Vitalik新文：以太坊可能的未來，The Surge

以太坊的路線圖最初包含兩種擴容策略:分片和Layer2協議。分片讓每個節點只需驗證和存儲一小部分交易,而Layer2協議則將大部分數據和計算保持在主鏈之外。這兩種路徑最終融合在一起,形成了以Rollup爲中心的路線圖,這仍然是以太坊當前的擴展策略。

以Rollup爲中心的路線圖提出了一個簡單的分工:以太坊L1專注於成爲一個強大且去中心化的基礎層,而L2則承擔幫助生態系統擴展的任務。今年,這一路線圖取得了重要成果:EIP-4844 blobs的推出大幅增加了以太坊L1的數據帶寬,多個以太坊虛擬機(EVM) Rollup已進入第一階段。但這條路也面臨着一些獨特的挑戰。

The Surge的關鍵目標包括:

1. 未來以太坊通過L2可以達到10萬以上的TPS;
2. 保持L1的去中心化和魯棒性;
3. 至少一些L2完全繼承了以太坊的核心屬性(去信任、開放、抗審查);
4. 以太坊應該感覺像一個統一的生態系統,而不是34個不同的區塊鏈。

本文將探討以下幾個方面:

1. 可擴展性三角悖論
2. 數據可用性採樣的進一步進展
3. 數據壓縮
4. Generalized Plasma
5. 成熟的L2證明系統
6. 跨L2互操作性改進
7. 在L1上擴展執行

可擴展性三角悖論

可擴展性三角悖論認爲區塊鏈的去中心化、可擴展性和安全性之間存在矛盾。雖然這不是一個嚴格的數學定理,但它指出了打破這種矛盾的困難性。一些高性能鏈聲稱解決了三元悖論,但實際上運行節點比以太坊更困難。

數據可用性採樣與SNARKs的結合確實解決了三角悖論:它允許客戶端在僅下載少量數據並執行極少量計算的情況下,驗證一定數量的數據是可用的,並且一定數量的計算步驟是正確執行的。Plasma架構也是一種解決方案,它以激勵兼容的方式將監視數據可用性的責任推給用戶。

數據可用性採樣的進一步進展

我們的目標是每個slot達到16 MB的數據可用性帶寬,結合Rollup數據壓縮的改進,將帶來約58000 TPS。

PeerDAS是"1D sampling"的一個相對簡單的實現。在以太坊中,每個blob都是一個在253位素數域上的4096次多項式。我們廣播多項式的shares,其中每個shares包含從總共8192個坐標中相鄰的16個坐標上的16個評估值。任何4096個評估值都可以恢復blob。

PeerDAS的工作原理是讓每個客戶端偵聽少量子網,並通過詢問全球p2p網路中的對等方來請求它需要的其他子網上的blob。更保守的版本SubnetDAS僅使用子網機制,而沒有額外的詢問對等層。

從理論上講,我們可以將"1D sampling"規模擴展得相當大,但這會使帶寬受限的客戶端無法採樣。因此,我們最終想要更進一步,進行2D採樣,這種方法不僅在blob內進行隨機抽樣,還在blob之間進行隨機抽樣。

接下來是完成PeerDAS的實施和推出。之後,不斷增加PeerDAS上的blob數量,同時仔細觀察網路並改進軟件以確保安全,這是一個漸進的過程。我們還需要做更多的工作來確定2D DAS的理想版本,並證明其安全屬性。

數據壓縮

目前每筆Rollup交易都會佔用大量鏈上數據空間。我們需要讓每個Rollup中的交易在鏈上佔用更少的字節。

數據壓縮的方法包括:

1. 零字節壓縮
2. 籤名聚合
3. 用pointers替換地址
4. 交易值的自定義序列化
5. 發布狀態差異而不是交易

採用ERC-4337,並最終將其部分內容納入L2 EVM中,可以大大加快聚合技術的部署。

Generalized Plasma

Plasma是一種擴容解決方案,它涉及到一個運營商將區塊發布到鏈下,並將這些區塊的Merkle根放到鏈上。早期的Plasma版本僅能處理支付用例,無法有效地進一步推廣。

如果我們要求每個根都用SNARK進行驗證,那麼Plasma就會變得強大得多。每個挑戰遊戲都可以大大簡化,因爲我們排除了運營商作弊的大部分可能路徑。同時,也開闢了新的路徑,使Plasma技術能夠擴展到更廣泛的資產類別。

Plasma系統並不需要完美。即使你只能保護資產的子集,你也已經大大改善了當前超可擴展EVM的現狀。

成熟的L2證明系統

目前,大多數Rollup實際上還不是去信任的。存在一個安全委員會,它有能力override證明系統的行爲。我們需要無需信任的Rollup,因此必須直面並解決這個問題。

達到無需信任Rollup的主要挑戰是獲得足夠的信心,證明系統實際上足夠值得信賴。有兩種主要方法可以執行此操作:

1. 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通過EVM規範的區塊。

2. 多證明:制作多個證明系統,並將資金投入這些證明系統與安全委員會。如果證明系統同意,安全委員會就沒有權力;如果他們不同意,安全委員會只能在其中之一之間做出選擇。

跨L2互操作性改進

我們需要讓使用L2生態系統的感覺就像是在使用一個統一的以太坊生態系統一樣。跨L2互操作性改進包括:

1. 特定鏈的地址
2. 特定鏈的支付請求
3. 跨鏈兌換和Gas支付
4. 輕客戶端
5. Keystore錢包
6. 共享代幣橋
7. 同步組合性

這些提案中的大多數都是"更高層"結構,因此對L1層面的考慮影響不大。一個例外是共享排序,它對最大可提取價值(MEV)有着重大影響。

在L1上擴展執行

如果L2變得非常可擴展和成功,但L1仍然只能處理非常少量的交易量,那麼以太坊可能會出現一些風險。因此,繼續擴展L1本身,並確保它能夠繼續容納越來越多的用例,這是非常有價值的。

L1擴展的策略包括:

1. 改進技術以使L1更易於驗證,然後提高Gas限制。
2. 降低特定操作的成本,在不增加最壞情況風險的情況下增加平均容量。
3. 原生Rollups:創建EVM的N個並行副本。

任何L1擴容路線圖都需要回答的一個重大問題是:L1和L2的最終願景分別是什麼?我們需要一些指導原則,以確保不會嚴重損害以太坊L1的去中心化。

將更多用戶引入L1不僅意味着要提升擴展,還意味着要改善L1的其他方面。這意味着更多的MEV將留在L1上,因此,明確處理MEV的需求將變得更加迫切。這將極大地提升L1上快速slot時間的價值。同時,這也極大地依賴於L1驗證的順利進行。