以太坊升級路线的裏程碑：坎昆升級將會帶來哪些改變？

發表於 2023-10-09 20:00 作者： 區塊鏈情報速遞pro

撰文：Daniel Li

談及區塊鏈和加密貨幣的發展時，以太坊一直備受關注。作爲最大的智能合約平台，它一直在推動去中心化應用的發展。然而，隨着區塊鏈技術不斷演進和用戶需求增長，以太坊面臨着擴容等多個挑战。爲了解決這些問題並使以太坊更加健壯和可持續發展，以太坊社區預計將在今年 11 月份進行一場重大升級——以太坊坎昆升級。

以太坊坎昆升級被視爲以太坊升級路线的裏程碑事件。該升級將通過引入分片技術（Sharding）與之前已經運用的 Rollup 解決方案形成一種「雙輪驅動」的擴容模式。坎昆升級不僅能夠解決當前以太坊網絡面臨的性能瓶頸問題，還爲未來的深層次升級奠定了基礎。本文將圍繞以太坊坎昆升級引入的新技術和協議，探討此次升級對整個以太坊生態系統的影響？

以太坊擴容之路

隨着鏈上數據的增加，以太坊作爲全球最大的智能合約平台，承擔了大部分數據的儲存和結算。這對以太坊主網的交易速度和吞吐量提出了更高的需求，因此解決以太坊交易速度和擴容問題一直是以太坊开發人員和社區工作人員關注的焦點。爲此，他們提出了不同的解決方案。

第一種方案是在第一層（Layer 1）採用 Sharding（分片技術）來實現擴容。分片技術在以太坊的升級路线圖中被排在信標鏈的推出和合並之後的第三部分，它是整個以太坊升級路线中最關鍵和最重要的部分。該方案的核心思想是將以太坊主鏈分解爲不同的分片，並在這些分片之間隨機輪換驗證者。每個分片本質上都是自己的迷你區塊鏈，並與信標鏈並行運行。通過分片技術，以太坊能夠大幅提高交易吞吐量和可擴展性，以滿足日益增長的用戶需求。

然而，實施分片擴容並不是一項簡單的任務，它涉及解決分片之間的通信、共識機制的設計和驗證者的分配等一系列復雜的問題，需要大量的研究和實驗，距離真正實現還需要很長的時間。在以太坊的升級路线圖中，分片方案總共分爲三個階段：Pro-Danksharding(EIP-4844)、提議者 - 構建者分離（PBS）、完整分片（Danksharding）。當前即將進行的坎昆升級核心 EIP-4844 便是以太坊邁向分片擴容的第一步。

第二種方案是在第二層（Layer 2）實現擴容。其中，主流的 Layer 2 擴容技術是 Rollup。與分片技術不同，Rollup 並未將以太坊主鏈分解爲自己的迷你區塊鏈，而是在以太坊第一層的基礎上充當迷你區塊鏈。Rollup 的工作方式是將一批打包的數據放入 Layer 2 進行執行，然後將執行結果和交易數據壓縮後發送回 Layer 1。Rollup 的優勢在於改善交易費用和交易速度方面表現顯著。相比以太坊主網，Layer 2 的交易費用可以降低 3 到 8 倍，交易速度則可以提升上千倍。

目前，主流的 Rollup 解決方案分爲 Optimism Rollup 和 ZKRollup。OptimismRollup 被視爲短期的解決方案，而 ZKRollup 則被認爲是長期的解決方案。然而，Rollup 方案存在一個致命的缺陷，即 Rollup 的數據回執仍然需要與第一層進行通信。即使使用壓縮算法，大規模回執也會增加第一層節點的存儲成本。因此，Rollup 的擴容上限受到第一層吞吐量的限制，無法實現無限擴容。

爲了充分發揮兩種技術路线的優勢，以太坊採取了漸進式升級方案。首先，通過第二層的 Rollup 等技術來實現快速擴容，以滿足短期和中期市場需求。同時，以太坊的研發團隊也在推進分片技術的研究。即將發布的 EIP-4844 是圍繞 Rollup 的擴容方案，可以看作是 Rollup 的加速器，同時也是以太坊實現分片擴容的第一步，爲未來實現完整分片鋪平了道路。通過第二層的優化和第一層的分片技術相結合，以太坊开啓了「雙輪驅動」的擴容模式，這不僅爲以太坊實現更大規模的應用普及奠定了基礎，還爲不斷增長的市場需求和行業的可持續發展提供了堅實的技術支撐。

坎昆升級將會帶來哪些技術？

坎昆升級（Cancun Upgrade）是以太坊的一個重要升級，它將引入多項技術和協議，以提升以太坊網絡的可擴展性和安全性。以下是坎昆升級將帶來的一些具體技術和協議，詳細介紹如下：

EIP-4844：

EIP-4844 是以太坊的一個改進提案，旨在降低交易費用。它引入了一種新的交易類型，稱爲 Blob 攜帶交易。這些交易類似於常規交易，但包含了額外的數據集合，稱爲 Blob。

Blob 的大小相當大（約 125KB），並且相比當前的 calldata 存儲方式更加經濟。通過在以太坊共識層上臨時存儲這些 Blob，EIP-4844 可以顯著降低匯總到以太坊基礎層的數據成本，從而減少交易費用。除了引入 Blob 攜帶交易，EIP-4844 還會實現執行層邏輯、驗證規則、多維費用市場等其他系統改變，以滿足未來實現完整的 danks 分片的需求。

需要注意的是，盡管 EIP-4844 包含了完整的 danks 分片邏輯的大部分內容，但它本身並不實現任何實際的分片。然而，EIP-4844 仍然能夠爲以太坊帶來擴展性和成本節約的好處，使其更接近實現大規模採用所需的成本和吞吐量水平。

EIP-1559：

EIP-1559 是以太坊的另一個重要提案，將在坎昆升級中實施。它旨在改進以太坊的交易費用模型，提高用戶體驗和網絡的可預測性。EIP-1559 引入了一個基於供需的動態費用市場，其中包括基本費用和可變費用。基本費用被燃燒，這有助於減少以太坊的通貨膨脹。可變費用根據交易量的大小進行調整，以提供更合理的交易費用，並鼓勵用戶進行更高效的交易。

Shard Blob 交易：

在 Proto-DankSharding 的框架下，引入了一種名爲 Shard Blob 交易的新交易類型。這種交易類型允許 Rollup 將數據提交給 Blob 並附加到區塊上。一個 ShardBlob 交易最多可以包含兩個 Blob，並且每個區塊可以包含 8 到 16 個 Blob，每個 Blob 的大小約爲 1MB 至 2MB。這種新的交易類型降低了數據存儲和傳輸的成本，爲以太坊網絡帶來了更高的吞吐量和更低的交易成本。

KZG 多項式方案：

在交易過程中，引入了 KZG 多項式方案（由 Kate、Zaverucha 和 Goldberg 命名），用於驗證發布在 Blob 中的交易數據。KZG 是一個零知識驗證系統，它可以在不披露 Blob 中全部內容的情況下進行驗證。這種驗證機制確保了交易數據的完整性和可信性。

除了以上提到的具體技術和協議，坎昆升級還包括其他一些重要的 EIP（以太坊改進提案），以進一步完善以太坊的功能和性能。以下是其中幾個值得注意的 EIP：

• EIP-1159：該提案旨在改進以太坊的交易結構，引入基本費用和可選的擴展數據，提高交易的效率和可預測性。

• EIP-3198：該提案提出了一種新的交易類型，稱爲「Fat」交易，可以在一筆交易中包含多個操作，從而減少交易的數量和成本。

• EIP-3541：該提案引入了一種新的合約類型，稱爲「Access Lists」，通過優化合約的訪問權限管理，減少了合約交互的成本。

• EIP-3529：該提案提出了一種新的合約創建和初始化機制，稱爲「Reduced Gas Costfor Empty Accounts」，減少了創建和初始化合約的成本。

• EIP-2930：該提案引入了一個新的交易類型，稱爲「Repricing for stateaccess opcodes」，通過對狀態訪問操作碼進行重新定價，降低了交易的成本。

坎昆升級將會帶來哪些影響？

坎昆升級是以太坊網絡的一次重要升級，將帶來廣泛的影響。該升級的目標是爲完整數據分片網絡做准備，並對 Rollup 技術進行擴展。這將產生多方面的影響，包括對以太坊網絡和 Layer 2 網絡的影響。

坎昆升級：以太坊網絡性能將獲得極大提升

以太坊網絡將因坎昆升級而獲得多項重要改進。首先，引入了 Proto-Danksharding，這將大大提高以太坊網絡的可擴展性。目前，以太坊主網每秒只能處理有限數量的交易，導致擁堵和高昂的燃氣費用。通過引入分片技術，坎昆升級將允許以太坊網絡同時處理多個分片，從而顯著增加交易吞吐量。這將使以太坊網絡能夠滿足日益增長的用戶需求，並支持更多的去中心化應用程序和交易。

其次，坎昆升級還將降低以太坊網絡上的交易費用。在當前的以太坊網絡中，用戶需要支付高昂的燃氣費用來執行智能合約和進行交易。這對於小額交易和普通用戶來說不夠友好。然而，坎昆升級將通過引入數據「blobs」和實施 EIP-4844 來降低交易的燃氣費用。這將使得以太坊網絡更加經濟實惠，吸引更多用戶參與，並促進更廣泛的採用。

坎昆升級還將增強以太坊網絡的安全性。通過採取措施如 EIP-6780，升級將加強網絡的安全基礎設施。這將有助於保護用戶的資金和數據，並減少網絡上的潛在攻擊風險。安全性是區塊鏈網絡的關鍵要素之一，坎昆升級的安全增強舉措將爲以太坊網絡的可靠性樹立更高的標准。

坎昆升級：Layer2 迎來新的發展機遇

隨着以太坊的坎昆升級即將到來，Layer2 將迎來新的發展機遇。坎昆升級後，以太坊 Layer2 的速度將提高 10～100 倍，交易成本也將降低。這將使 Layer2 更好地融入以太坊生態系統，爲用戶提供更快速、低成本的交易體驗。不論是 Optimistic Rollup 還是 ZK Rollup，它們都將受益於這次升級所帶來的改進。

首先，坎昆升級提高了以太坊 Layer2 網絡的交易速度，降低了交易成本，爲 OptimisticRollup 和 ZK Rollup 等 Layer2 解決方案帶來了機遇。對於 Optimistic Rollup 來說，交易備份將更快完成，提高整體網絡的吞吐量，加速了其生態項目的發展。對於 ZKRollup 來說，盡管技術上面臨一些挑战，但坎昆升級爲其提供了更大的機會。ZK Rollup 具備更高的隱私性和安全性，使得用戶可以以更低的交易費用進行交易，而不犧牲安全性。隨着坎昆升級的實施，ZK Rollup 的優勢將更加顯著，有望在 Layer2 網絡中扮演更重要的角色，爲用戶提供更多的選擇。

其次，Layer2 的總鎖倉量（TVL）從去年 10 月份的 50 億美元，目前已經突破到了 107.9 億美元。這表明市場和投資者對 Layer2 的未來發展持有積極態度。隨着坎昆升級的實施，預計這一數據將實現更大的突破。同時，一些即將推出的主網上线的新型 Layer2 項目，如 Scroll 和 Taiko 也都將獲得一個不錯的發展機遇。

第三，Layer2 網絡速度和成本的提升將極大改善用戶體驗，從而吸引更多用戶。這對去中心化應用（DApps）的發展具有重大影響。例如，基於 Layer2 的 DeFi 產品將能夠處理更多交易，提供更流暢的體驗。同時，遊戲、社交媒體等行業也非常看重流量和交易體驗，它們也將獲得更好的發展機會。

第四，由於 Blob 數據只能保存很短的時間，歷史數據的調用存在問題。由此就會產生對去中心化存儲的需求，同時 Layer 2 擴容方案也需要使用數據可用性層。因此坎昆升級也將對 L1 存儲擴展網絡（如 Eth storage、Arweave、Filecoin 以太坊 DA 層項目）產生利好影響，從而進一步推動以太坊生態系統中的去中心化應用項目的發展。

總體而言，坎昆升級是以太坊擴容路线圖的第一步，將通過技術的提升及其引發的效應，極大地促進 Layer2 網絡的發展。可以預見，未來 Layer2 網絡將成爲以太坊生態系統的主力軍，爲用戶提供更好的服務。然而，技術的提升只是 Layer2 網絡成功的必要條件，關鍵還在於开發成熟優質的應用，真正解決用戶的痛點。只有這樣，Layer2 才能最大化發揮其價值。

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