以太坊的未来之路：The Surge 解析

自2022年10月起，以太坊联合创始人维塔利克·布特林陆续发布了一系列探讨以太坊协议未来可能性的文章。这些文章涵盖了以太坊发展路线图的六个关键阶段：合并、激增、清除、验证、净化和飞跃。本文将聚焦于路线图的第二部分 - The Surge（激增），深入探讨以太坊如何提升其可扩展性并实现长期发展。

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。通过智能合约的自动执行，以太坊支持复杂的去中心化应用程序，这种灵活性使其成为开发者构建DeFi、NFT等去中心化应用的首选平台。

然而，以太坊在可扩展性方面存在局限。目前以太坊每秒只能处理15-30笔交易，与传统支付网络相比差距巨大。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的交易处理能力达到每秒10万笔以上
• 保持L1的去中心化和稳定性
• 确保至少部分L2完全继承以太坊的核心特性（无需信任、开放、抗审查）
• 最大化L2之间的互操作性，使以太坊生态系统更加统一

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，其中rollup是核心组成部分。这一策略明确了分工：以太坊L1专注于成为强大且去中心化的基础层，而L2则承担帮助生态系统扩展的任务。

Rollup在链下打包交易，然后将结果提交回以太坊主网，在保持安全性和去中心化的同时显著提高吞吐量。布特林认为，rollup可以将以太坊的处理能力提升至每秒10万笔以上，这将是一次颠覆性的扩展，使以太坊能够在不牺牲去中心化精神的前提下处理全球规模的应用。

布特林强调，rollup不仅是临时解决方案，更是长期的扩展策略。随着以太坊通过The Merge从PoW过渡到PoS降低能耗后，rollup作为长期扩展方案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的推出大幅增加了以太坊L1的数据带宽，多个基于以太坊虚拟机的rollup已进入初始阶段。每个L2都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)，这是一种旨在解决数据可用性问题的技术。在以太坊这样的去中心化网络中，所有节点都能验证数据而无需存储或下载全部内容，这一点至关重要。

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。

布特林重点讨论了两种形式的DAS：PeerDAS和2D DAS。

PeerDAS有望增强rollup的信任假设，提高其安全性。2D DAS不仅在blob内进行随机抽样，还在blob之间进行随机抽样。利用KZG承诺的线性特性，通过一组新的虚拟blob来扩展一个区块中的blob集，这些虚拟blob编码相同的冗余信息。

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，同时不影响去中心化程度。

未来还需要进一步研究确定2D DAS的理想版本，并证明其安全属性。

布特林认为长期可行的路径包括：

1. 实施理想的2D DAS；
2. 坚持使用1D DAS，牺牲采样带宽效率，为简单性和稳健性接受较低的数据上限；
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，L1区块会变得非常大，客户端将需要一种高效方法来验证其正确性，因此不得不在L1层使用与rollup（如ZK-EVM和DAS）相同的技术。

Plasma 和其他解决方案

除了Rollup，早期提出的链下扩展方案Plasma也是另一种L2解决方案。

Plasma创建子链，独立于主以太坊链处理交易，定期向主网提交摘要。对每个区块，运营商向用户发送Merkle分支证明资产状态变化。用户可通过提供Merkle分支提取资产，且该分支无需以最新状态为根。

因此，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。如果提交无效分支（如提取已转移资产或凭空创造资产），可通过链上挑战机制判定资产归属。

虽然Plasma开发某种程度上落后于rollup，但布特林仍将其视为以太坊可扩展性工具包的重要组成部分。

此外，布特林还讨论了改进数据压缩技术和加密证明，以进一步提高rollup和其他L2解决方案的效率。思路是在确保以太坊节点可验证所有必要信息的同时，最大限度压缩数据。这些技术改进可能在以太坊实现更高吞吐量的过程中发挥关键作用。

早期Plasma版本仅能处理支付用例，难以进一步推广。然而，如果要求每个根都用SNARK验证，Plasma将变得更为强大。这不仅简化了流程，排除了大部分运营商作弊可能，还为用户提供了在运营商不作弊情况下立即提取资金的新途径，无需等待一周的挑战期。

Plasma的性能相当出色，这也是人们致力于设计巧妙结构以克服其安全缺陷的主要原因。

跨L2互操作性改进

当前L2生态系统面临的一个主要挑战是跨L2互操作性较弱，如何让使用L2生态系统的体验如同使用统一的以太坊生态系统是亟待改进的问题。

跨L2互操作性改进涉及多个方面。理论上，以Rollup为中心的以太坊与执行分片L1类似。目前以太坊L2生态系统在实践中距离理想状态还存在以下问题：

特定链的地址： 地址应包含链信息（L1、Optimism、Arbitrum等）。实现后可通过简单将地址放入发送字段来完成跨L2发送，钱包可在后台自动处理发送流程（包括使用跨链协议）。

特定链的支付请求： 应能轻松标准化创建"在链Z上向我发送X个Y类型代币"的消息。主要应用于个人间支付、商户支付和dApp资金请求。

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。ERC-7683和RIP-7755在这方面进行了尝试，尽管它们的应用范围更广。

轻客户端： 用户应能实际验证所交互的链，而非仅信任RPC提供商。例如，a16z crypto的Helios可以实现这一点（针对以太坊本身），但这种去信任性需要扩展到L2。ERC-3668（CCIP-read）是实现这一目标的一种策略。

共享代币桥理念： 在所有L2都是有效性证明rollup且每个slot都向以太坊提交的情况下，原生状态下将一个L2的资产转移到另一个L2仍需提现和存款，这会产生大量L1 Gas费。

解决方案之一是： 创建一个共享的极简Rollup，其唯一功能是维护每种代币由哪个L2拥有及各自余额，并允许通过任何L2发起的一系列跨L2发送操作批量更新这些余额。这将使跨L2转账无需每次都支付L1燃气费，也无需使用如ERC-7683等基于流动性提供者的技术。

同步组合性： 允许在特定L2与L1之间或多个L2之间进行同步调用，有助于提高DeFi协议的财务效率。前者无需跨L2协调即可实现；后者则需要共享排序。基于rollup的技术自动适用于所有这些技术。

这些示例面临着标准化时机和层级的困境。过早标准化可能使较差的解决方案根深蒂固，过晚则可能造成不必要的碎片化。

目前的共识是：某些情况下既有属性较弱但易于实施的短期方案，也有"最终正确"但需要数年才能实现的长期方案。这些任务不仅是技术问题，更是（甚至主要是）社会问题，需要L2、钱包和L1的协作。

继续扩展以太坊L1

布特林认为，扩展以太坊L1本身并确保它能容纳越来越多用例是非常有价值的。

L1扩展有三种策略，可单独或并行进行：

1. 改进技术（如客户端代码、无状态客户端、历史到期）以使L1更易验证，然后提高Gas限制；
2. 在不增加最坏情况风险的前提下，降低特定操作成本以增加平均容量；
3. 原生Rollups（即创建EVM的N个并行副本）。

这些技术各有权衡。例如，原生rollups在组合性方面与普通rollups有相同弱点：无法发送单一交易跨多个rollup同步执行操作。提高Gas上限会削弱通过简化L1验证可实现的其他好处，如增加运行验证节点的用户比例和solo质押者数量。根据实现方式，使EVM中特定操作更便宜可能会增加EVM的整体复杂性。

去中心化和安全性

可扩展性与去中心化的平衡是布特林反复强调的主题。许多区块链项目选择牺牲去中心化来换取更高吞吐量。例如，某区块链每秒可处理数千笔交易，但需要强大硬件运行节点，导致网络中心化。布特林坚持认为，即使以太坊不断扩展，也必须保持对去中心化的承诺。

Rollup和DAS被视为增加以太坊容量同时保持其去中心化性质的方法。与某些高性能区块链不同，以太坊的扩展策略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。这对于以太坊建立支持全球范围、无需许可的金融系统的愿景至关重要。

可扩展性越高，安全性方面的责任就越大。随着以太坊走向以rollup为中心的未来，确保这些系统的无需信任性变得十分关键。Rollup依靠加密证明保证链下交易在提交回以太坊时的合法性。虽然这些系统已被证明有效，但并非没有风险。布特林承认，这些技术的成熟需要严格测试和迭代，特别是当它们被更广泛采用时。

The Surge的前景展望

在The Surge之后，布特林设想以太坊不仅可扩展而且保持完全去中心化、安全和可持续性。这一愿景不仅包括通过rollup和DAS扩展第1层，还包括构建更高效的共识算法、改进开发工具以及培育蓬勃发展的dApp生态系统。

以太坊的路线图充满乐观，同时也面临诸多挑战。大规模实施rollup、确保L2解决方案安全以及为量子未来做准备都是