解讀以太坊未來五大階段,以太坊最終形態是什麼

律動財經圖片
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引言

「合併」(The Merge),即 Ethereum 向權益證明網路轉換,計劃將在今年 9 月底前在主網完成。本次升級旨在系統性提升區塊鏈的可訪問性,並將 EthereumBitcoin 式的工作證明共識機制過渡到權益證明系統。Ethereum 從執行分片轉向以 Rollup 為中心的路線圖是為迎接下一個 10 億用戶而擴展區塊鏈的關鍵一步。正如我們之前的文章《模塊化區塊鏈之探索》中所指出的那樣,模塊化架構中的數據可用性和分片可以讓區塊鏈在不犧牲去中心化的情況下擴展吞吐量。同時,文章就數據可用性、Rollup 和故障/有效性證明進行了深入探討,為進一步了解合併的背景與目標打下了基礎。本文將對合併的技術細節、Ethereum 的新路線圖,以及這一變化對用戶和開發者的意義進行深入分析。

來源: @ptrwtts

以 Rollup 為中心的路線圖

最初,Ethereum2.0 的計劃(現在已經放棄該術語)是想通過將主網劃分為 64 個分片,每個分片都有獨立的礦工/驗證者來實現可擴展性。然後,用戶將根據擁堵情況、利用率和吞吐量,將交易發送到特定的分片。由於 Rollup 的不斷發展,加上執行分片的複雜性,原來以執行分片為中心的可擴展性路線圖就不再適用了,於是人們便開始採用數據分片。在 Ethereum 團隊看來,Rollup 將成為 Ethereum 擴展的關鍵要素,他們計劃讓升級後的 Ethereum 成為一個強大的結算和數據可用性層,並讓 Rollup 從中獲得安全性。

來源: ETH2 Book

信標鏈 (The Beacon Chain)

與普遍觀點不同的是,合併的目的其實不是為了降低交易成本,而是要將 Ethereum 轉變為一個用於 Rollup 的基礎設施層,而建設信標鏈則是實現這一目標的首個關鍵步驟。Ethereum 將從之前的「工作證明」系統轉變為「權益證明」系統,而在這個系統中,質押者要想生產區塊必須提供抵押品,以此來杜絕任何不誠實的行為。在共識系統轉移到權益證明上之後,驗證委員會將作為原語被引入,從而加強了網路共識,為形成高效的協議內數據可用性層做了鋪墊。信標鏈負責協調質押者,並不像今天的 Ethereum 那樣處理或執行交易。更具體地說,合併其實是將 Ethereum 的舊執行層與信標鏈提供的新共識引擎合併,將利用工作證明體系下礦工的現有算法轉換成股權證明體系下驗證者的協調網路。同時,這一轉變也為分片奠定了基礎:以前,在工作證明體系下,礦工的工作並無記錄,所以她們可以任意停止工作並離開網路;而在權益證明體系下,信標鏈會將所有受批準的區塊生產者都登記在冊,並且可以協調、並行化驗證者的投票。

來源: ETH2 Book

驗證者委員會的形成是信標鏈的一項重要創新,它們由信標鏈隨機分配,負責對區塊進行投票並形成共識。委員會的綜合投票被稱為見證消息,方便人們通過檢查委員會的投票來輕鬆驗證信標鏈的狀態,與由單一驗證者進行的驗證相比,這種做法最大限度地減少了區塊大小和數據增長。同時,見證消息也加強了共識,因為在這種模式下,創建分叉將需要大量驗證者的參與。此外,驗證者將被定期更換,以防部分心懷不軌的驗證者串通起來發動攻擊。

來源: Flashbots

共識與 MEV (The Splurge)

合併後,Ethereum 將對共識層進行提議者-構建者分離。Vitalik 認為,所有區塊鏈最終都應該能進行中心化的區塊生產和去中心化的區塊驗證。由於分片後的 Ethereum 區塊數據非常密集,出於對數據可用性的高要求,區塊生產就必須是中心化的。同時,我們也必須設置去中心化的驗證者集,用於驗證區塊並執行數據可用性抽樣。

構建者角色用用戶交易構建 Ethereum 執行有效載荷區塊,並將其與競標一起提交給提議者(驗證者集的隨機選擇子集)接受。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離了交易內容,這種結構消除了驗證者在前面追趕的可能性。在一個有效的市場中,區塊空間市場的引入也激勵建設者參與 MEV 競價,從而讓去中心化的驗證者獲得大部分的 MEV 獎勵。與模擬 Ethereum 相比,這種設置可以有效防止礦工破壞共識的穩定性,並減少有害 MEV 的產生。

Source

Danksharding (The Surge)

雖然提議者與構建者分離的設計最初是為了抵消 MEV 的有害外部性和中心化力量,但 Ethereum 核心團隊意識到它也可以服務於數據分片。

Danksharding 以核心貢獻者 Dankrad Feist 的名字命名,其主要創新是一個合併的收費市場,取代了原來數量固定、具有不同區塊和提議者的分片,特定時間內的所有交易和數據將由提議者挑選。該提議者背後其實是一個隨機生成的驗證者委員會,負責對區塊鏈數據的可用性進行抽樣。這樣一來,輕客戶端的數據可用性就可以用去中心化的方式加以維護,而受制於合併後區塊內的大量數據,這在單點驗證中根本無法實現。由於共識節點也在執行數據可用性抽樣,因此該模型能夠將結算層、共識層和數據可用性層統一起來。

統一結算和數據可用層為利用有效性證明的 Rollup 打開了新的大門:ZK Rollup 現在能夠與 Ethereum 上的執行層進行同步調用。這增強了新的 L2 原語,如分布式流動性和分形擴展,為在 ZK Rollup 上構建下一代創新型 Dapp 奠定了基礎。

Proto-danksharding

雖然 danksharding 有利於 Ethereum 以後的發展,但它在合併後並不會立刻發揮其全部作用。Proto-danksharding(EIP-4844)是 danksharding 的原始版本,計劃將在 danksharding 全面實施之前發布。該提案創建了一個叫做攜帶 Blob 交易(Blob-carrying transaction)的原語。顧名思義,這類交易是指攜帶叫做 Blob 的數據有效載荷的交易。Blob 將作為分片後 Ethereum 的數據標準:它們與 KZG 多項式承諾(KZG polynomial commitments)捆綁在一起,並且由於與 EVM 執行解耦,Blob 也是一種比調用數據(calldata)更高效的格式。目前來看,Rollup 依舊在使用調用數據將交易數據調回至 Ethereum,產生着高昂的 Gas 成本。在分片化的未來,Rollup 將使用 Blob 來為用戶節省與 EVM 執行相關的 Gas 費用。與此同時,proto-danksharding 的目標就是為開發者提供這種前沿的數據格式,同時通過為他們即將被分片的數據引入單獨的格式和收費市場,從而臨時性地降低其 Rollup 的數據成本。儘管 proto-danksharding 本身並沒有真正實現分片,但卻為分片後的數據格式提供了標準,而這也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)

同時,我們也需要考慮 Ethereum 的狀態及其儲存。由於驗證者必須在消費類硬體產品上完成他們的任務,不斷增加的狀態就可能會影響去中心化。Proto-danksharding Blob 與 EVM 執行層相分離,並在大約一個月後被刪除。此外,EIP-4444 可以讓客戶端在大約一年後停止在點對點層提供歷史數據。無論如何,我們必須在協議層執行某種類型的強制性歷史失效(mandatory history expiry),因為分片後每年會增加約 40TB 的歷史 Blob 數據。區塊鏈狀態需要儲存在 RAM 或 SSD 上,然而,歷史儲存,也就是 Ethereum 已經達成共識的數據,可以儲存在廉價的 HDD 上。由於歷史儲存在誠實的少數(1-of-N)信任模型上運行,我們完全不需要在執行實時共識的節點上儲存歷史數據。Danksharding 規範可以確保驗證者儲存並保證他們幾個月內達成共識的數據可用性。之後,這些經過刪減的歷史數據將由第三方儲存起來,如特定應用協議、BitTorrent、Portal 網路、區塊探索者、個人愛好者或索引協議。

來源: Consensys

在路線圖上,無狀態 Ethereum 是另一個目標。區塊生產者將使用見證資訊 witness,這是由執行區塊中交易所需的相關數據組成的證明。然後,客戶端可以利用這個證明來驗證執行區塊所產生的狀態根,它們只需要執行受影響狀態的一部分,而不是全部狀態。在這一設計中,該證明的規模和可用性是兩大核心問題:第一個問題可以通過將 Ethereum 的狀態數據結構從

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