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解读以太坊将迎来的双重升级:经济与可扩展性

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经济升级约在 5-8 个月内,ETH 发行量随着合并而低于 0%;可扩展性升级将在两年内由数据分片实现。

原文标题:《以太坊将迎来经济和可扩展性双重升级,从合并、研究等方面探索以太坊路线图》
撰文:Ryan Sean Adams, Bankless 创始人
编译:东寻

以太坊的路线图很棒,但这并不简单。

根据我的思考:

经济升级:在 5-8 个月内,ETH 发行量随着合并而低于 0% 。

可扩展性升级:ETH 在两年内获得数据分片。

以上只是以太坊基础协议升级。以太坊的主要扩展计划正在数十个资金充足的团队中并行进行,这些团队拥有 optimistic 和 zk-rollup 技术。因此,预计 2022 年将成为 Rollup 之年。

可扩展性的进展是不间断的。

以太坊现在正在使用 dYdX、Immutable X、Arbitrum、Optimism 和许多其他工具进行扩展。而 2 年内的数据分片升级将使这些 rollups 的费用再降低 80-100 倍。

以太坊是一个正在发生重大变化的协议。从中期来看,我们正在推动协议的升级,使其能够扩展以满足全球需求,同时也提高安全性和去中心化。这是一条漫长而曲折的道路,但我们的研究人员和修补者比以往任何时候都更加活跃。

在开始之前,请记住,这不是「官方」路线图,它代表的是对事情现状的有限的、主观的看法。

名称已经改变

时间线 → 正在进行中

让我们来谈谈我们对事物的称呼。虽然从这里开始可能看起来很奇怪,但请记住,命名框架是由路线图决定的。以下是最近流行术语变化的两个例子,以及它们改变的原因。

执行与共识

无论出于什么目的,术语「Eth1」和「Eth2」已不再用于核心开发——请参阅 Tim Beiko 的「Great Renaming」文档。

旧的命名方案提出了两个问题,即「Eth1 在先,Eth2 只能在其后」和「一旦 Eth2 存在,Eth1 将不复存在」。从 2020 年 10 月开始,Danny Ryan 已经指出了这个问题。尽管信标链(Beacon Chain)自推出以来一直与主网一起运行,但使用 Eth1 和 Eth2 表明,早期版本在某个时候会消失。然而实际上,通过合并,链状态将无缝地与信标链结合在一起。

没有数据会丢失,也无需迁移。

现在,我们已经转向「执行」和「共识」,而不是 Eth1 或 Eth2。建议你在此处阅读 Danny 的深度文章。简而言之,执行是指用户层的所有事物:应用程序、账户余额、代币等。这也可以称为「状态」。

然后,共识是将所有东西结合在一起的权益证明机制:最终性、分叉选择规则、验证器和激励机制。

在合并后的环境中,这两个层是共存的。

「功能」而不是「阶段」

阶段是我们已经改变的另一个术语。过去,它们指的是特定的协议变化,例如,「第 0 阶段是信标链」。

从去年年底开始,已开始非正式、渐进地将「阶段」重新定义为「功能」。首先,使用「功能」更灵活。当设计更新或范围扩大 / 缩小时,很难传达简写的「第 X 阶段」已经发生改变。

其次,与上面的「执行和共识」部分保持一致,它表明了顺序性:「X 阶段」之后必须是「X+1 阶段」。在当前时间线中不起作用的一个很好的例子是,合并(以前的「阶段 1.5」)优先于数据分片(以前的「阶段 1」)。

偏向「功能」意味着名称是原子性的,在需要时很容易重新排序,并且更清楚地传达它们的最终影响。

认识论的灵活性

更抽象地说,我认为上述两个变化都是基于认识论的灵活性,认识论的意思是「与知识或认识相关」。换句话说,它是一种灵活的知识形成模式,可以让我们的社区更好地理解集市产生的非结构化创造力。

我们能够对路线图做出适应性决策,因为我们不拘泥于阶段或顺序。这是以太坊哲学的重要组成部分,我很高兴看到它扎根于此。

更广泛的社区可能需要一段时间来适应新的命名规范。

合并

时间线→ 5-8 个月

现在我们已经解决了命名问题,让我们来谈谈下一个令人兴奋的以太坊功能:合并(The Merge)。这是指以太坊即将从工作量证明(PoW)转换为权益证明(PoS)。

对于以太坊以及更广泛的加密领域来说,这是最受广泛期待的协议变更之一。在我们这个行业存在的大部分时间里,PoW 及其对能源消耗的负面看法一直主导着大众媒体。以太坊将成为有史以来最大的「热交换」其共识机制的协议。反过来,这也有望改变这种说法。

对协议的好处

合并包括对协议的许多重大改进:

一旦升级上线,链条就会变得更加安全。区块在某个时间点后「最终确定」,引入了对验证者链重组的大幅抑制——即验证者重组区块或其内部交易。

其次,PoS 消除了与 PoW 相关的巨大的能源消耗和硬件浪费。研究人员估计,以太坊的能源使用将下降高达 99.95%。一小部分常规商品硬件将取代当前运行以太坊共识的 ASIC 和 GPU。这两种效应将导致更节能、多样化、地理分布更广、抗脆弱的共识参与者集合。

第三,以太坊 PoS 为分片奠定了基础,这是一项同样重要的协议变更,将把链分成许多并发线程。分片通过增加可用于数据可用性和结算的区块空间来增强 L2 扩展工作。

最后,升级将使 ETH 的年发行量从目前的净 3.5% 降至净 0% 左右。

合并之路

为合并奠定基础的第一个重大事件是 Rayonism,这是今年早些时候的一个为期一个月的黑客马拉松。这项工作模拟了合并发生后链的状态,以及共识 / 执行客户端将如何相互对话。

如果你想了解更多关于这两个事件的信息,请查看 Tim Beiko 的帖子「Amphora:一个主要的合并里程碑」。

从该事件中学到的知识已被纳入最新版本的合并规范,称为「Kintsugi」。同时,还有一个名为 Pithos 的长期存在的开发网络。这将在 2021 年第四季度至 2022 年第一季度期间重启多次,以使用更新后的规范重新测试从 PoW 到 PoS 的过渡时刻。一旦这种过渡相当稳定,现有的测试网(如 Goerli)就可以升级,以符合规范。

感兴趣的社区成员可以关注「合并主网准备清单」,这是对剩余任务的全面概述。

以太坊上海升级

时间线→ 10-12 个月

合并后的以太坊的一个有趣之处在于,虽然链最终被合并,但客户端仍然是独立的。这包括它们的架构方式,以及从事这些工作的团队。对于验证者来说,这意味着有大量的选择。每个执行客户端都可以在每个排列中与每个共识客户端组合,反之亦然。在此处列出了这些组合客户端的可能名称列表。

独立的执行层和共识层也允许在需要时进行非耦合的升级过程。这很好地契合了以太坊的关注点分离哲学。换句话说,几个小的变化通常比一个单一的变化更易于管理。

然而,上海的升级将对这两个层进行耦合更改,以使验证器提取成为可能。这允许验证者将他们的 ETH 从共识退出到执行层,将它们更紧密地绑定在一起。一旦 ETH 从信标链中退出,那么它就可以像今天人们一样使用它:作为价值存储、支付 NFT 或支付交易费用。对于执行层,还有许多其他的建议正在被考虑,但没有任何建议被上海升级正式接受。

我们不会知道可接受的范围,直到我们更接近合并且实际运行。

研究

时间线 → 正在进行中

在上述内容被指定、实施和测试的同时,还有其他平行的研究工作在推动以太坊向前发展。

数据分片

在切换到权益证明之后,分片可能是以太坊即将发生的最重要的变化。请注意,当前的提案侧重于数据分片,而不是执行。此功能为 L2 提供了更多的区块空间来存储数据,但它不会像我们在主网上熟悉的那样支持本地用户事务执行。Rollups 目前使用以太坊进行这种类型的结算操作。此类分片的基础研究不那么复杂,这意味着它可以更快地进入主网并加速 L2。

原图:Hsiao-wei Wang 设计:Quantstamp

优先考虑数据可用性符合可扩展性研究和应用程序在过去 18 个月中的发展趋势。Vitalik 在 2020 年 10 月的帖子「以 rollup 为中心的以太坊路线图」中很好地阐述了这一可能的未来。

在未来的某个时刻,社区可能会决定添加分片执行。这仍然是一个开放的研究问题。

状态保质期和弱无状态

这一领域的研究将改革协议处理状态的方式。状态是指所有的用户记录,包括合约、代币、NFT 和地址。在今天的以太坊中,用户每笔交易都会产生一次性费用,以无限期地保持状态。长期来看,这是不可能持续的。

多年来,已经探索了一些具有不同权衡的提案,包括状态租金和 ReGenesis 之类的东西。

一个领先的提议被称为「弱无状态(Weak Statelessness)」。这改变了以太坊节点持有和处理状态的方式。具体来说,只有区块提议者需要存储状态,而所有其他节点可以无状态地验证区块。以下是它如何影响不同的用户配置文件:

用户:可以丢弃状态,但需要随交易一起提交「见证」。见证是与交易一起发送的证明,以证明它是有效的

非验证者节点:可以丢弃状态

验证者 / 区块提议者:如果依赖第三方进行区块生产,则可以丢弃状态

区块生产者:没有变化,仍然需要所有状态。使用来自用户的见证来制作包含有效状态变化的区块

伴随的提案称为「状态保质期(State Expiry)」。在这里,如果在设定的时间段内未访问,则状态可以变为非活动状态或从活动状态「过期」。这可能是冷存储中的 ETH,也可能是社区迁移出的废弃 ERC20。如果用户想要重新激活他们的状态,任何发送的交易都需要有一个见证。限制活动状态大小的好处之一是,节点应该更易于管理,以便进行同步和维护。

这两个概念都在积极的研究、基准测试,并通过概念验证来实现。

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