以太坊的下一步是什么?

以太坊下一步呢?

以太坊的技术进步和未来展望

作者:JOEL JOHN、SAURABH;编译:QDD,Cointime.com

我们一直在关注游戏、Web3社交和支付基础设施等领域的发展。这些应用之所以能够实现,部分原因是在协议层面上的改进。在之前的文章中,我们曾介绍了一些改进,例如账户抽象和序数。但是当协议取得足够进展时,我们也应该写一篇关于即将到来的改进的文章。

为什么要关注这些改进呢?截至今年6月底,所有加密资产总市值约为1.2万亿美元。其中,约5900亿美元是比特币,约1300亿美元是稳定币,发展相对较慢。如果排除稳定币和比特币,以太坊占据了行业市值的47%。在智能合约平台中(总市值约3400亿美元),有2/3是以太坊。如果忽视以太坊,就无法全面了解整个行业。

序数和ETF的讨论引起了对比特币的极大关注,但实际上以太坊才是最具动力的协议。我们从仅被DeFi黑客和NFT爱好者使用的智能合约协议,看到以太坊协议正在演化为应用于真实资产(RWAs)和中央银行数字货币(CBDCs)等其他领域。

今天有什么新鲜事?

在过去一个月里,你可能在社交媒体上看到了很多关于“合并”(The Merge)的讨论。这是以太坊从工作量证明(PoW)向权益证明(PoS)的过渡。在PoW链上,外部计算机通过竞争来确定谁有能力找到满足预定条件的特定数字,从而创建区块。过去,以太坊的能源消耗一直是人们对其作为协议构建平台的争议之一。

合并是在权益证明链上运行的平行链。大部分以太坊的功能仍然存在于PoW链上,而交易、智能合约指令和余额等功能则转移到了PoS链上。在今年年初,合并将以太坊的链执行和共识功能合并到基于PoS的系统中。奖励不再给矿工,而是给予网络上抵押的个人。

到2023年4月,该网络开始允许用户提取他们在网络上抵押的以太币。以前,如果你抵押了以太币,你无法在紧急情况下取出这些代币。现在你可以,在等待一段时间后。这些变化还带来了其他一些改变。以下是一些值得注意的变化:

  • EIP 3651降低了与接收区块奖励相关的MEV支付的gas成本。
  • EIP 6049警告人们不要使用SELFDESTRUCT操作码,并规划了其使用方式的改变。
  • EIP 3855引入了一条新的指令以减少gas成本。
  • EIP 3860对创建合约时执行的代码(Initcode)进行了更改,限制了其使用,并引入了gas费用以避免滥用。

虽然以太坊的路线图需要数年时间才能实现,但Cancun-Deneb升级计划定于今年晚些时候进行。长期路线图分为四个部分:可扩展性、安全性、用户体验和未来适应性。下面将详细介绍每个部分的内容。

扩展200倍

可扩展性一直是去中心化公共区块链的软肋。最初以太坊的可扩展性计划是通过分片来实现,将网络分成多个网络以实现并行执行。然而,随着Rollups的出现,分片的计划被搁置,以太坊的路线图变得以Rollups为中心。

在讨论以太坊的可扩展性时,你会听到两个新的术语 – Danksharding和Proto-Danksharding。我们将逐步解释这些术语,但需要知道的是,Danksharding是最终形式,Proto-Danksharding是实现这一目标的中间步骤。以Rollups为中心的以太坊的理念是以一种方式塑造自己,以承载多个Rollups。

在进一步讨论这些可怕的术语之前,让我们简要回顾一下Rollups的基本概念。当以太坊需求增加时,速度变慢且费用上升。需求指的是对以太坊区块空间和虚拟机(VM)的增加需求。因此,通过将计算转移到其他地方,我们可以减轻EVM的负担。

根据交易数据发布的位置(是在以太坊上发布还是在其他地方发布)以及它们如何证明执行的计算符合以太坊规则,不同类型的Rollups(乐观型、有效性型、零知识型)应运而生。如果想进一步了解Rollups,可以参考Vitalik在2021年对Rollups的解释。

Rollups将交易数据批量(压缩)提交到以太坊。这些输入被称为calldata。然而,calldata存在一些问题:

  1. 一个区块中可以包含的calldata数量有限,这是为了保证运行节点和验证者的系统要求保持在可控范围内,从而保护去中心化。
  2. 由于每个以太坊网络节点都需要处理和永久存储calldata,因此其成本较高。
  3. Rollups不需要永久存储这些数据,因此Rollups的存储成本较低。

Proto-Dankesharding,即EIP-4844,提出了一种提高calldata限制的方法。该EIP引入了一个附加到区块的二进制大型对象(BLOB)空间。这个BLOB空间对共识客户端可见,但对EVM或执行客户端来说是不可见的。当Rollups将数据发布到BLOB中时,共识客户端将证明他们已经看到了这些数据。

这些数据将在足够长的时间(1-3个月)内对所有人可见和验证,以确保Rollups确实发布了正确的数据。此后,共识客户端将删除数据,只留下他们的证明。这样,共识客户端确保它们不会因为数据膨胀而受到影响。此外,EIP还提出了简化验证这些数据的方法,以便验证者不需要复杂的设备来挑战Rollups。

Rollups帮助降低以太坊L1上交易的成本,约为原来的12%至33%。EIP 4844带来的变化预计将把与Rollups的L1交易相关的成本降低到当前费用的5%。目标是将以太坊的交易费用降低到低于0.001美元。

改善验证者管理

有两个正在研究阶段的解决方案应该很快有助于提高安全性:提议者增强(proposer boost)和视图合并(view merge)。目前正在讨论用视图合并取代提议者增强。这里简要解释这两个术语,如果你想深入了解,你可以从这里和这里开始。

提议者增强意味着给予区块生成者额外的临时权重,使重组链和替换区块变得更加困难。在视图合并中,验证者必须在合并链的状态视图之后对新的区块进行确认。这有助于防止依赖于验证者在链的状态方面没有临时共识的攻击。

攻击以太坊的一种方式是控制大型验证者。为了避免这种威胁,控制验证者的密钥被分散在多个设备上。分布式验证者技术(DVT)确保验证者堆栈中没有单点故障。

与节点的多重签名类似,验证者可以将其私钥分散在多台计算机上。这实现了两个关键目标。首先,攻击者现在必须入侵多台计算机才能获得访问验证者私钥的权限。如果Ronin使用了DVT,攻击者可能需要更大的努力来获取控制桥接资金(价值超过6亿美元)的私钥。其次,其中一台系统发生硬件故障不会影响验证者的节点。这样可以避免由于停机时间而导致的惩罚。

除了控制密钥,攻击者还可以确定下一个验证者,并尝试用拒绝服务攻击(DoS)来发送大量请求。秘密领导者选举(SSLE)只允许被选中的验证者知道他们已经被选中生产区块。这确保攻击者不知道谁将产生下一个区块。

除了区块奖励,最大可提取价值(MEV)对于以太坊的验证者或区块生成者来说是重要的收入来源之一。他们通常通过重新排列交易并引入自己的交易来从中获利。以太坊提出了通过引入提议者 – 构建者分离(PBS)来更公平地将这些价值分配给验证者的方案。目前,同一个验证者创建并广播区块。提议者(或构建者)和广播者(或提议者)通过PBS分离,后者可以从区块构建者的市场中选择一个区块。

更简单的交易和轻量级节点

为了提升用户体验,公司通常会优化点击次数。这样做有两个原因:

  1. 点击次数越少,用户的认知负荷越低。
  2. 更多的点击意味着更多的时间。当争夺用户的时间和注意力时,你最好确保他们沉迷于你的应用。如果一个任务执行时间过长,而其他人在你之前减少了执行时间,你可能会失去用户。

尽管几乎所有的Web2公司都这样做,但加密货币在提升用户体验方面还有很大的发展空间。如果我们希望用户使用我们的应用程序,是因为它们本身出色,而不仅仅因为去中心化的原因,我们还有很多工作要做。

我们已经看到一些创新者使用我们的产品。向他们推销区块链技术的基本原理将无法帮助我们实现“大规模采用”。DApp必须与传统应用程序并肩,以吸引大众。因此,像以太坊这样的协议需要在用户体验方面做出一些改变。本文将通过账户抽象和改进节点基础设施的形式来讨论交易和账户,这样普通用户就可以亲身体验运行节点的感觉,而无需依赖任何集中化的机构来验证是否收到了他们的资金。

账户抽象

改善用户体验的重要举措是账户抽象。我们之前已经详细介绍过它的理由。简单回顾一下,EIP 4337(或使用Alt Mempool进行账户抽象)将于2023年3月部署到主网,这是账户抽象的第一步。

账户抽象引入了一种新的层,现有的钱包可以充当智能合约而不仅仅是地址。它引入了一种特殊的交易类型,称为用户操作(user operation),用于与智能合约进行交互。

这些用户操作被保存在一个单独的内存池中,打包者或区块构建者将这些交易打包并提交到网络中。这将带来什么实现?B1C0nomy在这里探讨了短期无gas交易、社交登录、批量交易、以太坊以外的代币支付gas等可能性。

到6月份,已有超过20000个钱包通过启用AA功能进行交互。这个标准很可能完全驱动下一波游戏、媒体和Web3社交应用的出现。如果你想亲自尝试,我们建议下载Vybe钱包。

更好的节点基础设施

你是否在运行以太坊的节点?很可能不是。运行节点需要显著的设备,具有较高的内存、存储、CPU和技术知识。为了帮助去中心化节点的发展,我们的目标是达到一个硬件要求不会妨碍对运行节点感兴趣的人。

以太坊引入了无状态性的概念,这不会消除节点的需求,但会改变节点处理数据的方式。

为了理解这个概念,我们首先需要了解弱状态和强状态。弱状态是指只有块提议者才有存储完整状态的责任,而其他节点在验证块时不存储任何数据。强状态是指状态数据不存储在块中,而是通过证人进行验证。

在了解证人的工作原理之前,让我们简要回顾一下验证块的过程。使用块中的状态数据,节点计算状态根,当计算出的根与块中提供的根相同时,块就得到了验证。

证人包含计算根哈希所需的状态数据片段。有了这个证人,节点可以验证块生成者是否正确执行了交易并更新了状态。

好的,现在我们明白了我们需要证人数据来替换块中的状态数据,以便节点可以判断所提议的块是否有效。但这也意味着证人数据需要快速传播到所有节点。如果这些数据的大小较大,只有带宽连接较高的节点才能验证块。这就是中心化的问题所在。

目前,以太坊使用默克尔树来查找块的状态根。然而,从默克尔树获取的证人数据庞大,无法支持无状态客户端。为了迈向强状态无状态性,我们有了Verkle树。与默克尔树相比,Verkle树的大小仅为其1/23,并且可以提供快速传播到整个网络的证人数据。

Verkle树目前正在测试网上运行。在下一个阶段,当客户端更新以支持它们时,它们将在私有和公共客户端上运行。通过更快的传播和较少的存储需求,我们可能会看到低成本的节点提供商涌入市场(如果你正在构建这样的提供商,请告诉我们)。

所有这些变化都在同时进行。当它们投入实际应用时,有些可能会发展成其他形式。我们对路线图的演进没有明确的观点。但目前可以肯定的是,当前的价格可能不反映以太坊团队的智力密度。当然,可能会有其他L1(或L2),但要复制这些开发者以这种速度发布的贡献者网络可能会很困难。

我们可能会在今年年底看到Cancun-Deneb升级带来的技术变化。我们没有详细讨论每一个细节,但对于技术倾向的人来说,这里有一个快速概述。请注意,其中涉及大量的行话。

  • EIP 1153通过引入新的操作码与瞬态存储进行交互,从而降低了gas成本。
  • EIP 4788旨在使智能合约能够从EVM内部访问信标根,以提高智能合约的可信度。
  • EIP 5656引入了一个新的指令MCOPY,允许智能合约更有效地复制数据。
  • EIP 6780限制了SELFDESTRUCT指令的使用。

上述的EIP 4788和4844也适用于共识层。

除了这些,还有其他的改进措施,如EIP 7044和7045,旨在提高验证者管理的效率和安全性。

接下来的发展

我们一直在内部辩论协议经济学的问题。人们常常提出一个古老的论点,即SMTP、HTTPS和RSS在不需要用户支付高昂费用的情况下改变了世界。以太坊是否可以有类似的变化?我们正在考虑下一篇文章的答案,但目前可以肯定的是,以太坊是一个知识黑洞,吸引了我们这个时代一些最聪明的人,并实现了我们几年前无法想象的应用场景。

这些应用程序还处于起步阶段,就像在宽带普及之前的Netflix一样。我们看到的EIP形式的协议变化需要大规模协调开发和部署,以确保不会出现故障。我们看着价格图表,常常认为没有什么事情在发生。但如果这篇文章要传达一点,那就是一个分布式开发团队正在做大量的工作,这往往被人们视为理所当然。

在十年前,进入Linux的IRC服务器并寻求帮助下载不同的操作系统是一种有趣的经历。20世纪90年代的开发者为这些系统做出了贡献。我们不再像以前一样兴奋地讨论Linux发行版的变化,因为它们中的许多已经稳定,并在各种设备上使用。以太坊也可能会有一个类似的时刻。用户可能会认为协议一直在不断发展,并且他们无需担心任何事情。但那是最终状态。我们还没有到达那里。

我们的行业中的链经常出现故障。有些链的重组频率甚至和一个年轻的职场人士的焦虑发作频率一样频繁。还有很多工作要做。

在我们达到那个阶段之前,现在是时候开始构建了。