Vitalik新文：以太坊可能的未来，The Surge

以太坊的路线图最初包含两种扩容策略:分片和Layer2协议。分片让每个节点只需验证和存储一小部分交易,而Layer2协议则将大部分数据和计算保持在主链之外。这两种路径最终融合在一起,形成了以Rollup为中心的路线图,这仍然是以太坊当前的扩展策略。

以Rollup为中心的路线图提出了一个简单的分工:以太坊L1专注于成为一个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。今年,这一路线图取得了重要成果:EIP-4844 blobs的推出大幅增加了以太坊L1的数据带宽,多个以太坊虚拟机(EVM) Rollup已进入第一阶段。但这条路也面临着一些独特的挑战。

The Surge的关键目标包括:

1. 未来以太坊通过L2可以达到10万以上的TPS;
2. 保持L1的去中心化和鲁棒性;
3. 至少一些L2完全继承了以太坊的核心属性(去信任、开放、抗审查);
4. 以太坊应该感觉像一个统一的生态系统,而不是34个不同的区块链。

本文将探讨以下几个方面:

1. 可扩展性三角悖论
2. 数据可用性采样的进一步进展
3. 数据压缩
4. Generalized Plasma
5. 成熟的L2证明系统
6. 跨L2互操作性改进
7. 在L1上扩展执行

可扩展性三角悖论

可扩展性三角悖论认为区块链的去中心化、可扩展性和安全性之间存在矛盾。虽然这不是一个严格的数学定理,但它指出了打破这种矛盾的困难性。一些高性能链声称解决了三元悖论,但实际上运行节点比以太坊更困难。

数据可用性采样与SNARKs的结合确实解决了三角悖论:它允许客户端在仅下载少量数据并执行极少量计算的情况下,验证一定数量的数据是可用的,并且一定数量的计算步骤是正确执行的。Plasma架构也是一种解决方案,它以激励兼容的方式将监视数据可用性的责任推给用户。

数据可用性采样的进一步进展

我们的目标是每个slot达到16 MB的数据可用性带宽,结合Rollup数据压缩的改进,将带来约58000 TPS。

PeerDAS是"1D sampling"的一个相对简单的实现。在以太坊中,每个blob都是一个在253位素数域上的4096次多项式。我们广播多项式的shares,其中每个shares包含从总共8192个坐标中相邻的16个坐标上的16个评估值。任何4096个评估值都可以恢复blob。

PeerDAS的工作原理是让每个客户端侦听少量子网,并通过询问全球p2p网络中的对等方来请求它需要的其他子网上的blob。更保守的版本SubnetDAS仅使用子网机制,而没有额外的询问对等层。

从理论上讲,我们可以将"1D sampling"规模扩展得相当大,但这会使带宽受限的客户端无法采样。因此,我们最终想要更进一步,进行2D采样,这种方法不仅在blob内进行随机抽样,还在blob之间进行随机抽样。

接下来是完成PeerDAS的实施和推出。之后,不断增加PeerDAS上的blob数量,同时仔细观察网络并改进软件以确保安全,这是一个渐进的过程。我们还需要做更多的工作来确定2D DAS的理想版本,并证明其安全属性。

数据压缩

目前每笔Rollup交易都会占用大量链上数据空间。我们需要让每个Rollup中的交易在链上占用更少的字节。

数据压缩的方法包括:

1. 零字节压缩
2. 签名聚合
3. 用pointers替换地址
4. 交易值的自定义序列化
5. 发布状态差异而不是交易

采用ERC-4337,并最终将其部分内容纳入L2 EVM中,可以大大加快聚合技术的部署。

Generalized Plasma

Plasma是一种扩容解决方案,它涉及到一个运营商将区块发布到链下,并将这些区块的Merkle根放到链上。早期的Plasma版本仅能处理支付用例,无法有效地进一步推广。

如果我们要求每个根都用SNARK进行验证,那么Plasma就会变得强大得多。每个挑战游戏都可以大大简化,因为我们排除了运营商作弊的大部分可能路径。同时,也开辟了新的路径,使Plasma技术能够扩展到更广泛的资产类别。

Plasma系统并不需要完美。即使你只能保护资产的子集,你也已经大大改善了当前超可扩展EVM的现状。

成熟的L2证明系统

目前,大多数Rollup实际上还不是去信任的。存在一个安全委员会,它有能力override证明系统的行为。我们需要无需信任的Rollup,因此必须直面并解决这个问题。

达到无需信任Rollup的主要挑战是获得足够的信心,证明系统实际上足够值得信赖。有两种主要方法可以执行此操作:

1. 形式化验证:使用现代数学和计算技术来证明证明系统只接受通过EVM规范的区块。

2. 多证明:制作多个证明系统,并将资金投入这些证明系统与安全委员会。如果证明系统同意,安全委员会就没有权力;如果他们不同意,安全委员会只能在其中之一之间做出选择。

跨L2互操作性改进

我们需要让使用L2生态系统的感觉就像是在使用一个统一的以太坊生态系统一样。跨L2互操作性改进包括:

1. 特定链的地址
2. 特定链的支付请求
3. 跨链兑换和Gas支付
4. 轻客户端
5. Keystore钱包
6. 共享代币桥
7. 同步组合性

这些提案中的大多数都是"更高层"结构,因此对L1层面的考虑影响不大。一个例外是共享排序,它对最大可提取价值(MEV)有着重大影响。

在L1上扩展执行

如果L2变得非常可扩展和成功,但L1仍然只能处理非常少量的交易量,那么以太坊可能会出现一些风险。因此,继续扩展L1本身,并确保它能够继续容纳越来越多的用例,这是非常有价值的。

L1扩展的策略包括:

1. 改进技术以使L1更易于验证,然后提高Gas限制。
2. 降低特定操作的成本,在不增加最坏情况风险的情况下增加平均容量。
3. 原生Rollups:创建EVM的N个并行副本。

任何L1扩容路线图都需要回答的一个重大问题是:L1和L2的最终愿景分别是什么?我们需要一些指导原则,以确保不会严重损害以太坊L1的去中心化。

将更多用户引入L1不仅意味着要提升扩展,还意味着要改善L1的其他方面。这意味着更多的MEV将留在L1上,因此,明确处理MEV的需求将变得更加迫切。这将极大地提升L1上快速slot时间的价值。同时,这也极大地依赖于L1验证的顺利进行。