1. 主要内容
- 虽然以太坊向权益证明的过渡是一个重要的里程碑，但它只是未来众多重要升级中的一个。以太坊路线图的一个重点是在不影响分散验证的情况下扩大计算吞吐量。
- Layer-2被认为是实现可扩展性的最便捷途径，符合以rollup为中心的愿景。值得注意的是，随着主网数据发布费用在 2023 年达到创纪录的高度，Layer-2s 继续获得牵引力，年增长率达到 257.7%。
- Danksharding 是以太坊成为真正可扩展、统一的结算和数据可用性层的方式。其中，Proto Danksharding（EIP-4844）是 Danksharding 的前身，它引入了 Blob 携带交易，这是数据可用性的专用存储空间。
- blobs 基于多维 EIP-1559 收费市场，其中有两种资源，即气体和 blobs，gas价格和限制分别浮动。Blobs 的使用为 Layer-2 带来了多项实质性优势，提供了比目前使用的 calldata 空间rollup更具成本效益的解决方案。
- 通往 Danksharding 的道路还包括数据可用性采样、KZG 承诺和投标人-建设者分离等关键要素。所有路径都能实现中心化区块生产和去中心化无信任区块验证的最终目标。
- Verkle 树是通往无状态之路的关键一步。这些数据结构使节点无需存储整个状态数据库即可验证区块。
- 对磁盘空间的高要求阻碍了节点的普遍访问，破坏了去中心化。历史过期（EIP-4444）和状态过期旨在最大限度地减少历史数据存储负担，消除技术债务。
- 其他完善以太坊架构的显著升级包括单槽最终性、分布式验证器技术、秘密领袖选举和最近的账户抽象。
2. 背景介绍
以太坊于 2015 年推出，通过创建全球结算层彻底改变了区块链行业。尽管激发了许多资金雄厚、相互竞争的智能合约区块链的诞生，但以太坊仍然是该领域的领导者。它拥有最广泛的开发者社区和多种多样的去中心化应用程序（”dapps”）。目前，该平台拥有超过 210 亿美元（1）的总价值锁定（”TVL”），市值仅次于比特币，接近 2000 亿美元（2）。下图 1 记录了近年来以太坊的几个重要里程碑，每一个里程碑都极大地促进了以太坊的发展，同时提高了可扩展性、安全性和去中心化。随着以太坊在具有根本重要性的第一层（”L1″）生态系统中不断扩大影响力，加密货币社区对这个最大的 L1 的路线图和未来越来越好奇也就不足为奇了。毕竟，最大 L1 的任何改变都可能对更广泛的加密货币市场产生深远影响和连锁反应。
图 1：以太坊区块链的主要里程碑、分叉和更新时间表
如今，以太坊的路线图记录详实、公开共享，提高了透明度，并为生态系统参与者提供了一个面向未来的框架。路线图的结构也与其联合创始人 Vitalik Buterin 的愿景保持一致，通过六个简洁的阶段勾勒出前进的道路：the Merge、the Surge、the Scourge、the Verge、the Purge，以及the Splurge(3)。预计每个阶段都会对更广泛的区块链领域产生变革性影响。
合并无疑是区块链历史上的分水岭。然而，以太坊从工作证明（”PoW”）到权益证明（”PoS”）共识机制的转变只是众多重要战略升级中的一个。开发路线图的一个关键重点是提高可扩展性，特别是第二层（”L2″）rollup，以实现以太坊的总体目标：在不影响分散验证的情况下提高计算吞吐量。
图 2：以太坊路线图分为不同的非连续阶段
重要的是，这些升级是并行而非顺序开发的，每个阶段都有自己特定的目标和主题重点。根据 Vitalik Buterin 的说法，在这些升级达到顶峰之后，以太坊就可以被认为是完全开发完成的，并且能够以令人印象深刻的每秒 10 万笔交易（”TPS”）的速度进行处理(4)。
图 3：以太坊路线图的每个阶段都围绕一个特定主题发挥功能
值得注意的是，尽管以太坊并没有正式采用这种基于类别的术语，而是选择了更加以用户为中心的方法，但其愿景与 Vitalik Buterin 的分类保持一致。在接下来的章节中，我们将更详细地探讨每个路线图类别中的关键举措。首先，我们将介绍以太坊向 PoS 的过渡，研究其影响和预期结果。然后，我们将继续探讨 “合并 “之后的内容，探索路线图中列出的一些关键后续阶段。
3. 合并
与比特币类似，以太坊最初也是采用 PoW 共识机制，让匿名参与者组成的分布式网络就交易验证和区块链条目达成一致。然而，以太坊一直设想向PoS机制转变。在这一系统中，区块生产者（PoS 下称为验证者，而 PoW 下称为矿工）运行完整的节点，以协议的原生代币为质押，并根据设定的选择流程提出或验证区块。2022 年 9 月 15 日，随着合并（5）的实施，以太坊迎来了历史性的里程碑。Vitalik Buterin 本人也对这一事件的重要性发表了评论，他甚至表示，The Merge使网络的开发完成了大约 55% (6)。
简而言之，”合并 “标志着以太坊向 PoS 系统的转换，通过两个关键的升级展开： Bellatrix 和 Paris，其中包含了以太坊改进提案（”EIP”）EIP-3675 和 EIP-4399。合并涉及将以太坊的原始执行层（”EL”）与其新建立的 PoS 共识层（”CL”）（即信标链）连接起来。
合并引入了网络参与者需要了解的一些关键修改。其中一个重大变化是要求全节点同时运行 EL 和 CL 客户端。在合并之前，一个 EL 客户端可以管理与交易和区块相关的所有任务。合并后，EL 和 CL 客户端各自维护自己的对等网络。当 CL 客户端处理区块流言、证明和斜线时，EL 客户端继续管理事务执行和状态维护。这两个客户端通过引擎 API 进行交互，共同构成一个完整的合并后以太坊节点 (7)。
最终，”合并 “是实现以太坊愿景的重要一步，即建立一个高度分散、可扩展、安全和可持续的网络。以下是此次升级带来的一些主要好处（8）：
- 降低能耗： 通过消除对能源密集型采矿的需求，The Merge 将以太坊的能耗降低了 99.95%。这标志着历史上最重要的去碳化努力之一，全球电力消耗减少了 0.2%(9) 。更重要的是，在环境、社会和治理问题日益受到关注的时代，以太坊向 PoS 的过渡对于希望在数字资产市场获得投资的具有环境、社会和治理意识的机构来说无疑具有吸引力。
- 降低准入门槛： 降低了对专用硬件的需求，使用户更容易成为验证者，并在家中为网络安全做出贡献。
- ETH 净发行量减少：合并给以太坊的货币政策带来了重大变化。它通过取消占 ETH 日发行量很大一部分的矿工奖励，大大减少了新 ETH 代币的发行量。合并后，ETH 的日发行量急剧下降了约 88.7%，导致毛年化发行率约为总供应量的 0.52%（10）。在某些情况下，由于 EIP-1559 烧掉了gas费，净发行量甚至会出现通货紧缩。
- 缩短区块时间： 假设没有空槽，创建区块的平均时间从 13.3 秒缩短到 12 秒。
- 提高加密经济安全性： 向 PoS 的过渡增加了对网络发动攻击的经济成本，降低了 Sybil 攻击的风险。
- 更强的最终性： 现在，网络通过削减和其他验证器惩罚措施，提供更有力的最终保证。
- 引入产量： 引入有意义的质押收益率；验证者还可累积交易优先权费用，并有更多机会获取矿工可提取价值（”MEV”）。
尽管 “合并 “本身已经过去，但路线图上的几项持续发展仍然值得考虑。例如，该网络后来又推出了其他升级，特别是卡佩拉升级和同时进行的上海升级。这些后续升级带来的一个重要功能是 EIP-4895，它正式启用了提取所持以太坊（”ETH”）的功能。尽管这些特定的升级不在本报告的讨论范围之内，但如欲了解更多详情，我们建议读者参阅我们的早期报告《Ethereum’s Shanghai Upgrade: By The Charts》。
分布式验证器技术
虽然分布式验证器技术（”DVT”）不是协议内的开发，但它的引入标志着以太坊网络的又一重大进步 (11)。传统上，运行一个以太坊节点是一项技术要求很高的单人冒险，需要投入 32 个以太坊。虽然像 Lido 这样的平台提供了其他质押方式，但这些都是以去中心化为代价的。DVT 旨在通过提高验证器的性能和风险状况来解决这一问题，同时促进更大程度的去中心化。
DVT 允许多方以协作方式汇集不同数量的以太坊，共同运营一个节点，而不是单独质押 32 个以太坊。DVT 的一个重要组成部分是多方计算（”MPC”），这是一个让参与者共享单个私钥的系统，它很像多签名钱包（”multisig”），可以共同充当分布式验证器。DVT 不仅增强了节点验证的弹性——允许验证者在硬件故障时相互替代，而且还加强了安全性。DVT 架构下的共享私钥使攻击者更难利用系统。
尽管 DVT 为网络带来了改进，但它也有自己的一系列挑战需要关注。
- 额外的漏洞： 加入 DVT 节点会引入一个额外的组件，该组件可能会受到故障或漏洞的影响，从而增加另一层风险。
- 成本增加： 通过将验证器的角色分配给多方，DVT 的运行需要更多的节点，可能导致运行成本增加。
- 延迟更长： 在 DVT 中的多个节点之间使用共识协议可能会给系统带来更高的延迟。
通过降低金融准入门槛，DVT 实现了以太坊验证器的民主化。这对个人和小型 DAO 来说意义尤其重大，因为他们无需巨额资金就能参与其中。这样一来，DVT 就有可能稀释目前在 Lido 等平台和中心化交易所（”CEXes”）中出现的中心化质押力量。Obol 和 ssv.network 等创新项目的出现就是为了利用 DVT 提供的优势。展望未来，我们预计 DVT 的用例将会在单人质押、质押池和质押即服务（”SaaS”）中不断涌现，从而影响以太坊投注行业的市场构成。
图 4：虽然刚刚起步，但几项基于DVT的协议正朝着今年推出的方向发展
秘密领袖选举
在当前的 PoS 共识模型中，每个epoch开始时 32 个时隙中每个时隙的区块提议者身份都是公开的，因此可以精确定位他们的网络位置。这就为坏人对已知的区块提议者发起拒绝服务（”DOS”）攻击，试图阻止区块生产敞开了大门。这种策略将使攻击者能够攫取本应分配给多个区块的奖励。这不仅会带来安全风险，还可能对规模较小、安全性较低的参与者造成不成比例的影响，从而引发中心化问题。
虽然有多种方法来应对这一问题，包括 DVT 和秘密非单一领导者选举（”SnSLE”），但最有前途的解决方案似乎是秘密单一领导者选举（”SSLE”）（12）。简单地说，SSLE 的目的是在每个插槽的提议者实际提出区块之前，隐藏他们的身份，从而解决这一漏洞。虽然具体的实施细节仍在研究中，但目前的讨论涉及使用各种验证器洗牌技术来保持匿名性，直到正式提出区块。
单槽最终性
单槽最终性（”SSF”）是以太坊网络的又一次重大升级。SSF 的目标是将以太坊的区块终结时间从目前的 64 到 95 个时隙（大约 15 分钟）大幅缩减到一个时隙 (13) 。目前，实现最终性（确保区块永久成为区块链的一部分）需要等待很长时间才能完成交易确认，这对于依赖高交易吞吐量的应用程序来说效率很低。这种时间滞后还使网络面临短时重写的风险，有可能造成区块审查和 MEV 提取方面的漏洞。虽然加快终结流程可以解决这些问题，但也会对验证节点提出更高的计算要求，影响网络参与度。因此，需要在计算开销、去中心化程度和实现最终性的速度之间取得平衡。
要实现 SSF，首先需要对现有的 PoS 系统进行重大改革。特别是，在实施 SSF 之前，必须解决三个关键挑战：开发精确的共识算法、优化签名聚合流程，以及确定验证者参与和经济效益的最佳方法。要深入了解这些方面，Vitalik Buterin 的博文提供了有关这一主题的大量细节。目前，SSF 仍处于研究阶段，预计几年后才会推出，很可能是在 Danksharding 和 Verkle 树等其他重大升级之后。
回顾过去，虽然 “合并 “是以太坊架构的一次变革，但它只是更广泛、更全面的路线图中的一个元素。以太坊发展的后续阶段与合并的结果密切相关。例如，向 PoS 的过渡为 Danksharding 等关键改进奠定了基础，因为它促进了提议者和构建者的分离，而提议者和构建者的分离是以后升级中提高网络速度的关键。现在，我们将把目光转向以太坊多层面路线图的其他部分。
4. 分片
The Surge 的目标是解决自区块链技术诞生以来一直困扰着人们的老问题，即可扩展性问题。人们经常会问这样一个问题：既然 Visa 等传统金融系统可以处理成千上万的 TPS，为什么以太坊不能实现类似的性能？The Surge旨在通过专注于大幅提高以太坊交易吞吐量的开发路径来弥补这一差距。特别是，Danksharding（”DS”）是以太坊成为真正可扩展区块链的方法，但实现这一点需要一系列的协议升级。接下来，我们将探讨其中一些重要的升级。
2020 年，随着以rollup为中心的路线图的到来，这些升级的关键理由之一也随之而来。正如 “以rollup为中心 “一词所暗示的，rollup在以太坊生态系统中的作用自此变得越来越重要。在这种方法中，rollup处理交易执行的计算重任，而网络则主要用于确保数据可用性（”DA”）。这种转变的动因是 L2 的成熟，L2 在实际应用中展现出了计算优势，因此被视为实现可扩展性的最便捷途径。为了证明这一点，L2s 持续保持大幅增长，其日交易量甚至在 2023 年超过了以太坊的日交易量。
图 5：L2 的日交易量同比增长超过 600%，表明它们是生态系统中的中流砥柱
转向以rollup为中心的架构反映了以太坊的战略转移，即不再强调基础层的扩展，而是将其主网重新定位为专门从事共识、结算和DA。这为 L2 参与交易执行的自由市场竞争创造了肥沃的土壤。从当今市场的角度分析，鉴于 L2 rollup技术在当前市场中的地位日益突出，这种方法显得尤为先见之明。事实上，今年 L2 的采用率激增，5 月份达到新高，数据发布费超过 10,500 ETH。
图 6：以太坊 L2 主网数据发布费用在 2023 年达到创纪录的高度，年同比增长超过 257.7
同样，对向以太坊主网发布 L2 数据的gas支出进行的分析也显示出上升趋势。事实上，这种增长在很大程度上要归功于不断创新的乐观rollup和今年早些时候推出的零知识（”ZK”）rollup。L2s 确实开辟了自己的细分市场，如今已成为多种多样的 dapp 可以无缝部署、运营和发展的可行生态系统。再加上围绕第三层（Layer-3s）和超级链（Superchains）的新兴话题，这一领域的发展势头很可能会持续下去。这为人们热切期待的基于可扩展性的升级奠定了基础，预计这些升级将大幅提升 L2 解决方案的可用性。
图 7：以太坊 L2 在 L1 数据费上花费的gas比例今年出现加速增长，表明 L2 的影响力不断上升
虽然乐观和 ZK rollup 在一定程度上缓解了可扩展性挑战，但不可否认的是，这只是一种临时解决方案。现有的 L2（如 Arbitrum 和 Optimism）仍然会产生次优成本，这并不是因为它们本身的设计存在缺陷，而是因为它们所基于的 L1 架构存在局限性。即使是速度最快的 rollup，有时也会发现自己陷入瓶颈，因为需要提交大量数据才能在 L1 上达成共识，而 L1 的设计并不能高效地存储这些数据。
图 8：当前市场中 L2 和以太坊的快照比较
DA问题源于当前rollup与以太坊主网交互的方式；它们使用calldata将其状态根发布回以太坊进行存储，而calldata既没有针对rollup进行优化，也无法扩展以满足它们对DA的需求。这种限制不仅提高了 L2 的交易成本，也给必须下载这些数据的节点带来了相当大的负担。令人吃惊的是，90% 以上的rollup交易费用都是用于支付这些数据发布费用（14）。这就是 EIP-4844 的由来，它是为应对这些挑战而提出的，也是通往 DS 的起点。虽然直接在以太坊上交易仍是一种选择，但其目标是实现更便宜、更快速的 L2，扩大以太坊的能力和多样性。
Proto-Danksharding（EIP-4844）
即将到来的 Deneb-Cancun 合并 Dencun 硬分叉是以太坊下一个备受期待的升级之一，预计将在今年年底前完成（值得注意的是，目前还没有确定的时间表或日程表，这些细节可能会发生变化）。尽管 Dencun 包含一系列更新，但 EIP-4844 才是焦点，通常被称为 Proto-Danksharding （”PDS”）。PDS 是以太坊实现 DS 这一宏伟愿景的第一步，也是扩展的长期解决方案。建立完整的 DS 会带来复杂性和挑战；因此，以太坊社区支持中间步骤——PDS——的想法，PDS 将提供 DS 功能的子集，促进更直接的扩展收益 (15)。
图 9：即将到来的 Dencun 硬分叉的一组拟议 EIP
EIP-4844 是实现以太坊扩展路线图的重要一步，其具体重点是最大限度地减少与rollup相关的运营费用。EIP-4844 的关键属性之一是其显著降低 DA 成本的能力，DA 成本目前占 L2 开销的主要部分。该提案旨在通过创建一个专门用于 DA 的、与主块空间完全分离的专用存储空间来实现这一目标。这是一种由信标链节点临时保留的新型交易。简单地说，这些数据块被附加到交易中，不仅大大降低了DA成本，还为大幅扩展数据存储容量铺平了道路。
Blobs 的引入有望使以太坊网络的数据存储方式发生巨变。Blobs 非常大，平均每个约 125KB，比典型的以太坊区块大得多 (16)。与当前的 calldata 空间相比，Blobs 的使用提供了一种更具成本效益的解决方案。一旦 EIP-4844 实现，预计 calldata 机制将在很大程度上被这些 blobs 所取代。从根本上说，这些 blob 中的数据空间预计将被 L2 rollups 使用，以更好地最大化成本和性能，从而以更低的价格在以太坊上容纳大量的交易。值得注意的是，随着定制数据层的引入，EIP-4844 也成为区块链扩展模块化方法的重要试验场。
根据 EIP-4844 中的参数，这些 blob 的定价（以天然气费的形式）将根据 blob 存储的供需情况在单独的市场机制下运行 (17)。blob 的收费市场将完全独立于对区块空间的需求。因此，以太坊将以一个二维收费市场的形式运行，包括以下内容：
- 第一个层面将在 EIP-1559 下运行，该协议规定了常规交易的收费市场。
- 第二个维度将引入一个新的 blob 费用市场，在这个市场中，存储成本完全受 blob 供求关系的影响。
这种双重收费市场结构有望提高网络资源分配的灵活性和效率，使以太坊更具可扩展性和成本效益。更重要的是，引入独立的收费市场可以提高效率，因为它将DA和交易执行的经济性分开，使每个部分都能根据其特定的供需动态来定价。与任何早期部署一样，即使在以太坊网络活动频繁的情况下，Blobs 的使用率预计也会相对较低。因此，与 blob 存储相关的成本预计会低几个数量级。
图 10：PDS 引入量身定制的数据层，使 blob 拥有自己独立的收费市场，并有单独的浮动gas价和限制
虽然 PDS 被认为是以太坊扩展路线图上的一次重大飞跃，但它的命名可能会稍有误导。例如，每个验证者仍需下载所有数据 Blob，验证其可用性。因此，该系统并没有像某些人期望的那样直接实现数据分片。不过，PDS 确实引入了一定程度的前向兼容性，为在架构确定后更顺利地过渡到完整的 DS 铺平了道路。尽管如此，这次升级仍是以太坊发展过程中的一个重要里程碑，其目的是大幅扩展网络容量，解决紧迫的可用性问题，并进一步使以太坊与其以rollup为中心的愿景保持一致。
数据可用性采样
虽然完整 DS 的实施细节尚未确定，但其总体思路很容易理解： DS 将检查 DA 的工作分配给验证者。为此，DS 采用了一种称为数据可用性采样（”DAS”）的过程。通过采用擦除编码技术，特别是里德-所罗门编码，DAS 可以扩展分片数据，确保在样本达到一定阈值的情况下完整数据集的可用性。该技术在数学上保证，只要超过 50% 的样本可以访问，就可以获得 DA (18)。这就允许节点验证器（包括轻客户端）验证数据的可用性，而无需下载整个数据 Blob。
考虑到推出 DS 可能会遇到的一些挑战，DAS 的作用变得更加重要。随着以太坊采用率的不断提高，rollup的数量和这些rollup需要处理的数据也会不断增加，从而导致网络节点的数据负担不断加重。如果没有像 DAS 这样有效的解决方案，只有那些拥有大量资源的节点才能应对日益增长的数据需求。通过简化验证流程和减少总体数据存储需求，DAS 不仅能确保数据的可管理性，还能促进分散化。它通过减轻单个节点的计算负担来降低中心化风险，从而鼓励更多参与者加入和维护网络。
图 11：节点验证器能够通过 DAS 非常高效地验证区块
此外，值得强调的是，DS 路线图具有雄心勃勃的扩展战略，旨在最终将目标 blob 存储容量扩展到 16MB（19）。虽然由于 DAS 的高效性，区块大小的扩大不会给验证网络的节点带来任何挑战，但却给负责编码 blob 和分发数据的区块构建者带来了瓶颈。因此，这一发展确实带来了一系列需要考虑的问题。
特别是，对区块构建者要求的提高可能会使更多参与者难以参与到网络中来，从而使网络向更加中心化的框架倾斜。要解决这个问题，首先需要完成一项重要的升级，即 “提议者-构建者分离”。这种分离旨在平衡不同网络参与者之间的计算负荷，从而保持以太坊核心精神的多样性和去中心化。本报告稍后将深入探讨这一主题及其意义。
KZG 承诺
实施 DAS 和擦除编码的挑战在于保证数据得到正确扩展并验证其准确性。这一点至关重要，因为错误的擦除编码数据会使充满错误或垃圾数据的 Blob 无法恢复。为解决这一问题，KZG 承诺可作为数据已正确编码和扩展的密码保证（20）。
KZG（Kate-Zaverucha-Goldberg）承诺采用多项式承诺方案来证明对特定值的承诺（21）。换句话说，DAS 确认了擦除编码数据的可用性，而 KZG 承诺则确认了原始数据的完整性。通常有两种方法可以确保擦除编码数据的有效性：欺诈证明和 ZK 证明。Celestia 等网络为此使用欺诈证明，但以太坊社区选择了 KZG 承诺，更具体地说，有人提出了二维 KZG。Polygon Avail 等其他著名网络也使用 KZG 承诺。以下是 KZG 的一些相对优缺点：
- 优势： KZG 因其低延迟和确保正确擦除编码而备受赞誉，无需依赖欺诈证明所固有的诚实和同步假设。
- 缺点： KZG 不具有量子抗性，需要可信设置，这可能会引起对系统完整性的担忧。然而，KZG 中的可信设置是在 1:n 的信任假设下运行的。这意味着，它只需要所有参与方中的一个良好行为者来维护设置的完整性，因此它比最初看起来更稳健。
总的来说，KZG 承诺为以太坊的扩展路线图中实施 DAS 和擦除编码所带来的挑战提供了一个有效但并非完全完美的解决方案。尽管如此，为了实现以太坊完全不受量子影响的长期目标，以太坊路线图的后期阶段很可能会从 KZG 过渡到另一种抗量子且不需要可信设置的承诺方案。有关此主题的更多详情，我们推荐阅读 Dankrad Feist 发表的《KZG 多项式承诺》一文。
对第 2 层 Rollup 的影响
EIP-4844 和 DAS 等举措的推出旨在显著提高以太坊的可扩展性和性能。这些变化将不可避免地对 L2 产生直接影响，而 L2 已经在生态系统中开辟了自己的一片天地。要更好地理解这种影响，关键是要研究与使用rollup相关的成本结构。
与rollup有关的成本通常分为固定成本和可变成本。固定成本包括三个主要元素：状态写入费、有效性证明和以太坊基础交易费。可变成本则主要包括处理交易的 L2 gas费和在以太坊区块中存储批量数据的 L1 发布费，即通常所说的 calldata 成本。用户在执行交易时向rollup运营商支付的gas费所产生的网络收入通常可以支付这些成本。
图 12：rollup成本可分为固定成本和可变成本
根据市场观察，目前rollup交易的主要成本驱动因素是 calldata 成本。事实上，以 Optimism 为例，calldata 成本有时会占到rollup交易费用的 90% 以上。这种主导地位凸显了旨在降低 calldata 费用的举措所具有的变革潜力。具体来说，EIP-4844 的实施，引入了 blob 携带交易和 DA 专用存储空间，可能会改变这方面的游戏规则。因此，降低 Calldata 成本显然能显著提高rollup的经济可行性和可扩展性。
图 13：L1 出版费一直是rollup成本的主要驱动因素
EIP-4844 及其对 DA 成本的预期降低对 L2 rollup以及整个以太坊生态系统都有若干影响。虽然成本的降低最初会转嫁给最终用户，而不会影响 L2 的盈利能力，但这并不能说明问题的全部。降低费用可能会刺激交易活动的增加。交易活动的增加反过来又会提高执行成本，从而有可能增加 L2 的总体利润。
重要的是，EIP-4844 的影响超出了单纯的成本效益。通过降低高交易负载用例（如基于游戏和社交的 dapp）的开销，它在不影响去中心化或安全性的情况下实现了更高的可扩展性，有效地摆脱了区块链可扩展性三难的影响。虽然完整的 DS 将是进一步扭转可扩展性三难困境的升级版，但 EIP-4844 通过使用 PDS 搭建初始框架，为这些变革奠定了基础。
根据 Arbitrum 和 Optimism(22) 等领先应用的批量数据，考虑到当前对 blob 空间的需求，我们可以确定对 blob 的预期需求将比目标 blob 数量低几个数量级。最初对 blob 空间的低需求可能会导致 blob 费用降低，直到需求赶上每个区块的目标 blob 数量。这就形成了一种有趣的市场动态，即 blob 的价格发现被推迟，直到需求超过最初的区块目标。因此，在此期间，预计数据价格将保持在接近基准水平的水平，这意味着交易费用可能会大幅降低。这种有吸引力的成本结构可能会成为以太坊 L2 解决方案得到更广泛采用和利用的强大催化剂。
图 14：在 Blob 需求接近目标水平之前，数据价格预计将保持在接近基准水平的水平上
然而，在引入 blobs 时，必须牢记启动一个新市场所固有的复杂性和不确定性。新市场总是存在市场不对称的问题。新收费市场背后的不确定性可能会使人们对数据成本的预期产生偏差。鉴于最初对每个区块 blob 数量的限制，以及对全部数据空间利用不足的可能性，也可能会出现 blob 定价的二级市场。因此，在缺乏强有力的市场反馈机制的情况下，blob 价格在达到稳定的价格平衡之前，最初可能会经历一段波动期。
尽管如此，这些可能都是次要的考虑因素，因为 PDS 后rollup的总体轨迹仍然是积极的。降低费用所带来的激励措施将使基于以太坊的滚动交易在中短期内成为最具成本效益的区块链解决方案之一。以太坊社区也不会认为这种乐观的前景是理所当然的，他们正在积极审查各方面的情况。与加快 blob 费用发现过程有关的话题——例如实施更高的 blob 费用或降低 blob 的目标数量——已经开始讨论。
值得一提的是，EIP-4844 的最终成功与 L2 的持续发展密切相关，而 L2 本身正处于市场整合期，并可能发生进一步的变化。虽然 EIP-4844 的目的肯定是为了提高rollup的成本效益，但影响其更广泛采用的变量不仅仅是 PDS 和提高 DA 成本。尽管现在比以太坊更具成本效益，但rollup仍然处于初级阶段，尚未提供同等水平的安全性、可用性或去中心化。在改善用户体验和互操作性方面进行有意义的改进仍然至关重要。因此，大量的交易活动是否会从以太坊转移到加密货币，以充分利用所提供的成本节约，还有待观察。
最终，EIP-4844 试图通过 PDS 增强以太坊的交易能力，同时也为最终实现完整的 DS 奠定基础。特别是，DS 为未来以太坊成为统一的结算和 DA 层设定了预期，从而在长期内为 L2 解锁各种有益的用例。例如，使用有效性证明的rollup将能够与以太坊的 EL 进行同步调用。这有可能为新的 L2 基元奠定基础，为下一代 dapp 的开发创造机会。不过，值得注意的是，DS 的完全实现可能还需要几年的时间，需要进一步的研究、共识以及多个阶段的实施才能成为现实。PDS 是目前值得期待的升级，也是开发高效原生 DA 层和可扩展性的第一步。
5. 中立交易
The Scourge包括一系列升级，旨在减轻 MEV 的中心化效应，同时保持公平透明的交易包容性。提议者-创建者分离（”PBS”）是最突出的升级，DS 和无国籍的路线图都要求以 PBS 为前提。
为了更好地理解背景，首先要了解什么是 MEV。简单地说，MEV 是矿工或验证者在区块奖励和交易费用之外可以获得的额外收入的衡量标准 (23)。这是通过在区块内战略性地包含、排除或重新排序交易来实现的，而不是遵循简单的基于费用的交易优先级排序。
虽然验证者在识别和利用 MEV 机会方面具有独特优势（他们决定哪些交易被纳入以及交易顺序），但大部分 MEV 收益实际上是由被称为搜索者的专业实体获取的，他们采用复杂的交易算法。不幸的是，竞争提取 MEV 所需的专业化本质上是一种中心化力量，这与以太坊最大化网络参与的指导原则相悖。PBS 是以太坊开发社区对这一问题的解决方案。
提议者与构建者分离
PBS 试图在以太坊验证者目前履行的两项重要职能之间进行分工：提出区块和构建区块 (24)。在这个模型中，被选中提出下一个区块的验证者（即区块提出者）将区块构建（交易选择和排序）的任务卸载给专门的区块构建者市场。这就为构建者创造了一个独特的、协议内的角色，他们负责构建区块，并出价让提议者选择他们的区块。在一个运作良好的市场中，有竞争力的构建者会竞价到他们能从区块中提取的 MEV 的全部价值，从而使分散验证者集获得大部分 MEV 奖励。因此，PBS 能够有效对抗 MEV 的中心化力量。
PBS 的实施还意味着验证者失去了将特定交易单列出来或排除在外的能力，因为区块的内容现在是由一个单独的实体决定的。这样的安排可以将计算难度较大的区块组装任务卸载给更专业的机构，从而使验证器能够在硬件要求较低的情况下运行。这种设计对 DS 来说尤其有利，因为它的实施本身就增加了区块构建者的计算负担。为了减轻普通验证者的负担，PBS 在 DS 路线图（25）中发挥了重要作用。虽然这种设置确实集中了区块构建任务，但它保留了区块验证的分散性和不可信任性。这与 Vitalik Buterin 在《Endgame》一文中的观点不谋而合：所有的路径都通向中心化区块生产与去中心化无信任区块验证的终局。
有关 PBS 技术实施的细节仍在考虑之中，但使用提交-揭示方案的双槽框架是一个已获得认可的方案。值得注意的是，提交-披露方案对于防止 MEV 被盗非常重要。在这种方法中，区块构建者向提议者提交他们的出价以及初步的区块头。然后，提议者选出一个中标标书和标题，再由证明人委员会进行验证。一旦获得批准，区块构建者就会公布完整的区块主体。
图 15：双槽 PBS 的可视化表示法
该系统的一个显著特点是，不再需要在提议者和建设者之间充当中间人的可信中继。建设者将直接向区块提议者提交出价，即使建设者未能交付有效区块，这些出价也是不可撤销的。无条件的付款结构使投标人无需信任建设者。
在此期间，当 PBS 被正式集成到以太坊中时，Flashbots 的 MEV-Boost 等第三方解决方案正在填补这一空白（26）。MEV Boost 为区块构建建立了一个自由市场，有效地分离了提议者和构建者的角色。在这个系统中，提议者可以通过将区块构建任务委托给专业的构建者来实现 MEV 回报的最大化。然而，MEV-Boost 系统的一个关键区别在于，它采用了一个相互信任的中继器来促进双方之间的区块数据传输。这确保了提议者无法从构建者那里窃取 MEV。因此，尽管中继系统确实需要一定程度的信任，但其功能主要是确认区块主体的有效性和存在性，从而消除了验证者直接信任构建者的需要。
图 16：目前只有通过运行 Flashbots 的第三方中间件 MEV-Boost 才能实现 PBS
虽然 MEV-Boost 是一个有用的临时解决方案，但它的效用可能会随着未来的升级（如 DS，专为构建器专业化而设计）而降低。在这种情况下，非专业验证器可能会发现在本地构建区块具有挑战性。因此，预计协议内 PBS 最终将囊括 MEV-Boost 提供的优势。PBS 不仅能保持相同的角色分工，还能更方便地分散构建者，并消除提议者对任何其他方的信任。
抗审查名单
PBS 的一个重要外部效应是，它有可能加剧中心化，尤其是在交易审查方面（27）。通过将区块构建者的角色专业化，升级可能会使构建者在战略上击败竞争对手，并将特定交易排除在外。为了应对这种情况，目前正在考虑各种旨在确保抵制审查的设计，如包含列表的完全区块拍卖或部分区块拍卖。有一项建议提出，区块提议者可以公布一份抗审查清单（”crList”），以强调他们认为不应被审查的备忘录池中的交易。建设者有义务将 crList 中的这些交易包括在内，除非他们交付了一个完整的区块。这些设计的细微差别仍在完善过程中，因此是未来需要密切关注的重要领域。
其他重点领域
除公共预算系统外，还有其他值得关注的领域。例如，确定如何更公平地分配 MEV 以抵消其中心化效应。一个正在考虑的想法是委员会驱动的 MEV 平滑化 (28)，旨在使 MEV 的分配尽可能均匀。另一个重点领域旨在燃烧 MEV，将其价值重新分配给所有以太坊持有者，而不是只让以太坊持有者受益（29）。长期路线图上的最后一个重要项目是探索分布式区块构建。尽管许多即将推出的以太坊升级版都承认有必要使用专门的构建者来减轻验证者的计算负担，但从长远来看，分散构建区块的任务可能仍然是有益的。总之，PBS 处于相对成熟的研究阶段，是应对 MEV 和 DS 带来的挑战的关键一步。虽然 PBS 在很大程度上限制了区块构建者的中心化风险，但仍需要其他机制来确保交易的公平和透明。
6. Verkle 树
The Verge 专注于一系列升级，其主要目标是在以太坊中实现无状态。通过消除验证器节点保存以太坊状态完整副本的需要，The Verge 旨在简化区块验证过程，并为此使用增强的证明技术。这一变化有望大幅降低验证器的存储和带宽要求，从而加强去中心化。The Verge 的最终愿景是为轻量级客户端提供与当前完整节点同等的安全保证。
然而，由于以太坊状态数据的不断增长大大增加了磁盘空间的使用量，存储这些数据变得非常昂贵，尤其是对于高吞吐量区块链而言。这种不断增长的存储需求随之提高了运行全节点的硬件前提条件，有可能对验证者产生中心化效应。为了解决这个问题，以太坊开发社区提出了无状态和 Verkle 树。
无状态
无状态本质上是指不需要手头的状态来执行特定的角色或功能。具体来说，以太坊的目标是弱无状态性，即验证者可以验证区块而无需持有以太坊整个状态的副本，尽管区块构建者在构建区块时仍然需要访问状态。鉴于通过 PBS 将区块构建与提议分离，这一限制就不那么令人担忧了。由于其中心化的性质，专门的区块构建器已经可以有效地处理状态增长问题。
见证在实现无状态执行方面发挥着至关重要的作用。它们本质上是验证状态访问正确性的加密证明，构建者将在每个区块中加入这些证明。验证不需要访问整个状态，而只需要访问区块内受交易影响的部分。区块构建者将在每个区块中包含这些特定的状态片段，并通过见证人验证其准确性。
弱无状态的采用使以太坊能够通过减轻状态增长带来的限制来扩展其执行吞吐量 (30)。虽然预计大部分交易执行将转移到 L2，但提高 L1 吞吐量仍有优势。例如，Rollups 依赖以太坊进行 DA 和结算，需要 L1 执行。随着以太坊扩大其 DA 层的规模，提交证明的摊销成本可能会成为rollup支出的重要部分。然而，要实现弱无状态，考虑到包含见证数据和证明，将需要更多带宽。幸运的是，向 Verkle 树的过渡将不再使其成为瓶颈。
Verkle 树
目前，以太坊依靠Merkle-Patricia Tree来散列和压缩其状态数据。然而，这种树形结构中的 Merkle 证明的大小可能会变得太大，使其不太适合无状态模型中所需的见证。为了解决这个问题，以太坊计划过渡到 Verkle 树这种更高效的数据结构。Merkle-Patricia 和 Verkle 树都具有生成见证（加密证明）的重要能力，允许任何人根据公开的状态根轻松确认特定信息的存在。
Verkle 树的优势在于能高效生成较小的证明 (31)。Merkle-Patricia Trees需要随着树的扩大而增加哈希值的数量，而 Verkle 树则不同，它利用矢量承诺（vector commitment）来实现扩展，而不会成比例地增加证明的大小。这种优化减少了需要传输的数据量，使无状态验证变得更加可行。
向 Verkle Trees 的转变将大大促进无状态客户端的普及（32）。验证者将不再需要维护整个以太坊状态的本地副本。取而代之的是，区块构建者将提供一个 Verkle 证明，封装与特定区块相关的状态部分。验证者可以使用这些证明来验证区块，而无需访问完整的状态。这种方法还能让新节点立即开始验证区块，因为它们不需要同步完整的状态历史。
图 17：Verkle 证明的效率要高得多，因此它们可以作为实现弱无状态的可行证人
截至目前，Verkle 树的测试网已经开始运行，但在向 Verkle 树迁移之前，仍需要对客户端进行大量更新。展望未来，以太坊的目标是整合更先进的证明技术，如 zk-SNARK，以进一步提高证明效率并简化区块验证。随着生成 SNARK 证明的专用硬件越来越先进，zk-SNARKs 将越来越多地用于验证更复杂的语句。最终，抗量子的 zk-STARKs 将成为终极目标，尽管目前的证明生成时间被认为是一个限制因素。
7. 无需大量硬盘的验证工作
The Purge是一系列计划中的升级，旨在通过最大限度地减轻历史数据存储负担和消除技术债务来简化以太坊协议。这对以太坊尤为重要，因为不断增加的历史数据和状态复杂性可能会提高节点存储要求，从而影响去中心化。一旦 DS 付诸实施，赌注会更大，因为预计它将大幅增加平均区块大小。在这些升级中，EIP-4444 尤其引人注目。
历史到期 (EIP-4444)
EIP-4444 旨在实施历史过期，这一升级要求节点停止在点对点网络上托管超过一年的历史区块 (33)。这种删除历史数据的做法大大缓解了节点操作员对磁盘空间的需求。与此同时，它还简化了客户端软件，不再需要代码来处理不同版本的历史区块。此外，EIP-4444 与 PDS 的结合确保了定期数据修剪；EIP-4444 每年修剪一次，而 PDS 每月修剪一次 Blob。虽然这有利于减少节点的数据存储需求，但也引发了对历史数据保存和恢复的担忧。
历史数据的删除主要给以太坊上依赖于分析过去交易信息的应用程序带来了挑战。虽然存储历史数据越来越被视为核心以太坊协议之外的最佳管理责任，但客户端仍有能力从外部来源导入此类数据。可能会出现各种方法来访问以太坊网络之外的历史数据，无论是通过 Etherscan 这样的区块探索器、The Graph 这样的索引服务，还是通过以太坊基金会支持的更分散的解决方案。一旦 EIP-4444 付诸实施，历史数据的保存肯定会成为人们关注的焦点。
状态有效期
正如 The Verge 之前所讨论的，弱无状态消除了验证者为区块验证而维护整个状态的必要性。然而，状态并不会简单地消失，它的持续增长仍然是网络面临的长期挑战。为了解决这个根本问题，”清除 “采用了一种叫做 “状态过期 “的方法。状态过期会自动删除在规定时间（如一年）内保持静态的部分状态，将其移入单独的树形结构，并从主要的以太坊协议中删除（34）。
状态失效是以太坊发展路线图中较为遥远的升级之一，只有在迁移到 Verkle Trees 之后才变得可行。虽然在实现无状态客户端后，状态到期的紧迫性可能会降低，但它仍然可以减轻休眠账户和其他闲置地址对以太坊状态造成的负担。展望未来，随着时间的推移，L1 和 L2 吞吐量预计都会增加。特别是，L2 状态的增长速度可能会更快，甚至可能在未来某个时候影响到高性能的区块构建器。因此，积极主动的状态增长管理策略无疑是有益的。
综上所述，历史过期和状态过期仍在积极研究中，其具体内容可能会随着路线图的推进而发生变化。在这些建议取得成果之前，需要先完成其他一些路线图项目，如 PBS 和 Verkle Trees。
8. 协调
The Splurge是一个杂项类别，用于与前几部分主题不一致的升级。这部分涵盖了一系列开发成果，其中较为显著的升级包括账户抽象、多维 EIP-1559 和可验证延迟功能。
账户抽象（ERC-4337）
账户抽象（”AA”）是一次关键的升级，ERC-4337 是其中最重要的提案之一。AA 指的是将 EOA 的账户和签名者之间的关系解耦。这使用户可以使用智能合约钱包作为主要的以太坊账户，有效取代传统的 EOA，从而提升整体用户体验（35）。值得注意的是，它是通过在更高层系统中复制交易备忘录池的功能来实现这一点的，因此无需更改以太坊协议本身。
图 18：ERC-4337 没有修改共识层本身的逻辑，而是在更高层次的系统中复制了交易 mempool 的功能
鉴于 AA 的一系列好处，人们对它的普遍热情是完全有道理的，其中一些好处概述如下。
- 增强安全性： AA 引入了多种验证和恢复选项，超越了目前依赖种子短语进行账户恢复和管理的做法。
- 改进用户体验： 简化了处理 EOA 和私钥的复杂性。AA 使开发人员能够在用户体验方面进行创新，例如引入用户友好的安全功能和交易流程，使 Web3 钱包与 Web2 应用程序一样直观。
- 批量交易： AA 允许用户将多项操作捆绑到单个操作中，而不是对每笔交易进行单独授权，这为需要频繁交易的游戏等 dapp 提供了更多便利。
- 自动交易： 这使用户能够设置定期付款和其他自动交易，而目前的 EOA 系统无法实现这些功能。
- 灵活的gas支付： AA 允许使用 ERC-20 代币支付交易费用，而不仅仅是 ETH。它还支持第三方支付gas费，这对新用户入职与网络互动特别有利。
代币绑定账户（ERC-6551）
虽然这次升级与本阶段有些不同，但作为 ERC-6551 的一项功能，代币绑定账户（”TBAs”）是值得一提的与 AA 相关的显著发展。ERC-6551是一种新标准，它使NFT能够利用无权限注册表作为自己的智能合约账户和钱包。这就为所有者在 TBA 中托管 NFT 提供了一个综合机制。由于游戏等场景对 NFT 持有资产的需求日益增长，TBA 的设计旨在克服阻碍 NFT 与其他链上资产接触的障碍。这一创新提供了一个灵活的框架，在不改变现有生态系统的情况下丰富了 NFT 的功能，为创新应用和其他可能的增强铺平了道路。
展望未来，可能会引入更多的 EIP，使 EOA 能够转换为智能合约钱包，并可能提出强制性转换建议，旨在通过将所有账户标准化为智能合约钱包来简化协议。有关 AA 和 TBA 的更多信息，包括其增长和采用情况，请查看我们最近的报告《A Primer on Account Abstraction》。
多维 EIP-1559
多维 EIP-1559 扩展了最初引入 blob 携带交易时讨论的概念。特别是，PDS 引入了多维 EIP-1559 收费市场，其中gas和 Blob 两种资源有独立的浮动价格和相关限制。多维 EIP-1559 强调了通过划分与以太坊交易消耗的特定资源相关的成本来提高gas市场效率的潜力。目前，以太坊中的gas是几种不同资源的组合，包括 EVM 执行、交易 calldata、见证数据等。
多维收费市场旨在解决这些资源的平均负载和最坏情况负载之间的差异所带来的挑战。多维 EIP-1559 根据每种资源自身的供需动态对其进行独立定价，从而有效遏制了平均负荷与峰值负荷之间的差异程度。这标志着以太坊生态系统在资源定价方面取得了值得注意的进展，有助于解决次优gas费用的问题。
可验证延迟函数
最后，要充分理解可验证延迟函数（”VDF”），首先必须了解随机性在以太坊这样的 PoS 区块链中的关键作用。在当前系统中，随机性主要来源于存储在信标状态中的 RANDAO 值，它对于公平分配验证者之间的区块提议和委员会分配等任务非常重要。
VDF 通过使用专用硬件来执行一连串不可并行的计算，从而增强了随机性。这使得输出更加安全，并消除了出现偏差的可能性。重要的是，这些计算的结果无需专业设备即可快速验证。简而言之，VDF 为以太坊提供了更强大的随机性来源，这对未来某些应用的开发至关重要。
9. 结束语
尽管以太坊从 PoW 过渡到 PoS 共识机制是一个重要的里程碑，但该平台的发展历程远未结束。有了清晰的路线图，开发团队正在积极进行各种升级，以实现其全部优势。
总而言之，SSF 将极大地完善以太坊的 PoS 架构，减少最终结果，提供更好的用户体验。从 PDS 开始，The Surge 旨在降低 DA 成本，并在节点之间分配检查 DA 的工作量，从而提高可扩展性，尤其是对 L2 来说。The Scourge 采用 PBS 来抵消 MEV 的中心化效应，并以可信中立的方式重新分配 MEV 收入。The Verge 专注于通过迁移到 Verkle Trees 实现无状态，使无状态客户端无需以太坊状态的本地副本即可验证区块。The Purge 减少了历史数据存储和技术债务，进一步简化了协议。最后，The Splurge 增加了几项附加功能；最近增加的一项显著功能是账户抽象，它允许扩大钱包选择范围、提高天然气市场效率并增强功能。
尽管其中许多升级仍处于形成阶段，尚未完全执行或定义，但本报告提供的信息为不断变化的格局提供了一个缩影。一旦完全实现，以太坊有望显著提高计算吞吐量，同时保持其已经领先的安全性和去中心化。这将为以太坊的广泛应用扫清道路，使其不受任何可扩展性或成本的限制，从而帮助以太坊实现其创建一个通用的、不可信的、无权限的DA和结算层的目标。我们期待见证以太坊路线图下一阶段的发展。
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