以太坊合并后,迈向更高效、更安全、更可扩展的新纪元

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2022年9月,以太坊完成了其备受瞩目的“合并”(The Merge),从工作量证明(PoW)机制成功过渡到权益证明(PoS)共识机制,这不仅是以太坊发展史上的一个重要里程碑,更是其迈向“以太坊2.0”愿景的关键一步,合并的完成,标志着以太坊在能源消耗上实现了指数级下降,并为未来的技术升级和生态发展奠定了坚实的基础,合并之后,以太坊的发展路线图将如何展开?其核心目标与关键举措又是什么?

核心目标:可扩展性、安全性、去中心化(SSD)的再平衡

以太坊自诞生以来,便面临着“不可能三角”的挑战:在可扩展性(Scalability)、安全性(Security)和去中心化(Decentralization)三者之间难以兼得,合并后,以太坊的发展路线图始终围绕着一个核心目标:在保持高安全性和强去中心化的前提下,显著提升网络的可扩展性,以支持日益增长的全球用户和复杂应用。

关键发展路线与里程碑

以太坊合并后,迈向更高效、更安全、更可扩展的新纪元

以太坊的开发者社区通过以太坊改进提案(EIPs)和定期核心开发者会议(如All Core Devs Call),不断明确和完善合并后的发展路径,以下是一些关键的升级方向和预期里程碑:

  1. 后合并的持续优化与“ Surge”( Surge:分片扩容)

    以太坊合并后,迈向更高效、更安全、更可扩展的新纪元

    • 背景与意义:合并解决了能源问题和PoS共识的效率,但单链的交易处理能力(TPS)仍是瓶颈,分片技术(Sharding)是通过将网络分割成多个并行的“链”(分片),每个分片处理一部分交易和数据,从而显著提升整体网络吞吐量的核心解决方案。
    • “Surge”阶段:这是继合并后,以太坊路线图中的下一个重大升级阶段,预计将通过引入“数据可用性采样”(Data Availability Sampling, DAS)等技术,实现分片链的安全引入,数据可用性是以太坊分片的核心挑战之一,DAS允许轻量级节点高效验证分片数据的可用性,而不需要下载全部数据,从而保障了去中心化和安全性。
    • 预期影响:“Surge”成功实施后,以太坊的理论TPS将得到数量级的提升,大幅降低交易费用,为更广泛的应用(如高频交易、大规模DeFi、复杂GameFi等)提供可能。
  2. “Verkle Trees”( 默克尔 Patricia 树的升级)

    • 背景与意义:当前以太坊的状态存储使用的是默克尔 Patricia 树(Merkle Patricia Trie),这要求节点下载和存储大量的状态数据,对节点的存储空间和同步效率提出了较高要求,Verkle Trees(Verkle树)是一种更高效的数据结构,可以显著减少状态证明的大小和验证成本。
    • 目标:通过引入Verkle树,可以实现:
      • 轻客户端验证:使得移动设备等轻量级节点能够更高效地验证以太坊状态,极大提升网络的去中心化程度。
      • 降低存储负担:减少节点存储状态数据的需求,降低运行全节点的门槛。
      • 增强隐私:为未来更复杂的隐私保护方案奠定基础。
    • 进展:Verkle树的研发和测试一直在进行中,预计将在“Surge”之前或与之协同进行。
  3. “Verifiable Delay Functions”(VDFs:可验证延迟函数)与“The Verge”( 进一步去中心化和安全性增强)

    以太坊合并后,迈向更高效、更安全、更可扩展的新纪元

    • 背景与意义:为了进一步增强PoS共识的安全性,防止某些类型的攻击(如长程攻击),以太坊计划引入VDFs,VDFs是一种可以计算但难以验证的计算结果函数,它可以确保区块时间的确定性,并为随机数生成提供安全保障。
    • “The Verge”阶段:这一阶段将聚焦于通过引入VDFs以及其他密码学技术(如抗量子计算密码学的初步探索),进一步强化网络的基础安全性和去中心化特性,使以太坊能够抵御未来更先进的攻击手段。
  4. “The Purge”( 历史数据清理)与“The Splurge”( 最终整合与优化)

    • “The Purge”(清理):随着协议的不断升级,一些旧的历史状态数据和冗余代码将不再需要,这一阶段旨在清理这些历史包袱,进一步简化协议,降低节点的存储和计算负担。
    • “The Splurge”(整合与优化):这是路线图中的一个较为模糊但充满期待的阶段,它可能包含上述所有升级完成后的最终整合、性能极致优化以及一些当前尚未完全预见到的改进和创新,旨在将以太坊打造成一个极致高效、安全且去中心化的平台。
  5. Layer 2 扩容方案的持续繁荣与协同

    • 背景与意义:在Layer 1(以太坊主网)通过分片等方式提升扩容能力的同时,Layer 2(Rollups、状态通道、Plasma等)扩容方案将继续扮演至关重要的角色,Rollups(Optimistic Rollups和ZK-Rollups)是目前最受关注的L2方案,它们将大量计算和交易处理移至链下,仅将交易结果提交到主网,从而极大地提升了交易速度并降低了成本。
    • 协同发展:以太坊基金会和开发者社区高度重视L2生态的发展,未来将继续通过协议升级(如改进数据可用性、降低L2交互成本等)来支持L2的繁荣,L2的成熟将反过来减轻L1的扩容压力,形成L1与L2协同发展的良性循环,共同构建一个多层次的、高可扩展性的以太坊生态系统。

挑战与展望

尽管以太坊合并后的发展路线图清晰且充满潜力,但仍面临诸多挑战:

  • 技术实现难度:分片、Verkle树等核心技术的研发和部署过程复杂,需要经过充分的测试和审计。
  • 生态协同:确保L1升级与L2生态的顺畅协同,以及开发者社区的广泛参与和适配。
  • 监管不确定性:全球范围内对加密货币和DeFi的监管政策仍在演变,可能对以太坊的发展带来影响。
  • 竞争压力:其他公链和扩容方案也在不断迭代,以太坊需要持续保持其技术领先性和生态活力。

展望未来,以太坊合并后的发展路线是一条通往更高效率、更强安全性和更广去中心化的康庄大道,通过“Surge”、“Verge”、“Purge”、“Splurge”等一系列精心规划的升级,结合Layer 2生态的蓬勃发展,以太坊有望成为支撑未来数字经济全球基础设施的坚实底座,这不仅将为开发者提供更强大的工具和更广阔的舞台,也将为全球用户带来更便捷、更经济、更安全的去中心化应用体验,虽然前路挑战重重,但以太坊社区强大的创新能力和协作精神,使其有潜力克服困难,最终实现其构建一个更开放、更公平、更高效的全球互联网的愿景。