一文詳解乙太坊未來發展的新路線圖

前言

乙太坊向權益證明網絡的“合併”(The Merge)計畫於9月底在主網上線。 其目標是大規模解鎖區塊鏈可訪問性。 其覈心是,合併將乙太坊從比特幣風格的工作量證明共識機制轉變為權益證明系統。 乙太坊從執行分片轉向以Rollup為中心的路線圖,是為下一個10億用戶擴展區塊鏈的關鍵一步。 模組化架構中的數據可用性和分片允許區塊鏈在不犧牲去中心化的情况下擴展輸送量。 本文將深入分析合併(乙太坊的新路線圖)的科技細節,以及這一變化對用戶和開發人員意味著什麼。

一文詳解乙太坊未來發展的新路線圖
圖片來源:@ptrwtts

以Rollup為中心的路線圖

最初,乙太坊2.0(現在已弃用的術語)的計畫是通過將主網劃分為64個分片來實現可擴展性,每個分片具有單獨的礦工/驗證者。 然後,根據擁塞、利用率和輸送量,用戶將發送路由到特定分片的交易。 由於rollup的興起和採用,以及執行分片實現的複雜性,最初以執行分片為中心的可擴展性路線圖已經被拋弃,取而代之的是數據分片。 乙太坊團隊現在相信,將通過rollup將乙太坊擴展到滿足世界需求,合併後的乙太坊計畫是成為一個强大的結算和數據可用層,rollup從中獲得安全性。

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來源:ETH2 Book

信標鏈(The Merge)

與流行的看法相反,合併的目的不是降低交易成本,而是將乙太坊轉變為用於rollup的强大底層基礎設施層。 實現這一目標的第一個覈心步驟是信標鏈(Beacon Chain)。 這將乙太坊從之前的工作量證明系統轉變為權益證明系統,在該系統中,利益相關者必須提交抵押品以生產區塊,不誠實的參與者的抵押品將被削减。 將共識系統轉移到權益證明引入了驗證委員會作為基礎,這反過來加强了網絡共識,並為協定內有效數據可用層鋪平了道路。

信標鏈引導和協調利益相關者的網絡,而不像今天的乙太坊那樣處理或執行交易。 更具體地說,合併所做的是將舊的乙太坊執行層與信標鏈提供的新的共識引擎合併,將利用工作量證明礦工的當前算灋與權益證明驗證者的協調網絡交換。 切換共識算灋也為分片奠定了基礎:以前,在工作量證明挖礦中,沒有礦工註冊表,礦工可以任意停止他們的職責並離開網絡。 在權益證明機制下,信標鏈現在擁有所有被準予的區塊生產者的註冊表,並可以協調和並行化驗證者的投票。

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來源:ETH2 Book

驗證者小組,委員會,是信標鏈提供的一個關鍵創新。 信標鏈隨機分配委員會對區塊進行投票,形成共識。 委員會的綜合投票被稱為“認證”(attestation),通過檢查委員會的投票,可以輕鬆驗證信標鏈的狀態,與單一驗證者的驗證相比,最大限度地减少了區塊大小和數據增長。 認證委員會還加强了共識,因為在這種模式下,需要相對大量的驗證者來共同創建分叉。 此外,驗證者集週期性地變換,使得惡意驗證者很難及時勾結起來進行攻擊。

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來源:Flashbots

共識與MEV(The Splurge)

合併後,乙太坊將為共識層實現提議者-構建者分離。 Vitalik認為,所有區塊鏈的終局是擁有中心化的區塊生產和去中心化的區塊驗證。 由於分片後的乙太坊區塊數據非常密集,出於對數據可用性的高要求,區塊生產的中心化是必要的。 同時,必須有一種方法來維護一個去中心化的驗證者集,它可以驗證區塊並執行數據可用性抽樣。

新的構建者角色使用用戶交易構建乙太坊執行有效載荷區塊,並將其與提議者(驗證者集中隨機選擇的子集)的投標一起提交。 一旦提議者接受了有效載荷,他們就會在區塊上簽字,並通過網路傳播它。 由於發送給提議者的有效載荷被剝奪了交易內容,這種結構消除了驗證者搶先交易的可能性。 在一個有效的市場中,區塊空間市場的引入也會激勵構建者出價到選取的MEV的全部價值,允許去中心化驗證者集獲得大部分MEV獎勵。 與類比乙太坊相比,這種設定封锁了礦工潜在的不穩定共識,並減輕了有害的MEV。

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Danksharding(The Surge)

雖然提議-構建者分離的設計初衷是為了抵消MEV的有害外部性和中心化力量,但乙太坊覈心團隊意識到它也可以服務於數據分片的目的。

Danksharding以覈心貢獻者Dankrad Feist的名字命名,它的主要創新是一個合併的費用市場——取代了固定數量的具有不同區塊和提議者的分片,一個提議者選擇每個特定時隙的所有交易和數據。 提議者是一個隨機選擇的驗證者委員會,隨後對區塊鏈數據執行數據可用性抽樣。 這確保了一種去中心化的管道來維護輕用戶端的數據可用性,因為合併後區塊的數據過大,單點驗證是不可能的。 由於共識節點也在執行數據可用性抽樣,囙此該模型將結算層、共識層和數據可用性層統一起來。

‍統一結算和數據可用層利用有效性證明為rollup解鎖了令人興奮的功能:ZK rollup現在將能够與乙太坊上的執行層進行同步調用。 這增强了新的L2原語,如分佈式流動性和分形擴展,為在ZK rollup上構建創新的下一代dapp奠定了基礎。

Proto-danksharding

儘管danksharding對乙太坊的未來產生了良好的影響,但在合併後,danksharding不會立即完全可用。 Proto-dank sharding(EIP-4844)是danksharding的原始版本,計畫在完全實現之前發佈。 該提案創建了一個稱為攜帶blob交易的原語。 顧名思義,攜帶blob的交易是攜帶稱為blob的數據有效負載的交易。 Blob是後分片乙太坊的數據標準:它們與KZG多項式承諾捆綁在一起,由於與EVM執行解耦,囙此比calldata格式更高效。

現時,rollup使用calldata將交易數據發送回乙太坊,導致高昂的gas成本。 在分片的未來,rollup將使用blob,為用戶節省與EVM執行相關的gas費用。 Proto-danksharding的目標是為開發人員提供這種前瞻性的數據格式,同時通過為即將分片的數據引入單獨的格式和費用市場,為處理昂貴的calldata成本的rollup提供臨時的緩解。 雖然proto-danksharding本身並沒有真正實現分片,但為後分片數據格式引入標準化規範是構建高效的原生數據可用性層的第一步。

歷史與狀態(The Verge & The Purge)

乙太坊狀態及其存儲也是一個考慮因素。 不斷增加的狀態可能會潜在地影響去中心化,因為驗證者必須能够在消費硬體上完成他們的任務。 Proto-danksharding blob與EVM執行層是分離的,大約一個月後會被删除。 此外,EIP-4444允許用戶端在大約一年後删除並停止在點對點層上提供歷史資料。 無論如何,在協定層面強制執行某種類型的強制歷史過期是必要的,因為分片後每年將新增大約40 TB的歷史blob數據。 需要將區塊鏈狀態存儲在RAM或SSD上。 然而,歷史存儲,乙太坊已經達成共識的數據,可以存儲在廉價的HDD上。 由於歷史存儲是在一個誠實的少數(1/N)信任模型上運行的,所以在執行實时共識的節點上存儲歷史資料沒有必要。 Danksharding規範確保驗證者存儲並保證他們在幾個月內達成共識的數據的可用性。 然後,這些經過修剪的歷史將被協力廠商存儲,比如特定於應用程序的協定、BitTorrent、門戶網絡、區塊瀏覽器、個人業餘愛好者或索引協定。

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來源:Consensys

無狀態乙太坊是路線圖上的另一個目標。 構造區塊的區塊生產者將利用witness,這是由執行區塊中包含的交易所需的相關資料組成的證據。 囙此,用戶端利用這個witness來驗證執行一個區塊產生的狀態根,並且只需要執行受影響狀態的一部分,而不是整個狀態。 這種設計的兩個主要障礙是witness的規模和witness可用性。 第一個問題可以通過改變乙太坊中的狀態資料結構來解决,從Merkle Patricia Tries到Verkle Tries,這是一種更有效的資料結構,用於乙太坊合併後使用的多項式承諾。 第二個問題可以通過將區塊witness作為協定級規範來解决。 繼Vitalik在《Endgame》中得出結論後,依賴具有專門硬體的中心化區塊生產者,同時保持去中心化驗證是擴展乙太坊的關鍵設計框架。

要點總結

Danksharding增强了從乙太坊繼承安全性的rollup。 通過將數據可用性與共識層和結算層緊密耦合來陞級底層基礎設施,允許rollup利用本地數據可用性解決方案,放弃validium和volition的安全假設。 這為類似於enshrined rollup這樣的架構鋪平了道路,通過允許在協定中部署整個rollup,消除了治理和智慧合約風險。 利用SNARK進行協定內同步調用的rollup成為未來區塊鏈擴展的一種有前景的設計。 協定內rollup有諸多好處:現在智慧合約rollup面對的固定的、每個區塊的gas成本被消除了,當計算與共識解耦時,驗證者需要重新執行交易來驗證一個區塊,並且無狀態用戶端不再需要下載witness,因為狀態差异現在通過有效性證明的内容得到了保證。 這些優點包括更低的結算延遲、更好的同步、更高的驗證者頻寬(囙此有更高的EVM gas限制)以及更安全的跨鏈橋接。 乙太坊基金會現時正致力於將這一設計直接實現到乙太坊的路線圖中,並計畫將EVM陞級為相容SNARK的enshrined rollup。

乙太坊路線圖的主要目標是最小化信任假設,並通過實現本地解決方案提供協定內可擴展性。 乙太坊的基礎層是整個去中心化應用生態系統的宿主,有望從根本上改變我們在數位時代對身份、存儲、蒐索、聲譽和隱私的思考管道。 將乙太坊陞級為基礎層也提升了這個應用層,通過提供高度安全、健壯的基礎設施來在全球範圍內擴展這些用例,使用戶和開發人員受益。 乙太坊的願景是全球範圍內的數位未來。 它對可信中立性原則以及乙太坊的網絡效應、去中心化和安全性的堅持,牢牢地鞏固了它在未來去中心化網絡中的角色。 合併是守護乙太坊實現這一願景的第一步。

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