终局之战：揭秘V神的区块链扩容最优解

【TL; DR】

• 12月6日，V神在其个人博客发布文章《终局之战》，规划了以太坊以及其他主要区块链扩容的合理路径。
• “大区块链”指的是那些具有较大区块，交易频率极高（每秒可达数千笔）的区块链。
• 大区块链可以在产块上中心化，而在验证块上去中心化。为此，可以在第一层质押节点即产块节点外，引入第二层质押节点作为验证节点。
• 实现中心化产块+去中心化验证后，还需要引入欺诈证明（Fraud Proofs）或零知识证明技术（ZK-SNARKs），使得第二层质押者能够直接验证区块的可靠性。
• 无论是采用分片+Rollup结构的以太坊，还是传统的“大区块”区块链，都会走向中心化出块+去中心化验证这一模式。

12月6日，以太坊创始人Vitalik Buterin在个人博客发布文章《终局之战》（Endgame），规划了以太坊以及其他主要区块链扩容的合理路径，以帮助这些区块链在获得高拓展性时，保持其去信任和抵抗审查的能力，同时，在不可能三角中获得较好平衡。

实际上数日前的12月2日，以太坊信标链上线一周年之际，Vitalik就在推特发布了以太坊后续的发展路线图。未来，以太坊的后续工作将主要包括以下几个主要部分：

The Merge（合并）：合并以太坊网络，完全转向PoS共识方案。

The Surge（腾飞）：利用分片技术大幅提高以太坊可拓展性。

The Verge（边缘）：引入Verkle树等机制，实现无状态性。

The Purge（净化）：清楚早期历史数据和其他技术问题。

The Splurge（挥霍）：其他诸多重要升级。


关于以太坊未来的”信标链+分片链+Layer“整体架构，请参见我们的博客文章：
分片+Layer 2会是以太坊的终极解决方案吗

中心化产块+去中心化验证

在文章中，Vitalik通过思维实验的方式，论证了“大区块链”在扩容中的取舍问题。“大区块链”指的是那些具有较大区块，交易频率极高（每秒可达数千笔）的区块链。由于区块容量较大，整个区块链账本的大小也将迅速膨胀，以至于大多数节点无法满足运行区块链的硬件要求从而退出网络，这种“大区块链”往往中心化程度较高，可能只有数百乃至数十个运行完整客户端、具有出块能力的节点。那么是否有可能，使得这种在去中心化上表现不佳的区块链也具有较高的去信任和抵抗审查的能力呢？

首先，Vitalik认为，这些区块链可以在产块上中心化，而在验证块上去中心化。为此，可以在第一层质押节点即产块节点外，引入第二层质押节点作为验证节点。这种第二层质押的资源需求较小，能够以脚低成本实现区块的分布式验证。具体来说，需要把每个区块中的交易划分为100组，并每组作为一个Merkle Tree或Verkle Tree的根。这样的话，验证者只需要查看Merkle Tree的顶部节点，就可以一次性完成对大量交易的验证，即便出了问题，也可以向下搜索迅速找到问题交易的位置。此后，每个第二层质押者将随机获得这100组交易中的一个，只有超过2/3被分配验证的第二层质押者通过验证，一个区块才会被接受。

Vitalik绘制了一张流程图，描述了这种“中心式产块”+“分布式验证”的过程，他认为这种方式“不太美观”“aesthetially ugly”，但是的确为系统提供了抵抗审查的能力。即便某个第一层质押者（产块者）有意攻击或审查区块内容，他所能做到的最多也就是脱离网络，暂时使得以太坊网络不能出块，直到下一位诚实节点被选出。

第二，在实现中心化产块+去中心化验证后，还需要引入欺诈证明（Fraud Proofs）或零知识证明技术（ZK-SNARKs），使得第二层质押者能够直接验证区块的可靠性。这两种技术的成本都很低，其中，零知识证明技术允许在密码学上直接证明区块可靠。而欺诈证明的原理则是，一旦发现节点自己所分配验证的交易是有误的，便可以将这种欺诈证明广播出去。

第三，引入DAS技术（data availability sampling，数据可用性抽样）。DAS与分片和Rollup技术密不可分，我们知道分片技术使得节点无需储存全部数据，同时也给Rollup提供了数据的可用性。使用DAS技术，运行轻量节点的用户也可以检验区块链内容的公开透明，而无需下载全部数据。

第四，添加二级交易渠道以对抗审查。区块链对抗审查的性质可以描述为：“没有人能阻止某一笔链上交易的进行，或者在智能合约中添加代码的行为，用户可以在区块链上执行自己任意想做的”。Vitalik还给出了一种可能的二级交易渠道方案，那就是允许第二层质押者（验证者）提交交易列表，同时必须包含下一个区块。

分片和Rollup

以太坊2.0本身不能解决可拓展性的全部问题，但是它提供了一个良好的平台，使得其他人可以提出并解决问题的方案，如Layer 2解决方案Arbitrum、Optimism、Zksync都是如此。在以太坊上，DAS技术使得分片成为可能，分片又给Rollup提供可数据可用性，Rollup后的数据将会分配到各大分片中。Rollup节点或产块节点需要很高的处理能力，同时Rollup机制也确保了区块的有效性。如果某个Rollup大获成功，占据了整个Layer 2赛道，这同样构成了一种中心化产块+分布式验证的能力。


而如果没有某个单一Rollup技术能够占据全部市场，从而呈现出各种Rollup并存的局面。那么由于跨域MEV（cross-domain miner extractable value opportunity）的存在，多个Rollup存在复杂的交易与套利机会，最终也会形成少部分人为谋取MEV控制整个区块链系统产块的状况。

结语

最终，我们可以得出结论，Vitalik认为无论是采用分片+Rollup结构的以太坊，还是传统的“大区块”区块链，都会走向中心化出块+去中心化验证这一模式，也就是他说称的“终局”。但是，鉴于分片、Rollup等技术尚不成熟，距离这一“终局”到来可能还有数年的时间。


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作者：Gate.io 研究员 Edward.H
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