了解未来：以太坊的历史及其未来的演变

编译：Web3Caff，经作者授权发布

封面：William Tempest，以太坊

在这个帖子里，我会梳理一下以太坊的演进，以及最新的路线图。 鉴于以太坊是一个非常复杂的经济系统，我只挑出了主要部分（因此可能会遗漏一些）。

以太坊由 Vitalik Buterin 于 2013 年创立，直接借鉴了比特币的设计，因此从一开始就关注去中心化和安全性（这就是我喜欢它的原因）

但由于“可扩展性三难困境”问题（译者注：三难困境是可扩展性、去中心化和安全性之间的不可能三角问题），以太坊的可扩展性一直非常困难。有很多区块链想要在不同的方向上超越以太坊，但他们的选择会给他们带来更多问题

比如有的公链平台选择TPS高（可扩展性+安全性）的链。 它们一般都有非常大的区块和高性能的节点，每秒可以处理更多的交易。 但代价是中心化，因为消费类笔记本电脑无法运行如此高性能的节点，所以它们只有几十或几百个节点（BSC、Solana）。

另一种选择是去中心化+可扩展，比如IBC等多链宇宙，但这会带来很大的安全风险。 如果攻击者选择多条链中最弱的一条进行攻击，一旦成功，将引起一系列严重的连锁反应。

对于以太坊来说，宁愿牺牲一定程度的可扩展性也不愿牺牲去中心化和安全性，所以在以太坊刚推出时（2015年），Vitalik Buterin就开始研究并计划将PoW转换为PoS，详见：Understanding Serenity, Part 2 : 卡斯珀

与 PoW 相比，PoS 具有三个优势： 以太坊网络将更加安全和去中心化，详情请参阅 Vitalik Buterin 的这篇文章。 同时，下面的推文也会描述：以太坊最早的路线图，从PoS共识机制开始。

这是我对 Eth2 未来 5-10 年及以后可能会是什么样子的大致看法。

下面的路线图反映了我自己的观点，其他人（包括我的未来版本）可能会有不同的观点！ 随着我们发现新信息或新技术，细节当然可能会发生变化。 pic.twitter.com/wynMVC04Ag

- vitalik.eth (@VitalikButerin) 2020 年 3 月 18 日

最早的路线图是：PoW 到 PoS（阶段 0）→数据分片（阶段 1）→执行分片（阶段 2）。 以太坊不仅希望有最好的去中心化和安全性，还希望通过数据/执行分片来解决执行效率的问题。

根据 Vitalik Buterin 的研究，以太坊在第二阶段实施后可以达到 1000-5000 TPS。 目前，以太坊只有 5-15 TPS。

执行效率的提升主要是因为执行分片可以并行执行交易，而使用PoS作为phase 0，不仅是因为先研究，还因为其他分片需要使用PoS作为基础层（Beacon Chain）。

在这个工作流中，数据分片不涉及代码执行，只涉及数据存储和验证（数据可用性）。 Execution sharding用于执行代码（类似于现在的Layer1执行层）

Phase 2实施后，会有多个执行分片并行处理交易，最后聚合到数据分片，再聚合到信标链和主链。

当时，有很多关于执行分片的有趣研究。 例如，Vitalik Buterin 提出了一种标准化的中间语言（eWASM），它可以让所有的编程语言编译成以太坊的中间语言，最后编译成 EVM 字节码执行。

这样一来，以太坊将不再是一个“坚定的声音”，而是一个可以用所有语言开发的丰富生态系统，甚至每个执行分片都可以设计成不同的VM。 最终，状态被同步并聚合到基础层（很像今天的 Rollup）。

由于“merge（phase 0）”耗时较长，sharding设计发生了多次变化，最重要的是Rollup等L2（plasma channel）的出现和快速发展，导致了另一个变化以太坊路线图。

Vitalik Buterin 称之为“以汇总为中心的以太坊路线图”。 有关详细信息，请参阅：以汇总为中心的以太坊路线图。 Rollups的出现不容忽视。 可能是未来很长一段时间区块链的主旋律。 以太坊也因此重新设计了自己的 Rollups 路线图。

信标链生日快乐！

这是一个更新的路线图，用于说明以太坊协议的开发进展情况以及进展情况。

（我敢肯定这遗漏了很多，因为所有图表都是，但它涵盖了很多重要的东西！）pic.twitter.com/puWP7hwDlx

- vitalik.eth (@VitalikButerin) 2021 年 12 月 2 日

根据路线图，第一步是完成“合并”，实现共识层（信标链）和执行层（现在的以太坊）的合并，之后以太坊将从PoW彻底转型为PoS。

第二步，部署基于信标链的数据分片（pos和分片并行开发，合并不会影响分片的开发进度）。

不过这里的数据分片并不是为了以太坊自己的执行分片（废弃），而是为了更好的服务于Rollup，进一步降低Rollup的数据存储成本。 详情请参考 Vitalik Buterin 的这篇文章：A step-by-step roadmap for scaling rollups with calldata expansion and sharding

当数据分片部署成功后，一个Rollup可以将自己处理的所有块数据并行发送到不同的分片进行验证理论上，部署的数据分片数量可以降低Rollup的成本（也是L1吞吐量）

当DAS（Data Availability Sampling）全面引入，数据分片全面部署（一个全新的世界！）

什么概念？ 目前以太坊L1的TPS为5-15。 如果所有的用户和应用都迁移到 Rollup，可以达到 3000+ TPS。 如果数据分片部署完成以太坊发展史以太坊发展史，我们理论上可以达到100,000+ TPS（区块链将不再是小众的玩具）。

从长远来看，以太坊会是什么样子？ 这是一个非常开放的问题，非常值得研究。 我对这个问题和对零知识证明一样感兴趣。

因为我想看到区块链发展出比物理世界更先进的治理体系，而以太坊（或任何真正安全和去中心化的区块链）成为我们数字生活的基石，对我们的物理社会产生巨大的影响。 直接影响。

首先，以太坊会成为一个非常好的基础层，提供数据存储和数据验证（不同的 Rollups 需要通信协议）。

另外，以太坊会使用很多加密特性，比如zk-snark和zk-stark，比如前面提到的“Enshrined Rollup”，你可以阅读：drakefjustin：[AMA] We are EF Research (Pt. 8: 07 July , 2022)

当 zkEVM 可以实现“共识层”兼容时，我们可以将当前的 L1 单实例 EVM 更改为庄严的 zkEVM rollup。 Layer1 可以为每个区块的状态根生成一个证明，以验证区块中的所有交易是否有效。

我们甚至可以并行运行多个 zkEVM rollups 来增强 Layer 1 交易处理能力（目前只是一个想法），而无需在底层密码学上取得突破，这些都不会成为现实，所以“zkp Everything”很快就会实现。