撰文：Kucoin
编译：白话区块链
了解以太坊的下一次重大升级——The Surge，重点是通过第二层 rollup 方案和数据可用性改进，实现每秒超过 100,000 笔交易的处理能力（TPS）。深入了解这一阶段如何增强扩展性、降低 gas 费，并保持去中心化，为区块链的未来提供安全高效的基础。
以太坊不断进化，下一次重大升级即为 The Surge。此阶段旨在提升扩展能力，同时不牺牲去中心化和安全性。作为以太坊长期愿景的一部分，The Surge 将使网络在第一层和第二层的处理能力提升至每秒超过 100,000 笔交易。本文将为您详细解释以太坊朝着成为最具扩展性和高效的区块链迈进的下一步。
1、The Surge 是什么？
The Surge 是指以太坊向扩展性发展的转变，主要通过第二层（L2）解决方案和 rollup 方案实现。以太坊的创始人 Vitalik Buterin 在以太坊的路线图中提出了这一概念，旨在使网络更快、更高效。其主要目标是在保持去中心化、安全性和互操作性的同时，处理更多的交易。
目前，以太坊在基础层每秒处理约 15 到 30 笔交易。这虽然能够满足很多应用的需求，但在高峰时期会导致网络拥堵，并推高 gas 费用。The Surge 旨在解决这些瓶颈问题，提升以太坊服务全球应用的能力。
1）The Surge 的关键特性
The Surge 路线图 | 来源：Vitalik Buterin
- L1 与 L2 网络上的每秒 10 万 + 交易处理能力：通过第二层 rollup 方案，以太坊能够处理每秒超过 10 万笔交易。Rollup 将多笔交易打包后提交至以太坊区块链，提升吞吐量并降低 gas 费用。
- 去中心化与安全性：The Surge 确保以太坊保持去中心化，用户只需极少的资源即可运行节点。增强型密码学证明（如 SNARKs）将进一步强化以太坊的信任无须依赖机制。
- 通过数据可用性采样（DAS）改善数据可用性：DAS 使节点无需下载所有数据即可验证信息，提升效率并支持第二层解决方案的扩展。
2）以太坊迈向每秒 10 万笔交易的路径
目前，以太坊在第一层的处理能力约为每秒 15 到 30 笔交易。然而，借助 rollup 和 DAS，网络有望达到每秒超过 10 万笔交易的处理能力。Vitalik Buterin 强调，以太坊应被视为一个整体生态系统，而不是分散的区块链集合。
这意味着 L2 之间的跨链互操作性将得到改善，用户体验也会更加流畅。以太坊的路线图专注于打造一个在不同层之间转移资产就像在钱包间发送 ETH 一样便捷的网络。
2、The Surge 的时间线
以太坊的 The Surge 包括多个阶段，重点是持续在第一层和第二层进行升级。以下是基于最新更新和路线图的预期时间表：
2024 年第一季度——Dencun 升级（Proto-Danksharding 启动）
引入 Proto-Danksharding（EIP-4844），通过数据「blob」改善数据可用性。 为进一步 rollup 扩展奠定基础。 以太坊的第二层解决方案开始利用改进的数据可用性，实现更快、更便宜的交易。
2024–2025 年——rollup 扩展与证明系统成熟
Arbitrum、Optimism 和 zkSync 等 rollup 将进行更新，提升扩展能力。 新的密码学证明（如 SNARKs）将增强 rollup 的信任无须依赖性。 数据可用性采样（DAS）系统如 PeerDAS 和 2D DAS 将扩展，支持更高的交易吞吐量。
2025 年末——Gas 价格优化与第一层增强
引入 EOF（以太坊对象格式），提高智能合约执行效率。 可能采用多维 gas 定价，区分计算、数据和存储的费用。 可能直接将 rollup 解决方案整合到以太坊协议中。
2026 年及以后——全面推出 Danksharding
从 Proto-Danksharding 过渡到全面 Danksharding，将以太坊分成多个分片，进一步提升扩展能力。 以太坊目标是在 L1 与 L2 生态系统中全面实现每秒 10 万笔交易的处理能力。
2026 年后——持续监控与升级
引入包括后量子密码学在内的高级共识机制，保障网络安全。 以太坊将继续优化并整合跨 L2 互操作性，提升用户体验的顺畅性。
这一时间线反映了以太坊分阶段的方法，确保在过渡期间的稳定性和顺利采用。The Surge 的每一步都建立在前一阶段的基础上，最终目标是打造一个既能支持全球级应用，又能保持去中心化与安全性的区块链。
3、The Surge 可能影响的关键组件
以下是 The Surge 升级期间，以太坊 2.0 路线图中将受到影响的关键元素：
L1 与 L2 之间「分工」提议 | 来源：Vitalik Buterin
1）第二层 Rollup：The Surge 的核心
第二层 rollup 方案是让以太坊更快、更经济的重要工具。它们将多笔交易在链下（即以太坊主网外）进行打包处理，并将这些交易的摘要提交到以太坊区块链。这样可以减轻主网的负载，使交易更快且成本更低。
Rollup 主要有两种类型：
- OP-rollup：默认认为所有交易都是有效的，除非在规定时间内有人报告错误。这种方式不需要立即验证每笔交易，因此处理速度较快。
- ZK-rollup：利用一种高级数学方法——零知识证明，即时确认交易的有效性。该方法提供了即时且安全的验证。
Rollup 的影响已经非常显著。根据 L2Beat 的数据，过去一年以太坊第二层网络的总锁仓价值（TVL）增长了 216%，超过了 380 亿美元。随着越来越多的人和项目采用 rollup 方案，以太坊正变得更具扩展性和可访问性，为 The Surge 的到来奠定了基础。
以太坊第二层 TVL | 来源：L2Beat
2）数据可用性采样（DAS）
数据可用性采样（DAS）是一种帮助以太坊更高效处理大量数据的方法。在像以太坊这样的去中心化网络中，每个节点都必须确认所有交易数据的可用性。然而，让每个节点都存储所有数据并不现实。DAS 通过允许节点验证数据而无需下载和存储所有内容，解决了这一问题。
DAS 主要有两种类型：
- PeerDAS：该系统利用点对点网络来分配工作量。网络中的每个节点只检查一小部分数据，所有节点共同确认整个数据集。此方法确保了数据验证的高效性，同时不需要大量存储。
- 2D DAS：这是 PeerDAS 的改进版本，进一步提升了验证效率。它不仅验证单独的数据片段，还检查这些片段如何组合在一起，使以太坊在保持去中心化的同时变得更加可扩展并确保更高的安全性。
有了 DAS，rollup 可以在不增加以太坊网络负担的情况下处理更多交易。这使系统保持快速、经济且去中心化，支持以太坊在扩展的同时不牺牲安全性的目标。
Plasma 与数据压缩解决方案
一种构建 EVM Plasma 链的方法（并非唯一方法）是使用 ZK-SNARK 构建一个并行的 UTXO 树，该树反映了 EVM 产生的余额变化，并定义了在不同时点上「同一枚币」的唯一映射。基于此，便可以构建一个 Plasma 方案。来源：Vitalik Buterin
除了 Rollup，Plasma 和数据压缩技术也帮助以太坊实现高效扩展。我们来具体看看它们是如何工作的：
- Plasma：Plasma 在链下处理交易，也就是说交易发生在以太坊主网之外。Plasma 不会将每笔交易都提交到区块链上，而是只提交这些交易的摘要。这减少了需要在主链上存储的数据量，提高了速度并降低了成本。你可以把它想象成将许多小任务汇总成一份报告，从而节省时间和资源。
- 数据压缩：压缩通过减少交易平台需的数据量来使其变得更小。例如，以太坊可以从标准签名切换到 BLS 签名，这允许多个签名合并为一个。这不仅节省了区块链上的空间，还使得交易更加高效，尤其是在处理大量交易的系统中，如第二层网络。
3）Plasma 与 Rollup 的协作
构建 Plasma 系统的一种方式是使用 ZK-SNARK（一种加密技术）来追踪 Token 的流转过程。该系统创建了一条「平行账本」，记录每个 Token 随时间的流动情况。Plasma 通过只将必要的信息摘要提交到主链，确保了高效性而不牺牲准确性和安全性。
Plasma 和数据压缩技术共同进一步增强了 Rollup 的有效性。这些解决方案帮助以太坊降低了 Gas 费用，处理更多交易，并支持大规模应用，同时保持去中心化的特性。
4、The Surge 中的第 1 层改进
虽然 Rollup 处理了大量链下交易，以太坊的主区块链（第 1 层）仍需要升级以适应日益增长的生态系统。这些升级将确保以太坊的基础层保持可扩展、高效且易于访问。以下是第 1 层即将迎来的关键改进：
1）提高 Gas 限制：Gas 限制决定了单个区块中可以处理的数据量。提高 Gas 限制意味着以太坊可以在每个区块中处理更多交易，减少等待时间并缓解网络拥堵。然而，增加 Gas 限制也存在风险。如果限制过高，运行节点的成本可能会增加，进而限制参与网络安全的人的数量，从而降低去中心化程度。以太坊的目标是找到平衡点——在处理更多交易的同时，保持网络的开放和去中心化。
2）EVM 字节码改进：以太坊虚拟机（EVM）是智能合约运行的地方。以太坊将引入一种新的字节码格式，称为 EOF（Ethereum Object Format），以提高智能合约执行的效率。这一更新将减少 Gas 费用，使开发者和用户的交易和合约交互成本更低。
3）多维 Gas 定价：以太坊还将实施多维 Gas 定价，将 Gas 费用根据使用的资源类型——计算、数据或存储——进行分类。这种方式确保用户根据交易实际需求支付合理的费用，优化成本结构并改善用户体验。
4）以太坊原生 Rollup：原生 Rollup 是直接在以太坊协议中运行的 Rollup。这意味着以太坊将支持多个并行运行的以太坊虚拟机（EVM）版本。原生 Rollup 将提升以太坊处理交易的能力，而不会导致网络过载。可以想象成火车站有多个轨道，每条轨道独立处理火车，从而让整个系统更快、更高效。
这些第 1 层改进确保了即使 Rollup 承担了大部分交易负载，以太坊仍能保持可扩展和高效。它们共同帮助以太坊继续作为一个安全、去中心化的平台成长，支持复杂的应用和数百万用户。
5、The Surge 对用户和开发者的影响
以太坊的 The Surge 升级承诺使网络变得更高效和实惠，惠及普通用户和开发者。虽然其中一些技术细节较为复杂，但以下是这些变化对你的影响的简单说明：
1）更低的 Gas 费用：最显著的改进之一将是 Gas 费用的降低，尤其是在 Arbitrum 和 Optimism 等第 2 层网络上。这些网络已经提供了更便宜的交易，目前 ETH 转账费用约为 0.24 美元到 0.78 美元。在 The Surge 之后，交易费用可能会进一步降低，使得发送 ETH 或与去中心化应用程序（dApp）交互更加实惠。更低的 Gas 费用意味着用户可以更频繁地进行交易，而不必担心在网络拥堵时支付高额费用。
2）改进的 dApp 性能：开发者将受益于更快的交易速度，从而能够构建更复杂和功能丰富的 dApp。无论你是开发 DeFi 平台、区块链游戏还是 NFT 市场，The Surge 带来的可扩展性提升都将使操作更加流畅。更快的交易也将减少延迟，提升用户满意度，鼓励在去中心化金融（DeFi）和游戏等各个领域的创新。
3）更强的互操作性：不同网络间协同工作的能力也将得到提升。在第 2 层网络和以太坊主网上移动 Token 和资产将变得更加无缝。用户无需依赖复杂的跨链桥来转移资产。相反，以太坊将感觉像一个统一的生态系统，在不同层之间与 dApp 交互或转移资金将像使用单一网络一样简单。
这些改进使以太坊对用户和开发者更加友好，促进了一个普通用户和开发者都能蓬勃发展的生态系统。无论你是在转账、开发应用程序，还是探索新项目，The Surge 都将为以太坊社区带来更快、更便宜和更便捷的区块链服务。
6、安全考量
随着以太坊网络的扩展，维护安全性的复杂性也在增加。随着 Rollup 的广泛使用，确保它们的无信任性和稳健性至关重要。Rollup 依赖于加密证明来确认交易，这些证明必须保持安全，防范潜在的漏洞。
Vitalik Buterin 还强调了量子计算带来的长期风险。以太坊开发者已经在探索抗量子加密技术，以确保网络的未来安全。
7、The Surge 之后的未来
在 The Surge 之后，以太坊将继续其全面的 Danksharding 路线图。这个阶段将引入完整的数据分片，进一步提高可扩展性。其他即将到来的升级包括：
- The Splurge：专注于其他改进，如更好的 Gas 定价和交易格式。
- The Verge：通过实现无状态客户端提高以太坊共识机制的效率。
- The Purge：通过减少不必要的数据和提高节点性能来优化网络。
以太坊的长期愿景是创建一个能够支持全球数百万用户的区块链，同时不牺牲安全性和去中心化。
了解更多关于 Danksharding——以太坊完整分片升级的信息。
8、结论
以太坊的 The Surge 标志着其迈向全球去中心化平台的重要一步。通过专注于 Rollup、数据可用性和第 1 层改进，以太坊旨在处理超过 100,000 TPS，同时保持去中心化和安全性。
随着这些升级的推出，用户将受益于更快的交易和更低的费用，而开发者可以构建更具创新性的 dApp。然而，快速的可扩展性也带来了风险。潜在的挑战包括第 2 层解决方案中的漏洞、暂时的网络中断，以及过渡期间波动的 Gas 费用。开发者和用户必须保持信息更新，并在以太坊不断发展时适应变化。
随着 The Surge 的到来，以太坊为可扩展、高效和安全的区块链未来奠定了基础。但与任何重大升级一样，仔细监控和持续调整将是确保长期成功的关键。这只是以太坊雄心勃勃的发展之路的开端。
