正文：

最初，以太坊的路線圖中有兩種擴展策略。一種（例如，請參見2015年的早期論文）是“分片”；另一種策略是二層協議。2015年，“二層協議”指的是狀態通道，2017年是Plasma，2019年則是Rollups。Rollups比狀態通道或Plasma更強大，但它們需要大量的鏈上數據帶寬。幸運的是，到了2019年，分片研究已經解決了大規模驗證“數據可用性”的問題。結果，這兩條路徑逐漸合并，形成了今天以Rollups為中心的路線圖，成為以太坊當前的擴展策略。

The Surge, 2023 版路線圖.

以Rollups為中心的路線圖提出了一個簡單的分工模式：以太坊L1專注于成為一個強健且去中心化的基礎層，而L2則負責幫助生態系統擴展。

今年，以Rollups為中心的路線圖取得了重要進展：通過EIP-4844提案，以太坊L1的數據帶寬得到了極大的提升，并且多個EVM匯總已經進入第一階段。現在，每個L2都作為一個擁有自己規則和邏輯的“分片”存在，形成了一種高度異質且多元的分片實現。但正如我們所見，選擇這條道路也帶來了獨特的挑戰。因此，我們的任務就是完善以Rollups為中心的路線圖，解決這些問題，同時保持以太坊L1的強健性和去中心化的特性。

The Surge 的關鍵目標

• L1和L2合計達到100,000+ TPS

• 保持L1的去中心化和強健性

• 至少有一些L2完全繼承以太坊的核心屬性（無信任、開放、抗審查）

• L2之間實現最大程度的互操作性。以太坊應該像一個統一的生態系統，而不是34條不同的區塊鏈。

本文目錄

1、背景：可擴展性三難困境

2、數據可用性采樣的進一步進展

3、數據壓縮

4、通用化Plasma

5、L2證明系統的成熟化

6、跨L2互操作性的改進

7、L1上的執行擴展

 

1、背景：可擴展性三難困境

可擴展性三難困境是2017年提出的一個概念，強調區塊鏈中去中心化、可擴展性和安全性之間難以平衡。雖然打破這一困境并非不可能，但實現難度較大。

一些高性能鏈聲稱通過軟件工程技巧解決了三難困境，但這種說法通常具有誤導性，因為在這些鏈上運行節點的難度往往大于以太坊。

然而，數據可用性采樣與SNARK的結合能夠有效解決三難困境，允許客戶端以較少的數據下載量驗證數據的可用性并確認計算步驟的正確性。SNARK是無信任的，而數據可用性采樣則保留了即使遭受51%攻擊時，惡意區塊也不被網絡接受的特性。

Plasma架構也是解決三難困境的一種方法，它通過激勵機制保持兼容性，將數據可用性的監控責任轉移給用戶。盡管在2017-2019年間由于依賴欺詐證明而限制了Plasma的安全應用范圍，但隨著SNARK的普及，Plasma架構在更廣泛場景中的安全性得到了增強。

 

2、數據可用性采樣的進一步進展

1）我們要解決的問題是什么？

截至2024年3月13日，Dencun升級后，以太坊每12秒的插槽支持約375KB的數據帶寬，最大匯總TPS約為173.6。若計算calldata，最大TPS可提升至607。通過PeerDAS，計劃將數據塊數量增加到8-16個，預計TPS可達463-926。盡管這些提升顯著，但仍需更高的可擴展性，中期目標為每個插槽16MB，結合數據壓縮實現約58,000 TPS。

2）它是什么以及如何工作？

PeerDAS是一種基于一維采樣的數據可用性實現，利用度4096的多項式和每個份額的16次評估來恢復數據塊。每個客戶端監聽少數子網，通過點對點網絡獲取其他子網的數據塊。更保守的SubnetDAS僅依賴子網機制。目標是將數據塊數量增加到256，以實現每個插槽16MB的數據量，數據可用性采樣的成本為每個插槽1MB帶寬。雖然可行，但帶寬有限的客戶端無法進行采樣。最終目標是推進到二維采樣，利用KZG承諾擴展數據塊集，從而簡化分布式區塊構建的過程。

3）尚待完成的工作及權衡

下一步是實施和推廣PeerDAS，逐步增加數據塊數量，并監控網絡和改進軟件以確保安全。同時，需要更多學術研究來形式化PeerDAS及其他版本的DAS，并探討它們與分叉選擇規則的安全性。長期目標是確定理想的二維DAS版本并證明其安全性，最終遷移到一種量子抗性、無需可信設置的替代方案來取代KZG。目前尚未找到適合分布式區塊構建的候選方案，即使使用遞歸STARK生成有效性證明，也存在大小問題，因為STARK的實際大小幾乎與完整數據塊相當。

長期路徑包括：

A、實現理想的二維DAS；

B、繼續使用一維DAS，接受較低的數據上限以換取簡單性和穩健性；

C、放棄數據可用性，全面采用Plasma作為主要二層架構。

即使選擇在L1上擴展執行，仍需考慮這些選項。若L1處理大量TPS，區塊將非常大，客戶端需要有效驗證其正確性，因此必須在L1上使用與匯總相同的技術（ZK-EVM和DAS）。

4）與路線圖其他部分的交互

如果實現了數據壓縮（見下文）或Plasma被廣泛使用，那么對二維DAS的需求可能會減少，或者至少會被推遲。此外，DAS對分布式區塊構建的協議和機制也提出了挑戰：盡管DAS在理論上適用于分布式重構，但在實際應用中，它需要與包含列表提案及其周圍的分叉選擇機制相結合。

 

3、數據壓縮

1）我們要解決的問題

在以太坊匯總中，每筆ERC20轉賬大約占用180字節的數據空間，這限制了二層協議的可擴展性。以每個插槽16MB的數據為例，我們理論上可以實現約7407 TPS。如果能夠減少每筆交易在鏈上占用的字節數，擴展性將大幅提升。

2）解決方案

通過多種數據壓縮技術，我們可以減少每筆交易在鏈上的占用空間，具體方法包括：

A、零字節壓縮：用兩個字節表示長串零字節的數量。

B、簽名聚合：用BLS簽名替換ECDSA簽名，多個簽名可以合并為一個，有效降低驗證成本。雖然在L1上不適用，但在L2環境中更有意義。

C、指針替換地址：將20字節的地址替換為4字節的歷史指針，以節省空間，但需要將部分歷史數據納入狀態。

D、自定義交易值序列化：使用自定義的小數浮點格式或字典化常見值，以緊湊方式表示交易值，比如將0.25 ETH表示為250,000,000,000,000,000 wei。

通過這些壓縮技術，我們不僅能提高L2協議的擴展性，還能為整個以太坊網絡帶來更大的擴展潛力。結合數據可用性采樣和分片擴展，我們有望實現數萬 TPS 的吞吐量，確保以太坊能夠支持去中心化應用并應對未來的增長需求。

3）尚待完成的工作及權衡

主要工作是實現這些壓縮方案，關鍵權衡包括：

1. BLS簽名的切換：需要大量努力，并可能降低與受信硬件的兼容性，可以考慮用ZK-SNARK封裝來替代。

2. 動態壓縮的復雜性：用指針替換地址會增加客戶端代碼的復雜度。

3. 降低可審計性：將狀態差異而非交易發布到鏈上，會影響可審計性并使某些軟件（如區塊瀏覽器）無法正常工作。

4）與路線圖其他部分的交互

ERC-4337的采用及其在L2 EVM中的固化將加速聚合技術的部署，同時在L1上固化部分ERC-4337功能也能促進其在L2上的應用。

 

 

4、通用 Plasma

1）我們要解決什么問題？

即使擁有16 MB的數據塊和數據壓縮，58,000 TPS也不足以滿足消費支付、去中心化社交等高帶寬行業的需求，尤其是考慮到隱私時，擴展性可能會降低3到8倍。目前，Validium作為一種鏈外數據存儲方案，能在一定程度上保護用戶資金，但運營者可能會消失，導致用戶資金被凍結。我們可以找到更好的解決方案。

2）它是什么以及如何運作？

Plasma是一種擴展解決方案，運營者在鏈外發布區塊，然后將這些區塊的Merkle根上傳到區塊鏈上。每個用戶會收到一個Merkle分支，這個分支可以用來證明他們的資產變動。用戶只需提供這個分支就能提取資產，值得注意的是，這個分支不需要是基于最新的狀態，即使數據不可用，用戶也可以根據最新可用的狀態來恢復他們的資產。如果用戶提交了無效的分支，區塊鏈上的挑戰機制會決定資產的歸屬。

早期的Plasma版本主要用于支付，擴展性有限。但通過要求每個Merkle根經過SNARK驗證，Plasma的功能得到了顯著增強，挑戰過程也變得更簡單，能夠支持更多種類的資產。在運營者不作弊的情況下，用戶可以快速提取資金，而不必等待一周的挑戰期。

Plasma系統并不需要完美。即使只能保護一部分資產（比如過去一周內未轉移的Token），相對于當前的Validium等超可擴展EVM狀態，已經取得了很大進步。

還有一種結構是混合Plasma和Rollups，比如Intmax。它在鏈上為每個用戶僅存儲少量數據（如5字節），結合了Plasma和Rollups的特性。在16 MB的環境下，理論上可以達到266,667 TPS，同時提供高可擴展性和隱私保護。

3）尚待完成的工作及權衡

主要的任務是將Plasma系統投入實際使用。值得注意的是，“Plasma與Validium”并非完全對立，Validium可以通過添加Plasma特性改善其安全性。研究重點是為EVM及其他應用構建優化功能，如信任需求、L1 gas成本和抵御拒絕服務攻擊的能力。不過，Plasma的概念復雜性高于Rollup，需要更多研究來建立更好的通用框架。

使用Plasma設計的主要權衡在于其對運營商的依賴性更高，并且難以做到完全“基于信任”，但混合Plasma/Rollup設計通常可以避免這個問題。

4）與路線圖中其他部分的交互

Plasma解決方案越有效，L1在高性能數據可用性方面的壓力就越小。此外，將活動轉移到L2也能減輕L1的MEV壓力。

 

5、證明系統的成熟

1）我們在解決什么問題？

目前，大多數Rollup并未完全去信任化，仍存在安全委員會來監督證明系統的行為。在某些情況下，證明系統甚至沒有激活，或僅是建議性的。領先的Rollup包括一些特定應用（如Fuel）以及Optimism和Arbitrum這兩個全EVM的Rollup，它們已實現部分去信任化。然而，Rollup的發展受到對代碼漏洞的擔憂，因此需要尋求完全去信任化的解決方案。

2）它是什么以及如何運作？

首先，回顧“階段”系統，簡要總結如下：

• 階段0：用戶能夠運行節點并同步鏈，驗證可以是完全信任化。

• 階段1：需要一個去信任化的證明系統，確保只有有效交易被接受。安全委員會可以覆蓋證明系統，但需在75%投票閾值下，并至少有26%的成員不屬于構建Rollup的主公司。升級機制需要長時間延遲，以便用戶在惡意升級前可以退出資金。

• 階段2：必須有一個去信任化的證明系統，確保只有有效交易被接受。安全委員會僅在證明系統出現漏洞時介入，升級機制需有非常長的延遲。

達到階段2的主要挑戰是建立對證明系統可靠性的信心，主要有兩種方法：

A、形式化驗證：使用現代數學和計算技術來證明證明系統只接受符合EVM規范的區塊，技術上已經成熟，并且新進展使得這一方法更可行。

B、多重驗證者：構建多個證明系統，并通過多簽機制將資金放入這些系統之間。如果證明系統一致，安全委員會無權干預；如果不一致，委員會只能選擇一個，而無法單方面決定。

多證明者的風格化示意圖，結合了一種樂觀證明系統、一種有效性證明系統和一個安全委員會。

3）尚待完成的工作及權衡

對于形式驗證，我們需要完成許多任務，特別是要創建一個完整的SNARK證明器的形式驗證版本。這項工作復雜，但我們已開始。一個簡化的方法是先為一個最小的虛擬機（如RISC-V或Cairo）創建形式驗證的SNARK證明器，然后在此虛擬機中實現EVM，并證明其與EVM規范的等效性。

對于多重驗證者，還有兩個主要任務。首先，我們需要對至少兩個不同的證明系統建立信心，確保它們各自安全，并且故障原因不同，不會同時出現。其次，我們需要對合并證明系統的基本邏輯獲得高度保障。雖然這可以通過一些方法來簡化，例如將資金存儲在一個代表各個證明系統的多簽合同中，但這樣會增加鏈上gas成本。因此，需要在效率和安全之間找到平衡。

4）與路線圖中其他部分的交互

將活動轉移到L2可以減少L1的MEV壓力。

 

6、跨L2 互操作性改進

1）我們在解決什么問題？

目前，L2生態系統的一個主要問題是用戶導航困難，且常見的導航方式（如集中式橋接和RPC客戶端）會引入信任假設。為了讓L2真正成為以太坊的一部分，我們需要讓用戶體驗到一個統一的生態系統。

一個病態糟糕（甚至危險的）跨L2用戶體驗的例子——我個人在這里因鏈選擇錯誤損失了100美元——盡管這并不是Polymarket的錯，但跨L2的互操作性應由錢包和以太坊標準（ERC）社區負責。在一個正常運作的以太坊生態系統中，從L1向L2發送Token，或從一個L2向另一個L2發送Token，應該與在同一個L1內發送Token的體驗相同。

2）跨L2互操作性改進

跨L2互操作性改進分為幾個類別，主要目標是縮小現有L2生態系統與理想狀態之間的差距，具體改進方向包括：

A、鏈特定地址：地址應包含鏈的信息，這樣可以簡化跨L2轉賬流程，錢包自動確定發送方式。

B、鏈特定支付請求：生成標準化的支付消息，便于個人支付和去中心化應用請求資金。

C、跨鏈交換和gas支付：創建開放協議表達跨鏈操作，支持不同L2之間的資產轉移。

D、輕客戶端：用戶能夠驗證鏈的真實性，而不僅僅依賴RPC提供者，實現信任無關性。

這些改進將提高L2之間的互操作性，使用戶跨鏈交互時的體驗更加流暢和安全。

E、Keystore錢包：集中存儲密鑰，只需在一個地方更新即可，從多個L2讀取。這需要L2具備標準化方法來無成本讀取L1，相關提案包括：

A、L1SLOAD：在L2高效讀取L1存儲數據。

B、REMOTESTATICCALL：讓L2以無成本調用L1函數讀取信息。

通過Keystore錢包，用戶可以更方便地管理跨鏈密鑰更新。

F、共享Token橋構想：設想一個所有L2都是有效性證明rollup的世界，創建一個共享的最小化rollup，維護不同L2Token余額，允許跨L2批量轉賬。這能減少L1燃氣費用，提高跨L2轉賬的效率。

G、同步可組合性：允許在特定L2與L1之間或多個L2之間進行同步調用，提升DeFi協議的金融效率。基于rollup的解決方案自然支持這些技術。

這些改進將提高L2之間的互操作性，使用戶跨鏈交互時的體驗更加流暢和安全。

3）剩下的工作及其權衡

許多示例面臨標準化的時機和層級問題。過早標準化可能導致劣質方案的固化，而過晚則可能造成不必要的碎片化。在某些情況下，短期解決方案雖然簡單但不理想，長期解決方案則更為完善但需時多年。

這些任務不僅是技術問題，還是社會問題，涉及L2、錢包和L1之間的合作。我們是否能成功解決這些問題，考驗著社區的凝聚力。

4）與路線圖其他部分的交互

大多數提案是較高層的構造，對L1的影響不大，唯一的例外是共享排序，它會對MEV產生顯著影響。

 

7、擴展 L1 執行能力

1）要解決的問題

如果L2高度可擴展但L1交易量仍然低，可能給以太坊帶來風險：

• ETH資產的經濟狀況變得更脆弱，影響網絡長期安全性。

• L2依賴L1的金融生態系統，若生態系統減弱，L2的吸引力也會降低。

• L2需要較長時間才能達到與L1相同的安全保障。

• 若某個L2失敗，用戶需通過L1恢復資產，因此L1必須能夠處理復雜的L2清算。

因此，擴展L1并確保其能容納更多應用場景非常重要。

2）這是什么，它是如何工作的？

簡單增加gas上限是擴展L1的最直接方式，但這可能導致中心化，削弱以太坊的可信度。可持續性仍在討論中，需考慮其他技術的實現來提高大區塊的驗證效率。

另一些擴展策略是識別能在不影響去中心化和安全性的情況下降低成本的特定功能。例如：

A、降低成本的特定計算：

• EOF：新EVM字節碼格式，便于靜態分析，允許更快實現，并可降低gas成本。

• 多維燃氣定價：為計算、數據和存儲設置獨立費用和限制，增加平均容量而不增加安全風險。

• 降低特定操作的燃氣成本：例如，減少加法和其他簡單操作的燃氣費用，使其低于乘法。

B、EVM-MAX和SIMD：

• EVM-MAX：允許更高效的本地大數字數學，通過模塊隔離優化存儲。

• SIMD：在一組值上高效執行相同指令，有助于隱私協議和L2證明系統的擴展。

C、本地rollup（native rollups or "enshrined rollups")：創建多個并行運行的EVM副本，與rollup模型相等，但更原生地集成到協議中。

3）剩下的工作及其權衡

L1擴展有三種策略，可以單獨或并行實施：

A、技術改進：優化客戶端和歷史數據處理，簡化L1驗證，隨后提高油費限制。

B、降低特定操作成本：提升平均處理能力而不增加風險。

C、本地rollup創建多個EVM副本，給開發者靈活性。

這些技術各有優缺點。例如，本地rollup在組合性上有限，無法跨多個Rollup同步操作。提高gas限制可能減少驗證節點和獨立質押者的數量，而降低特定操作成本可能增加整體復雜性。

一個重要問題是：什么該放在L1上，什么該放在L2上？把所有內容都放在L1上不可行，因為潛在交易量巨大，會影響L1的驗證能力（除非使用本地rollup）。因此，我們需要明確原則，以免提高油費限制損害以太坊L1的去中心化，最終大部分活動仍在L2上，L1失去其獨特性。

關于L1和L2之間“分工”的一種提議觀點

4）與路線圖其他部分的交互

引入更多用戶到L1意味著需要提升其規模和其他方面。這會導致更多的MEV留在L1，增加了對處理MEV的需求，也提升了L1快速時間槽的價值。同時，這也依賴于L1驗證的順利進行。
 

注：考慮到可讀性，本文在原文基礎上有做精簡處理，詳情請參見原文：https://vitalik.eth.limo/general/2024/10/17/futures2.html

 

 

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來源：https://vitalik.eth.limo/general/2024/10/17/futures2.html