URG:以太坊10萬TPS升級之路

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。

Frax Finance將推出以太坊Layer2網絡Fraxchain:6月16日消息，穩定幣協議Frax Finance官方表示，將推出名為Fraxchain的以太坊Layer2網絡，該網絡將致力于創建一個智能合約平臺，重點關注去中心化金融領域，所有Frax資產都將在Fraxchain上得到原生支持。

Frax Finance聯合創始人Sam Kazemian透露，frxETH將用于支付Fraxchain上的Gas費用，Fraxchain很可能在今年年底推出。[2023/6/16 21:42:34]

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。

數據：以太坊升級以來已有約137萬枚ETH解除質押:金色財經報道，據Token.Unlock數據顯示，自以太坊上海升級完成以來，已有約137萬枚ETH解除質押，約94萬枚ETH新存入質押，凈提款約43萬枚ETH。此外，當前近86萬枚ETH處于待提款狀態。[2023/4/24 14:22:48]

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。

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。

以太坊信標鏈網絡總質押量突破1100萬枚ETH:金色財經報道，據Ethereum官方網站最新數據顯示，以太坊信標鏈（The Beacon Chain）網絡總質押量已突破1100萬枚ETH，截止目前為11,036,841枚ETH，驗證者總數量為328,806個。據coingecko數據，當前ETH價格為3,274.22美元，24小時跌幅為3.6%。[2022/4/1 14:31:25]

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。

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。

金色財經數據報道 以太坊失去萬年老二的位置，市值占比下滑較大:根據AiCoin數據顯示，目前加密貨幣總市值為20,414.692億人民幣，市值目前處于上升階段。不過比特幣的市值卻仍處于下跌現象，目前比特幣市值為7309億人民幣，目前占整個加密貨幣總市值的35.8%；以太坊萬年老二的位置也被HNR搶走，目前HNR的市值為3140億人民幣，占整個加密貨幣總市值的15.38%；瑞波幣跌落前三排行榜，第三名的位置由以太坊占據，目前ETH目前總市值為2635億人民幣，占整個加密貨幣總市值的12.91%。[2018/4/12]

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：

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；

Smartcontract通過以太坊投資的方式創建公司:Smartcontract與simplex將共同出資成立“ディフィニティ”公司。Smartcontract公司將出資約9800萬日元的以太坊，并得到49%的股份。simplex將出資1億200萬日元的現金持有51%的股份。用加密貨幣創建公司的例子比較少見。Smartcontract的垣谷昌孝社長表示：在全球范圍內，這都是比較少見的事情，以太坊被評估為了新資產類別。在加密貨幣中使用以太坊進行投資是因為除了以太坊交易較為廣泛之外，其在可擴展性和靈活性等方面也獨具特色。[2018/3/30]

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。

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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