Originaltitel: "ETH坊Protokoll技术升级前景解析（2）：The Surge"

Quelle: Ebunker 中文

Seit Oktober dieses Jahres hat der Mitbegründer von Ethereum, Vitalik Buterin, eine Reihe von Artikeln über die möglichen Zukunftsperspektiven des Ethereum-Protokolls veröffentlicht. Der Inhalt umfasst sechs Teile der Entwicklungsrichtlinie von Ethereum: The Merge, The Surge, The Scourge, The Verge, The Purge und The Splurge.

Zuvor haben wir den ersten Teil der Roadmap (The Merge) analysiert. In diesem Artikel werden wir den zweiten Teil dieser Serie, The Surge, weiter analysieren. Vitalik diskutiert in diesem Artikel hauptsächlich die Skalierbarkeit und langfristige Entwicklung von ETH-Bereich. Anhand dieser Phase der technischen Roadmap können wir besser verstehen, wie sich ETH-Bereich in ein Protokoll verwandeln wird, das eine enorme Nachfrage bewältigen kann (TPS erreicht 100.000+), während es gleichzeitig dezentralisiert und sicher bleibt.

Die Kernvision von Ethereum

Im Wesentlichen zielt ETH darauf ab, die Grundschicht des dezentralen Internets zu werden. ETH unterstützt komplexe dezentrale Anwendungen durch die automatische Ausführung von Smart Contract-Code, was seine Flexibilität zum bevorzugten Blockchain-Entwicklungstool für die Erstellung von DeFi, NFT und anderen dezentralen Anwendungen macht.

Allerdings gibt es bei der Skalierbarkeit von Ethereum (ETH) Einschränkungen. Auf der ETH L1 können nur etwa 15 bis 30 Transaktionen pro Sekunde verarbeitet werden, was im Vergleich zu traditionellen Zahlungsnetzwerken wie Visa noch deutlich hinterherhinkt. Dies führt zu hohen Gasgebühren während Netzwerküberlastungen und begrenzt die Fähigkeit von ETH, zu einer globalen Infrastruktur zu werden. Genau dies ist das Hauptproblem, das The Surge adressieren will.

Die Hauptziele von The Surge sind wie folgt:

-ETH Netzwerk L1+L2 erreicht 100.000+ TPS;

• Beibehaltung der Dezentralisierung und Robustheit von L1;

• Mindestens einige L2 übernehmen vollständig die Kernattribute von Ethereum (vertrauenslos, offen, zensurresistent).

-Maximierung der Interoperabilität zwischen L2: Das ETH-Protokoll sollte wie ein Ökosystem sein, nicht nur dutzende verschiedene Blockchains.

Eine Zukunft, die von Rollup dominiert wird

The Surge refers to the Ethereum plan to significantly improve scalability, primarily through L2 solutions. Rollup is a key component of this strategy. The roadmap centered around rollup proposes a simple division of labor: Ethereum L1 focuses on becoming a powerful and decentralized base layer, while L2 takes on the task of helping the ecosystem expand.

Rollup packt Transaktionen außerhalb der Kette zusammen und gibt sie dann an das ETH-Hauptnetz zurück, wodurch die Durchsatzrate signifikant erhöht wird, während die Sicherheit und Dezentralisierung erhalten bleiben. Mit Vitaliks Worten kann Rollup die Skalierbarkeit von ETH auf über 100.000 TPS erhöhen. Dies wird eine bahnbrechende Erweiterung sein, da es ETH ermöglicht, globale Anwendungen zu verarbeiten, ohne den dezentralen Geist zu beeinträchtigen.

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Vitalik betonte, dass Rollup nicht nur eine vorübergehende Lösung ist, sondern auch eine langfristige Skalierungslösung. Ethereum 2.0 wechselt durch den Merge von PoW zu PoS, um den Energieverbrauch zu reduzieren, und Rollup wird als nächster wichtiger Meilenstein als langfristige Skalierungslösung angesehen.

In diesem Jahr hat die rollup-zentrierte Roadmap wichtige Fortschritte erzielt: Mit der Einführung von EIP-4844-Blobs hat sich die Datenbandbreite von ETH L1 deutlich erhöht, und mehrere ETH Virtual Machine (EVM) rollups haben die erste Phase erreicht. Jedes L2 existiert als Shard mit eigenen internen Regeln und Logik, und die Vielfalt und Diversität der Implementierung von Sharding ist heute Realität geworden.

Entwicklung der Datensamplung (DAS) zur weiteren Verbesserung der Datenverfügbarkeit

Ein weiterer wichtiger Aspekt von The Surge ist die Dataverfügbarkeitsabtastung (DAS), eine Technologie, die darauf abzielt, das Problem der Dataverfügbarkeit zu lösen. In dezentralisierten Netzwerken wie Ethereum können alle Knotenpunkte die Daten überprüfen, ohne sie speichern oder herunterladen zu müssen, was von entscheidender Bedeutung ist.

DAS ermöglicht es den Knoten, Daten zu überprüfen, ohne auf den vollständigen Datensatz zuzugreifen, um die Skalierbarkeit und Effizienz zu verbessern.

Vitalik betonte zwei Arten von DAS: PeerDAS und 2D DAS.

PeerDAS hat das Potenzial, das Vertrauensmodell von Rollup zu stärken und es sicherer zu machen. 2D DAS führt nicht nur zufällige Stichproben in Blobs durch, sondern auch zwischen den Blobs. Durch Nutzung der linearen Eigenschaften von KZG-Verpflichtungen wird die Blob-Sammlung eines Blocks durch eine Reihe neuer virtueller Blobs erweitert, die dieselben redundanten Informationen codieren.

Mit DAS kann Ethereum mehr Daten verarbeiten und schnellere, kostengünstigere Rollups realisieren, ohne die Dezentralisierung zu beeinträchtigen.

In einer weiteren Phase in der Zukunft muss mehr Arbeit geleistet werden, um die ideale Version von 2D DAS zu bestimmen und ihre Sicherheitseigenschaften zu beweisen.

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Die langfristige Realitätspfad, von dem Vitalik ausgeht, ist:

(1) Implementieren Sie das ideale 2D DAS;

(2) Es wird darauf bestanden, 1D DAS zu verwenden und die Abtastrate zu opfern, um eine höhere Einfachheit und Zuverlässigkeit bei akzeptabler Datenobergrenze zu gewährleisten.

（3）Aufgabe von DA und vollständige Akzeptanz von Plasma als Haupt-Layer2-Architektur.

Es ist zu beachten, dass diese Option auch dann besteht, wenn die Entscheidung getroffen wird, die Skalierung auf L1-Ebene direkt durchzuführen. Dies liegt daran, dass L1-Blöcke bei einer hohen Anzahl von TPS sehr groß werden und die Clients eine effiziente Methode zur Überprüfung ihrer Korrektheit wünschen würden, wodurch sie gezwungen wären, auf L1-Ebene die gleiche Technologie wie Rollup (wie ZK-EVM und DAS) zu verwenden.

Plasma und andere Lösungen

Neben Rollup ist Plasma, einer der frühen vorgeschlagenen Off-Chain-Skalierungslösungen, auch eine Art L2-Lösung.

Plasma erstellt Subchains, die unabhängig von der Haupt-ETH-Kette Transaktionen verarbeiten und regelmäßig Zusammenfassungen an das Hauptnetzwerk senden. Für jeden Block sendet der Betreiber jedem Benutzer einen Merkle-Zweig, um den Zustand der Vermögenswerte des Benutzers zu beweisen. Benutzer können ihre Vermögenswerte durch Bereitstellung des Merkle-Zweigs abrufen. Wichtig ist, dass dieser Zweig nicht auf dem neuesten Stand als Wurzel stehen muss.

Daher kann ein Benutzer seine Vermögenswerte auch dann wiederherstellen, wenn die Datenverfügbarkeit beeinträchtigt ist, indem er den neuesten verfügbaren Status extrahiert. Wenn ein Benutzer einen ungültigen Zweig einreicht (z.B. das Abheben von Vermögenswerten, die bereits an andere gesendet wurden, oder das Erstellen von Vermögenswerten aus dem Nichts), kann die rechtmäßige Zugehörigkeit der Vermögenswerte durch den On-Chain-Herausforderungsmechanismus festgestellt werden.

Obwohl die Entwicklung von Plasma in gewisser Weise hinter Rollup zurückliegt, betrachtet Vitalik es immer noch als Teil des breiteren Werkzeugkits zur Skalierbarkeit von ETH-Blockchains.

Darüber hinaus diskutiert Vitalik in dem Artikel auch Verbesserungen in der Datenkomprimierungstechnologie und der Verschlüsselungsnachweise, um die Effizienz von Rollup und anderen L2-Lösungen weiter zu steigern. Der Gedanke ist, so viele Daten wie möglich zu komprimieren, gleichzeitig aber sicherzustellen, dass alle erforderlichen Informationen weiterhin für die Überprüfung durch Ethereum-Knoten verfügbar sind. Diese technischen Verbesserungen dürften eine entscheidende Rolle bei der Realisierung einer höheren Durchsatzrate von Ethereum spielen.

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Das obige Bild zeigt die Plasma Cash-Kette, bei der Transaktionen, die Coin i ausgeben, an Position i des Baums platziert werden. In diesem Beispiel wird angenommen, dass alle zuvor erstellten Bäume gültig sind und dass Eve derzeit Coin 1 besitzt, David Coin 4 besitzt und George Coin 6 besitzt.

Frühe Versionen von Plasma konnten nur Zahlungsanwendungen verarbeiten und konnten nicht effektiv weiterentwickelt werden. Wenn jedoch jeder Root mit SNARK verifiziert wird, wird Plasma viel leistungsfähiger. Der Prozess kann erheblich vereinfacht werden, da die meisten möglichen Betrugspfade von Betreibern ausgeschlossen werden. Gleichzeitig eröffnet es auch neue Möglichkeiten, dass Benutzer ihre Gelder sofort abheben können, ohne auf eine einwöchige Herausforderungsfrist warten zu müssen.

Das obige Diagramm zeigt eine Methode (nicht die einzige), um EVM-Plasma-Ketten zu erstellen: Verwenden Sie ZK-SNARK, um einen parallelen UTXO-Baum aufzubauen, der die Änderungen des EVM-Saldos widerspiegelt und eine einzigartige Zuordnung für dasselbe Münze in verschiedenen historischen Zeitpunkten definiert. Auf dieser Grundlage kann die Plasma-Struktur aufgebaut werden.

Plasma hat eine sehr gute Leistung, und das ist der entscheidende Grund, warum alle ein geschicktes Design benötigen, um seine Sicherheitslücken zu überwinden.

Verbesserung der Interoperabilität über L2

Eine der Hauptherausforderungen im heutigen L2-Ökosystem besteht darin, dass die Interoperabilität zwischen den L2s schwach ist. Es muss dringend verbessert werden, damit sich die Verwendung des L2-Ökosystems so anfühlt, als würde man ein einheitliches Ethereum-Ökosystem nutzen.

Es gibt verschiedene Arten von Verbesserungen der Interoperabilität zwischen L2. Theoretisch gesehen ist das ETH-Rollup ähnlich wie die Ausführungsschicht L1. Das aktuelle L2-Ökosystem von ETH ist jedoch in der Praxis noch weit von idealen Zuständen entfernt und hat folgende Probleme:

Adresse der spezifischen Kette: Die Adresse sollte Informationen zur Kette enthalten (L1, Optimism, Arbitrum usw.). Sobald dies erreicht ist, kann der L2-Sendevorgang einfach durch Einfügen der Adresse in das Sendefeld erfolgen. Die Brieftasche kann dann im Hintergrund selbst entscheiden, wie sie senden soll (einschließlich der Verwendung von Cross-Chain-Protokoll).

Chain-spezifische Zahlungsaufforderungen: Sie sollten in der Lage sein, die Erstellung einer Nachricht in Form von "Sende mir X Y-Type Tokens auf Chain Z" einfach und standardisiert zu gestalten. Hierfür gibt es zwei Hauptanwendungsszenarien: Person-to-Person-Zahlungen oder Person-to-Person-Zahlungen für Händlerdienste; Die dApp beantragt eine Finanzierung.

Cross-Chain Exchange und Gaszahlung: Es sollte ein standardisiertes offenes Protokoll geben, um Cross-Chain-Operationen auszudrücken. ERC-7683 und RIP-7755 haben in diesem Bereich versucht, obwohl ihre Anwendungsbereiche breiter sind als diese spezifischen Anwendungsfälle.

Light-Client: Benutzer sollten in der Lage sein, die Blockchain, mit der sie interagieren, tatsächlich zu überprüfen, anstatt sich nur auf den RPC-Anbieter zu verlassen. Zum Beispiel kann Helios von a16z Crypto dies erreichen (für das Ethereum-Protokoll selbst), aber diese Vertrauenslosigkeit muss auf L2 ausgeweitet werden. ERC-3668 (CCIP-read) ist eine Strategie zur Erreichung dieses Ziels.

Das Konzept der gemeinsamen Token-Brücke: Angenommen, in einer Welt, in der alle L2 gültige Nachweis-Rollups sind und jeder Slot an die Ethereum-Blockchain eingereicht wird, ist es immer noch erforderlich, eine beträchtliche Menge an L1-Gasgebühren zu zahlen, um Vermögenswerte von einem L2 auf einen anderen L2 im nativen Zustand abzuziehen und einzuzahlen.

Ein möglicher Lösungsansatz besteht darin, einen gemeinsamen minimalistischen Rollup zu erstellen, der lediglich die Informationen darüber enthält, welche Art von Token von welchem L2 gehalten wird und wie hoch das jeweilige Guthaben ist. Es ermöglicht eine Sammlung von Updates für diese Kontostände durch eine Reihe von Cross-L2-Transaktionen, die von jedem L2 aus initiiert werden können. Auf diese Weise ist es möglich, Cross-L2-Transfers durchzuführen, ohne jedes Mal L1-Gasgebühren zu zahlen und ohne auf Technologien wie ERC-7683 zu setzen.

Synchronisierte Zusammensetzung: Ermöglicht synchronen Aufruf zwischen bestimmten L2 und L1 oder zwischen mehreren L2. Dies trägt zur Verbesserung der finanziellen Effizienz des DeFi-Protokolls bei. Ersteres kann ohne jegliche Koordination über L2-Grenzen hinweg erreicht werden; Letzteres erfordert jedoch eine gemeinsame Reihenfolge. Die auf Rollup basierende Technologie ist automatisch auf all diese Technologien anwendbar.

Viele der obigen Beispiele stehen vor der Herausforderung, wann und welche Ebenen der Standardisierung standardisiert werden sollen. Eine zu frühe Standardisierung könnte eine schlechtere Lösung zementieren. Eine zu späte Standardisierung könnte zu unnötiger Fragmentierung führen.

Eine aktuelle Konsensbildung ist: In einigen Fällen gibt es sowohl eine schwächere, aber leichter umsetzbare 'kurzfristige Lösung' als auch eine 'endgültige richtige Lösung', die jedoch Jahre dauern kann, um umgesetzt zu werden. Diese Aufgaben sind nicht nur technische Probleme, sondern auch (oder sogar hauptsächlich) soziale Probleme, die eine Zusammenarbeit von L2, Wallets und L1 erfordern.

Weitere Erweiterung des Ethereum-Protokolls L1

Vitalik glaubt, dass die Skalierung von Ethereum L1 selbst und die Gewährleistung, dass es weiterhin immer mehr Anwendungsfälle aufnehmen kann, sehr wertvoll ist.

Es gibt drei Strategien für die L1-Skalierung, die einzeln oder parallel durchgeführt werden können:

(1) Verbessern Sie die Technologie (z.B. Client-Code, stateless Client, abgelaufene Geschichte), um L1 leichter zu überprüfen, und erhöhen Sie dann die Gas-Limit.

(2) Reduzieren Sie die Kosten für bestimmte Operationen, erhöhen Sie die durchschnittliche Kapazität, ohne das Risiko des schlimmsten Falls zu erhöhen.

(3) Native Rollups (d. h. Erstellung von N parallelen Kopien der EVM).

Diese verschiedenen Technologien haben unterschiedliche Abwägungen. Zum Beispiel haben native Rollups dieselben Schwächen in Bezug auf Kompositionalität wie normale Rollups: Es ist nicht möglich, eine einzelne Transaktion zu senden, um Operationen über mehrere Rollups hinweg synchron auszuführen. Das Erhöhen des Gaslimits würde andere Vorteile beeinträchtigen, die durch vereinfachte L1-Verifikation erreicht werden können, wie zum Beispiel eine höhere Benutzerquote für verifizierende Knoten und eine größere Anzahl von Solo-Stakern. Je nach Implementierung kann das günstigere Gestalten bestimmter Operationen in der EVM die Gesamtkomplexität der EVM erhöhen.

Dezentralisierung und Sicherheit

Die Balance zwischen Skalierbarkeit und Dezentralisierung ist eines der Hauptthemen, die Vitalik immer wieder anspricht. Viele Blockchain-Projekte opfern Dezentralisierung, um eine höhere Durchsatzrate zu erzielen. Zum Beispiel kann Solana Tausende von Transaktionen pro Sekunde verarbeiten, benötigt aber leistungsstarke Hardware, um Knoten auszuführen und das Netzwerk zu zentralisieren. Vitalik besteht darauf, dass selbst wenn Ethereum kontinuierlich skaliert, das Versprechen der Dezentralisierung aufrechterhalten werden muss.

Rollup und DAS gelten als Methoden zur Erhöhung der Kapazität von Ethereum (ETH) und gleichzeitig zur Aufrechterhaltung seiner Dezentralisierung. Im Gegensatz zu Solana oder anderen leistungsstarken Blockchains stellt die Skalierungsstrategie von Ethereum sicher, dass jeder Knoten betreiben kann, um das Netzwerk in einer wirklich dezentralisierten Weise zu schützen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Vision von Ethereum, ein Blockchain-Netzwerk aufzubauen, das ein globales, permissionless Finanzsystem unterstützen kann.

Je höher die Skalierbarkeit, desto größer die Verantwortung für die Sicherheit. Mit der Zukunft von Ethereum, die auf Rollup-basierten Lösungen basiert, wird die Gewährleistung der Unverfälschtheit dieser Systeme entscheidend sein. Rollup verlässt sich auf kryptografische Beweise, um sicherzustellen, dass Off-Chain-Transaktionen bei der Einreichung an Ethereum legal sind. Obwohl sich die Wirksamkeit dieser Systeme bereits bewährt hat, ist sie nicht ohne Risiken. Vitalik gibt zu, dass diese Technologien strengen Tests und Iterationen unterliegen müssen, insbesondere wenn sie breiter eingesetzt werden.

Aussicht auf The Surge

Nach The Surge stellte sich Vitalik vor, dass ETH-Bank sowohl skalierbar als auch vollständig dezentralisiert, sicher und nachhaltig ist. Diese Vision umfasst nicht nur die Skalierung der ersten Ebene durch Rollup und DAS, sondern auch den Aufbau effizienterer Konsensalgorithmen, die Verbesserung von Entwicklertools und die Förderung eines blühenden dApp-Ökosystems.

Die Roadmap von ETH Square ist optimistisch, aber es gibt auch viele Herausforderungen. Die Implementierung von Rollups in großem Maßstab, die Sicherung von L2-Lösungen und die Vorbereitung auf eine Quantenzukunft sind komplexe Aufgaben. Wenn es der ETH jedoch gelingt, diese Hindernisse zu überwinden, wird sie ihre Position als Kern des Web3 festigen: ein dezentrales, nutzergesteuertes Internet.

Im schnell wachsenden Bereich der Blockchain konzentriert sich ETH auf Skalierbarkeit ohne Kompromisse bei der Dezentralisierung, was es einzigartig macht. Wenn The Surge erfolgreich ist, könnte es in den kommenden Jahren erneut das Muster der Blockchain-Technologie verändern.

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