以太坊10萬TPS升級之路_以太坊:URG

首先我想問大家一個問題：以太坊是不是一個“成熟的”產品？

其實只要比較熟悉以太坊，你就發現它并不成熟，雖然它有著最豐富的生態，龐大的市值，無與倫比的地位，但是同時它有非常多的缺陷：Gas高昂、TPS低下、擴展性不足等等問題嚴重限制著以太坊的發展。但是以太坊就這樣“擺爛”了嗎？這顯然更不可能！

V神認為現在的以太坊僅僅完成了40%，即使是在合并之后也就55%，可見我們現在使用的以太坊只是“半成品”！并且V神在以太坊社區會議(ETHCC)上公開表示，以太坊在完成五次升級后，TPS將達到10萬！

今天我們就聊聊以太坊后續升級的那些事，將其升級的五個階段：TheMerge、TheSurge、TheVerge、ThePurge、TheSplurge完完整整的呈現的在大家眼前。

以太坊升級圖中文版

注意：TheMerge、TheSurge、TheVerge、ThePurge、TheSplurge并沒有嚴格的先后順序，它們是同時進行的，而Merge是最先完成的一步。Merge、Surge、Verge、Purge、Splurge的用詞是主要是為了押韻，所以不能單單以字面意思理解。

被標記為孫宇晨的地址向交易所轉入約 2200 枚以太坊:金色財經報道，據 PeckShield 監測，被標記為孫宇晨的地址向幣安和 Huobi 轉入約 2200 枚以太坊，價值約 460 萬美元。[2023/4/14 14:03:20]

概述

TheMerge：共識機制由POW轉POS，減少能源消耗，為之后的分片和數據優化打下基礎TheSurge：分片，提升TPS，降低Gas，提高可擴展性TheVerge：引入Verkle樹，優化數據存儲ThePurge：簡化存儲，降低驗證者硬盤空間性能要求，減少網絡擁堵TheSplurge：一系列小升級，以保證以上升級可以平穩運行

1.TheMerge

9月15日，以太坊Merge升級完成，這標志著以太坊終于擺脫了“浪費資源”的帽子，走進了POS時代，V神表示以太坊轉POS讓全世界的用電量下降了0.2%！這是一次非常重要的轉折，圈內的朋友親切地稱之為“過年了”。雖然此次以太坊合并可以撐得上Web3盛會，但是據我觀察，真正了解“合并”的人真的少之又少。

V神：以太坊合并完成

1.1什么是Merge？

Merge即合并指的是以太坊主鏈和信標鏈的合二為一，而信標鏈是與以太坊主鏈平行工作互不影響、以POS為共識機制的一條區塊鏈，它于2020年12月1日運行，合并之前的驗證者超過37萬，信標鏈不參加主網交易的驗證，只負責管理分片鏈的驗證者以及存儲少部分認證。

以太坊未確認交易為94,919筆:金色財經消息，據OKLink數據顯示，以太坊未確認交易94,919筆，當前全網算力為252.48TH/s，全網難度為3.35P，當前持幣地址為49,612,837個，同比增加152,244個，24h鏈上交易量為2,924,978.86ETH，當前平均出塊時間為13s。[2020/11/4 11:34:30]

簡單說下信標鏈和分片鏈：這是以太坊2.0最重要的兩個模塊，信標鏈的職責是推動主鏈轉POS的進程以及管理分片鏈的驗證者，而分片鏈則著眼于提高網絡的容量，進而加快交易速度、減少Gas消耗。關于分片的知識后面會具體說明。

合并前的網絡結構

1.2為什么要Merge？

首先我們要糾正一個誤解：Merge的目的不是提高交易速度或者降低交易費用，事實上它對這兩點基本也并沒有提升。但同時Merge的意義又是非凡的，它是以太坊升級之路上最重要的事件之一，為之后的四次升級奠定了基礎。

Merge將信標鏈與主鏈合并，以太坊的共識全面轉為POS，引入“驗證委員會”概念，這加強了網絡共識并為高效的協議內數據可用性層鋪平了道路。同時，由于POS不再需要，生成區塊消耗的能源大大降低。

動態 | 以太坊未確認交易30376筆:據Etherscan.io數據顯示，當前以太坊未確認交易為30376筆，與此前未確認筆數基本持平，網絡擁堵情況未得到進一步改善。[2019/2/21]

注解：與POW不同，POS不需要專業的來生成區塊，每個人只要質押32ETH就可以成為驗證者節點，擁有記賬和投票的權力。POS的整個共識過程可以簡單分為“打包”和“投票”，首先系統隨機挑選打包節點，負責生成新區塊，其他節點對其生成的區塊投票驗證，獲得多數投票后區塊加入共識。但是當節點很多時，投票會浪費大量時間，所以為了提高效率網絡中會選出一個“驗證委員會”，由委員會的節點負責投票，為了保證公平，委員會成員是輪換選舉制。在POS中，打包獎勵與“幣齡”相關，簡單理解就是你質押的ETH越多，時間越長，獎勵越多。為了激勵誠實負責的節點，打擊作惡節點，如果驗證者突然離線或者故意驗證不良交易，其質押的ETH會被削減。如果你沒有32ETH但是也想參與，可以選擇加入第三方質押池獲得部分獎勵。

以太坊合并之路

1.3Merge的意義

Merge最重大的改變就是以太坊的共識全面轉為POS，而共識機制的轉變主要有以下幾個優勢：

動態 | 以太坊版閃電網絡上線主網 可與所有ERC20代幣兼容:據ethnews消息，以太坊版閃電網絡Raiden Network第一個版本Red Eyes已經被部署到以太坊主網。Raiden是一個二層解決方案，旨在改進以太坊的延展性和隱私性。這一支付網絡需要通過狀態通道來進行鏈下交易，然后向主鏈上傳狀態改變。和閃電網絡一樣，這個方案能夠提高交易速度，同時降低成本所有ERC20代幣都可兼容，而在閃電網絡中目前僅可使用比特幣和萊特幣。[2018/12/23]

能源消耗降低

從此以太坊無需價格高昂的設備，質押32ETH就可以成為驗證者節點，能源消耗降低99.95%，世界總用電量下降0.2%。

減少以太坊的發行，使以太坊成為通縮貨幣

區塊獎勵將由每天1.46W枚減少到1600枚，同時質押使得ETH的流通量進一步降低，研究公司FSInsight的報告認為發行量的下降意味著以太坊的市值可能在未來12個月內超過比特幣；

以太坊2.0戰略的關鍵一步，為分片奠定基礎。

在POW共識下，礦工可以隨意停止工作并離開網絡，POS的質押激勵解決了這一問題，這為之后分片鏈協調驗證者投票奠定了基礎。

以太坊核心開發人員發布以太坊改進方案 討論是否應阻止ASIC礦機挖掘以太坊:據ccn報道，以太坊開發者Piper Merriam在GitHub上發布了以太坊改進方案EIP 958，討論社區是否應該修改其Ethash挖掘算法阻止ASIC礦機對于以太坊的挖掘。據悉，Ethash是一種工作量驗證（PoW）的一致性算法。開發者認為用ASIC挖礦會產生集中化問題。[2018/3/31]

2.TheSurge

Merge升級對用戶來說感知并不強，但是下一步的Surge卻是可以真真切切的改變用戶體驗，大家心心念念的TPS終于要提升了，同時Gas費用也會大大降低。TheSurge預計在2023年開始，在以太坊的整個升級過程中，這絕對是最關鍵的一步，也是最復雜的一步。但是因為這部分涉及的知識點太多太復雜，在這里我盡量簡單描述，感興趣的朋友可以自行查閱相關設計。

2.1什么是Surge？

TheSurge主要利用分片提高網絡的TPS、降低Gas，那什么是“分片”呢？可以簡單從字面意思去理解，分片會將以太坊分成若干更小的鏈，整個網絡的TPS將是所有小區塊鏈TPS的總和，這將顯著提高網絡的可擴展性，以太坊預計將會創建64個分片。

看到這里我們就可以明白為什么合并轉POS是分片的基礎：因為分片分割了整條鏈上的資源，如果是采用POW共識，此時每條分片鏈上的將會是原來的1/n，這樣針對分片鏈的攻擊將容易很多，安全性得不到保障！而POS不需要，每個分片鏈上的驗證者都是由共識隨機分配的，同時作惡節點將會被懲罰削減質押的ETH，所以POS也就不會因為分片而出現安全性下降的問題。

分片示意圖

分片最關鍵的技術是Danksharding、EIP-4844、OptimisticRollups和ZKRollups，下面簡單說一下Danksharding和EIP-4844。

Danksharding是2020年后提出的新分片提案，Danksharding初始階段的Proto-Dansharding加入了EIP-4844引出了一種新的數據類型——Blob。Bolb數據處理的的成本比Calldata低得多，而且處于共識層的Bolbdata只會保存一個月，區塊的存儲壓力將會大大降低。Danksharding使用了“數據可用性采樣”技術，該技術允許以太坊上的節點使用少量數據來驗證大量數據。總的來說，Danksharding進一步細分了數據類型，精細化了數據處理流程，降低了系統工作量，讓以太坊變成了一個統一的交易結算和數據可用性層。

2.2為什么要Surge？

Merge降低了整個網絡的能源消耗，但是對性能卻沒有提升，以太坊如果一致維持在20以內的TPS，很多應用場景都會被限制，所以通過Surge擴容分片提升性能是必由之路。

完成Surge升級后，以太坊的TPS將會大大提升，用戶體驗更加絲滑順暢，以太坊的使用場景也會有所擴展。在這個階段完成后，我們執行交易的速度會十分接近Web2中心化服務，這是質的飛躍！沒人能預測以太坊在這之后能夠出現什么樣的現象級產品！

3.TheVerge

Verge最重要的改變是引入Verkle樹，這是對Merkle證明的強大升級。它可以用更小的數據來驗證交易，這將優化以太坊上的存儲并幫助減小驗證節點存儲的數據量，同時也讓太坊變得更具可擴展性。

簡單說，TheVerge將會優化區塊的數據結構，驗證節點需要存儲的數據量會大幅降低，這降低了對節點性能的要求，更多的節點可以成為驗證者，提升了以太坊的去中心化程度。

Verkle樹

4.ThePurge

ThePurge的作用與TheVerge相似，都是優化數據存儲但側重點有所不同，Verge優化了驗證所需的數據量，Purge則是清除已有的歷史數據和壞賬，這就可以減少驗證者所需的硬盤空間，簡化存儲，從而減少網絡擁塞，提高交易處理速度。V神表示，到這個階段結束時，以太坊應該能夠每秒處理100,000筆交易。

5.TheSplurge

TheSplurge是一系列比較小的升級，主要用來確保網絡在前4個階段之后平穩運行，也就是修修補補，將遺留問題處理一下。當這個階段完成，以太坊才真正邁入“完全體”階段！這也將是史無前例的Web3盛會。

總結

在完成以上五個階段后，以太坊才能真正成為世界計算機：更安全的交易、更高的TPS、更低的Gas、更多的用戶和更豐富的使用場景。雖然根據合并的經驗來看，整個階段肯定不會特別順利，但是希望那一天到來時，大家都還能聚在一起，像合并那天一樣共同慶祝這屬于Web3的偉大勝利！

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