The Future of Ethereum Scaling

以太坊扩容的未来

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目前,以太坊在市值方面排名第二。除了作为投资对象外,它还被应用于各个方面,以加强区块链技术的使用,从而形成一个生态系统,在此生态系统上开发新的加密货币项目,为加密货币行业的发展做出贡献。以太坊共享账本具有巨大的价值和广泛的实际应用,正在不断变化和改进,这是区块链协议深度信息现代化的结果,称为可扩展性。

本文将引导您了解以太坊的世界,解释什么是以太坊可扩展性以及为什么需要它。您还将了解以太坊区块链扩展过程中使用的解决方案以及它们的工作原理。最后,您将了解为什么以汇总为中心的以太坊路线图是这个区块链项目的未来。

关键要点

  1. 以太坊项目在其历史上经历了10多次硬分叉,试图使区块链达到最佳功能。
  2. 有两种类型的网络扩展——垂直和水平。在第一种情况下,区块的带宽得到了改善或降低,在第二种情况下,资源数量增加,在它们之间分配负载。
  3. Tier 2 解决方案旨在通过提高交易的速度和数量以及降低gas费用,来更有效地利用以太坊分类账。

什么是以太坊扩容,为什么它是必要的?

可扩展性是区块链平衡供需的软件能力,表示为网络或数据库在过载条件下提高其性能的能力。系统有垂直(通过改进硬件)和水平(通过在小段上均匀分配负载)扩展的区分。第一种是通过增加中心节点的容量来实现的,第二种是通过软件方法来实现的。

在以太坊 及其他加密货币 不再是边缘化的支付工具并变得无处不在之后,区块链的负载在成倍增加。因此,与使用第 1 层扩展解决方案的其他区块链相比,许多负面因素阻碍了协议的发展,从巨额交易费用到极差的可扩展性。

在其存在的整个过程中,以太坊愿景已经经历了六次“硬”更新,导致其区块链发生了重大变化。这些事件被称为硬分叉,它们是分支网络,所有用户都必须切换到开发人员改进了的新版本软件。这就是每一次先入为主的空中更新所发生的情况,但也有一些计划外的以太坊硬分叉,是由于黑客攻击而发生的。下面给出了网络上最重要的更新列表:

1. 冰河时代(边境解冻) – 2015年9月8日

这是一个计划外的硬分叉,旨在提高区块链更新的安全性和速度。

2. 家园–2016年3月15日

这个分叉的主要目标是消除中心化。网络用户可以使用网络加密货币(ETH)进行交易,他们也可以部署智能合约。在那之后,以太坊成为一个成熟的DeFi项目。许多用户了解了它的原生硬币,并且投资了 ETH; 以太币交易开始在加密货币社区获得了动力。

3. The DAO – 2016年7月20日

DAO 分叉是为了应对 2016 年的 DAO 攻击,当时不安全的 DAO 合约在黑客攻击中耗尽了超过 360 万以太币。分叉将资金从有缺陷的合约转移到具有单一功能的新合约:withdraw。

4. EIP-150 (Tangerine Whistle) – 2016年10月18日

这个硬分叉改变了交易的gas成本。此更新旨在帮助消除以太坊主链在这一点上所遭受的DDoS攻击能力,或者至少使它们对攻击者来说成本更高。

5. 大都会(君士坦丁堡和& 拜占庭) – 2017 – 2018年

这个由开发人员计划的以太坊生态系统的两部分硬分叉旨在为从网络过渡到权益证明(PoS)挖掘算法做好了准备,并实施网络扩展的解决方案。

多亏了君士坦丁堡分叉,以太坊变得更快、更高效、更方便。智能合约变得更容易开发,以太坊代码中的某些操作也得到了简化。

6. 伊斯坦布尔 – 2019年12月4日

这个重要的区块链更新包含了6条改进以太坊的建议,包括提高加密货币的可扩展性,确保与Zcash币的兼容性,更改不同交易代码的gas价格,以及提高系统对DDoS攻击的抵抗力。

7. Muir Glacier – 2020年1月2日

Fork Istanbul 并不完全成功; 到更新时,只有不到一半的节点安装了必要的软件,区块的挖矿时间开始增长。在2020 年 1 月 2 日,以太坊网络又举行了一次Muir Glacier 分叉 ,其主要目的是再次延迟“复杂性爆炸”。

8. 信标链 – 2020年12月1日

信标链阶段的特点是期待已久的新权益证明分类账的推出以及其他变化,如分片、段间通信以及从以太坊虚拟机(EVM)到WebAssembly(eWASM)的过渡。

9. 柏林 – 2021年4月15日

这个硬分叉本质上是伊斯坦布尔的第二阶段,也是伦敦分叉的准备阶段,包括诸如降低费用、使用不同类型的交易、更快的交易吞吐量以及对新类型交易的支持等改进。

10. 伦敦 – 2021年9月5日

此更新包括五大更改,其中最具争议的是EIP-1559,它改变了计算矿工挖矿区块奖励的机制,部分奖励现在将被烧毁。这种方法被用于对抗加密货币的通货膨胀。虽然矿工现在从挖矿区块中获得的收益会减少,但从理论上讲,他们应该可以通过增加加密货币的价值而受益。

11. Merge (贝拉特里克斯 и 巴黎) – 2022年9月15日

以太坊扩容的这次更新代表了向共识所有权证明的正式转变。这消除了对能源密集型采矿的需求,而是通过交付的以太来保护网络。这样的更新是实现以太坊更大的可扩展性、安全性和弹性愿景的重要历史性一步。

以太坊区块链的扩容解决方案: 类型和操作原则

市场上第二受欢迎的加密货币硬币——以太坊的演变历史是改变项目理念及其运作原则的漫长过程。作为一个分布式账本网络,以太坊是一个复杂的算法系统,它使用不同的算法系统来进行操作,以  扩展以太坊的解决方案。让我们考虑此类解决方案的主要类型,以更好地了解它的含义。

链上/第1层的扩容

因为区块链是一个开放的网络系统,任何人都有权作为节点参与会计核算。制定一套所有节点都必须遵守的规则,对于区块链的平稳运行来说,是一个非常重要的问题。 

第1层解决方案是标准的基本共识层,目前几乎所有以太坊的账本网络交易都在上面执行。层的概念对以太坊来说并非特定,它的设计允许区块链保持“账本”和“交易终结性”状态的一致性,使节点可以以未经授权的方式处理数据,并在没有集中控制的情况下以加密货币的方式达成共识。分片目前是这种扩容方法的主要关注点。

分片

分片是一种用于处理数据的扩展技术。其本质是将数据库划分(分区)为单独的部分,以便将每个部分移动到单独的服务器。

分片的概念是将网络划分为几个可以独立运行的部分。A节处理若干交易,B节处理另一组交易。这种机制使可以执行的交易数量翻了一番,因为限制是由两个节点同时的带宽来决定。

通过将区块链分成不同的部分,潜在处理的交易数量可以线性增加。实现分片解决方案适用于网络的第一层。因此,需要执行分支以更新网络协议,并实现此解决方案以实现可扩展性。

链外/第2层的扩容

第2层 解决方案 是基础设施 Eth2 解决方案,其形式是应用程序和构建在底层区块链之上的不同软件。它们可以处理大量交易并减少底层网络上的负载。现在,第2层解决方案有多种选择:侧链、状态通道以及 ZK 汇总。第 2 层解决方案旨在为开发人员规避可扩容性、隔离性和低灵活性的限制。

第2层可扩容性解决方案包括一系列旨在全面开发以太坊区块链的技术,让我们更详细地来探讨一下。

Rollups

Rollups 执行第 2 层交易并将数据发送到底层区块链。这意味着它们从以太坊获得了一层安全保护,但可以在以太坊之外执行交易。有两种类型的汇总。第一种是ZK(零知识),它将多个交易转移合并为一个交易。第二种类型是乐观汇总( optimistic rollups),它与以太坊并行运作。

a) 零知识汇总

ZK rollup(零知识汇总)是一种区块链扩容的以太坊技术解决方案,它使用零知识概念来验证协议,从而确保交易数据的隐私和安全。在ZK汇总中,多个交易被压缩成一个区块,然后将其发送到主区块链来进行验证。

零知识证明协议可用于证明交易的有效性,而无需披露交易本身的细节。这允许网络中的参与者来验证交易,而无需交换有效性证明以外的任何信息。这使得ZK汇总成为区块链扩容的安全和保密方式。

零知识证明可以有两种类型——交互式和非交互式,称为ZK-Stark和ZK-Snark,它们拥有自己的特性。

ZK-Stark

ZK-Stark,或零披露的可扩展透明知识论证,本质上是ZK-Snark的“表亲”,只是它更好。ZK-Stark消除了ZK-Snark的主要弱点之一:即它对可信配置的依赖。对于ZK-Snark协议来说,这是一个先决条件,而ZK-Stark不需要这样的阶段。相反,ZK-Stark依赖于更简单的加密货币假设。

ZK-Snark

Zk-Snark是两种主要类型的零知识证明中更受欢迎的一种。当今加密货币领域的几种项目使用它们来提高以太坊的可扩展性和隐私性。这个知识论证可以快速生成并验证 zKp; 隐私增强协议,以广泛地使用它们。使用Zk-Snark,支持隐私的区块链可以隐藏交易不被窥探,允许用户提供零知识证据而不是正常的交易记录。

b) 乐观汇总

防欺诈的基本思想是将最少的数据发送到第 1 层,并(乐观地)假设它是真的。为了防止攻击者向网络发送垃圾邮件,发件人还必须提供押金(通常以 ETH 为单位),如果区块链检测到欺诈,该押金将被提取。致力于乐观汇总(optimistic rollups)的主要项目之一是Optimism。

状态通道

状态通道是一种解决方案,允许用户在区块链之外创建自己的通道,在那里他们可以进行无限的私人交易。区块链仅存储第一笔和最后一笔交易。第一笔交易打开通道;参与者必须将资金锁定在多重签名合约中。连接会在第二个交易中关闭。当参与者之间的所有交易完成后,将发送网络的最终交易,并解锁资金。通道中的所有交易仅对其各自的用户可见,区块链只记录初始和最终的状态。

侧链

侧链独立于主区块链运行,并使用自己的共识算法独立运行。它们通过双向桥(跨链)连接到以太坊。侧链与以太坊虚拟机兼容,但有局限性:它们不如主网络分散。此外,共识算法不受第 1 层管辖,边线验证者可出于犯罪目的进行篡改。

等离子链

等离子链是第2层扩容解决方案,最初由Joseph Poon和VitalikButerin提出。它是一个在以太坊上创建可扩展应用程序的平台。等离子链使用智能合约和Merkle树来创建无限数量的子链 -——母版以太坊数字账本的副本。

Validium 链

Validium是一种扩容解决方案,它使用有效性证明,但具有链下的数据可用性。它损害了以太坊的安全性,但仍然比侧链安全得多,因为其状态之间的转换是使用 STARK / SNARK 验证的。Validium类似于ZK汇总技术,因为它使用零披露证据。但数据是离线存储的。每秒可产生多达 10000 笔交易,没有提款延迟,受攻击风险更低。

Merge 更新发生在 ETH 网络上。结果,加密货币从工作量证明(PoW)切换到了权益证明(PoS)。

速成事实

以汇总为中心的以太坊路线图: 以太坊扩容的未来

财务可持续性是加密货币项目的基本要求。到 2023 年,这可能意味着数百万甚至数千万美元的资金。以太坊基金会或Gitcoin Grants可以为其中一些项目提供一些资金,但它们的规模不足以覆盖如此可观的金额。在某些情况下,第 2 层项目可以推出自己的代币——当然,前提是代币具有真正的经济价值(即未来的预测费用)。

除了上述好处之外,以汇总为中心的路线图还为L2协议留出了空间,L2协议能够收取费用/ MEV,这些费用可用于直接或间接地资助开发(通过支持这样做的代币)。因为以太坊的基础层必须是可信和中立的,所以很难对公共产品进行协议内融资(考虑ACD调用,试图确定每个人应该收到多少)。然而,拥有自己的公共产品融资机制(和/或为Gitcoin赠款做出贡献)的L2s的争议较少。因此,如果我们保持这个空间开放,这可能有利于以太坊的长期经济的可持续性。

除了资金问题,那些最富有创造力的人往往希望能够在自己的领域内产生很大的影响力,而不是与其他人争论以太坊协议作为一个整体的未来。此外,还有许多现有项目正在寻求开发各种类型的平台。以汇总为中心的路线图为所有这些项目提供了一条清晰的路径,使其成为以太坊生态系统的一部分,同时在经济和技术方面保持以太坊生态系统的高度自治。

以太坊扩容无疑是最近几个月最热门的话题之一。该网络于 2022 年 9 月过渡到权益证明共识算法,是一个重要的里程碑,因为它为实施许多扩容解决方案打开了大门。虽然ETH开发人员正在研究网络的自然扩容,但第2层解决方案的力量才刚刚开始显现。零披露证明等概念现在正在成为现实,但对许多人来说它们仍然非常陌生。

结论

在未来的以太坊更新中使用汇总,相比分片等一线解决方案,在保证区块链的稳定性和全面发展方面将发挥不可或缺的作用。根据项目创建者Vitalik Buterin的说法,该解决方案将从根本上改变其分类账本的基础设施,以扩展其在加密货币行业中的实际应用。

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