• 以太坊区块链网络已经过渡到更节能的系统

• 它现在必须寻求实施重大的规模化升级

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随着大众对“以太坊合并”狂热的冷却，以太坊面临“区块链三难困境”

前天对于币圈，特别是以太坊信仰者来说是一个历史性的事件（在没有任何软件崩溃的情况下完成升级是一项出色的工程壮举。就像改变摩天大楼的地基，而它仍然屹立不倒！）。The Merge，即人们期待已久的从工作量证明到权益证明的转换，顺利进行，以太坊现在运行的能源消耗减少了99.5%，通货膨胀率降低了90%。

自2017年以太坊推出以来，以太坊社区一直期待着合并的到来。所以，现在它已经完成了这个使命，想知道“现在怎么办？”并不不公平。这是以太坊发展中的一个重要里程碑。然而，它还没有完成，还有一些重要的升级要做，以把它变成社区所想象的广泛、最佳的区块链。

现在，开发者将解决一个关键的存在问题。合并是以太坊上一系列升级的第一步，以解决可扩展性的三难问题。在某一点之后，该理论表明，一个区块链必须在其三个关键方面（可扩展性、去中心化和安全性）中的一个方面做出妥协。而且，区块链不可能同时拥有这三者。

对于以太坊来说，解决这个问题的第一步是转向POS共识机制的合并，接下来又是四个发展阶段。

这些升级大多与我的中心论点有关，即区块链为什么有用：建立永久的、去中心化的应用程序，广泛使用且价格低廉。如果“合并”是朝着这个方向迈出的第一大步，那么接下来的四个步骤（尽管这些步骤是平行进行的，而不是按顺序进行的）被称为：

1. The Surge：实施分片，这是一个扩展的解决方案，将降低以太坊上捆绑交易的成本。

2. The Verge：引入“verkle trees”，这是一种扩展解决方案，将降低以太坊的交易成本。引入“verkle trees”，这一更新将使网络更加去中心化，使用户更容易成为验证者。

3. The Purge：消除历史数据和技术债务。

4. The Splurge：在前四个阶段之后的杂项更新，以确保网络的顺利运作。

The Merge是一件大事，因为它专注于减少以太坊的能源消耗和改变其共识机制。但接下来的这些重点大多有助于大规模扩展区块链现在所能完成的工作，因为它是节能的。以太坊区块链目前每秒可以处理15-20笔交易，以太坊联合创始人Vitalik Buterin表示，在完成这五个阶段后，网络最终将能够每秒处理10万笔交易。

那么，以太坊如何实现5000倍的容量呢？让我们通过四个方面的升级来了解一下。

我还必须指出，作为一个非超级技术性的文字工作者，我已经尽力解释这些概念，但鉴于其复杂的性质，我肯定会在某些方面有所不足。如果你想深入了解，我在每一节的末尾都包括了对每个主题的进一步阅读。

The Surge

升级类别中的第一个也正好是最远的一个。The Surge指的是利用Sharding技术使以太坊的计算能力激增。

分片并不是一个新的想法。它通常被用来为资源密集型的网络应用程序扩展数据库，或者让同一基础设施更有效地用于许多不同的应用程序。

假设你有一个有100万行信息需要处理的数据库。有两种方法可以加快处理速度。你可以增加可用来处理这100万行的计算能力，这个过程称为“scaling up”。或者你可以将该数据库水平分割成五个碎片，每个碎片有200,000行，这样你就可以用五台独立的机器来处理这些信息。这被称为“scaling out”。

后一种策略是将数据分割成分片，以便多台机器可以同时处理它，这在技术上往往比继续加速单台机器更容易。

如果以太坊试图通过增加验证网络的机器的处理能力来扩大规模，那么对于社区成员来说，为网络的安全做出贡献将变得更加困难和昂贵。这将是一个与挖矿相同的问题；如果你想成为一个铸币者，你必须不断地升级你的机器以跟上网络的需求。

通过分片扩展，以太坊可以增加其计算能力，而不增加对staker的计算需求。与其将验证网络所需的处理能力翻两番，他们可以先将网络分成四个分片。然后在未来，理论上他们可以将分片数量增加到任何数量，给像Optimism和Arbitrum这样的主要rollups提供专用分片。

挑战是如何做到这一点（同时保持以太坊的安全性和可组合性）。实现这一目标的最佳策略仍在争论之中，但你可能会看到它的碎片在未来的EIPs（如4844）中出现，这些EIPs将开始将网络推向这个方向。

进一步阅读 Sharding 和 The Surge：

• EIP-4488 规范（https://github.com/ethereum/EIPs/pull/4488）

• 以太坊分片组织（https://ethereum.org/en/upgrades/sharding/）

• V神 在以太坊基金会上发布的关于分片的帖子（https://notes.ethereum.org/@vbuterin/data_sharding_roadmap）

• 为什么V神认为分片很棒？（https://vitalik.ca/general/2021/04/07/sharding.html）

• 什么事EIP-4844？（https://www.alchemy.com/overviews/danksharding）

• 了解数据库分片（https://www.digitalocean.com/community/tutorials/understanding-database-sharding）

The Verge

随着The Surge的步骤的完成，以太坊的历史记录的大小将开始以越来越快的速度膨胀。如果通过分片将处理能力提高100倍，那么数据被记录到区块链的速度也将提高100倍，而且不需要额外的改变。

为了运行一个验证器，必须保持对完整的以太坊“状态”的访问，即链上发生的一切的历史记录。在一个完整的分片实施中，该状态可能开始以每年10TB的速度增长，这将很快使得在每个验证器上维护其记录的成本过高。你需要数百TB的存储空间，而不是能够在一台普通的笔记本电脑上轻松运行你的验证器。

因此，解决方案是找出如何走向无状态的网络验证，以便处理能力可以增加，历史记录的大小可以膨胀，而不会使连接到网络的每个验证器陷入困境。而通过走向无状态验证，验证网络的硬件要求将进一步下降，允许你在一个简单的Raspberry Pi设备或手机上运行验证器。

实现这一目标的核心步骤是，从目前基于Merkle tree的验证转变为一个名为“ Verkle Trees”的较新概念。Verkle Trees极大地压缩了根据历史数据证明区块有效性所需的数据量，这使得它们非常适合在区块链规模增长时扩大有效验证。

然而，Verkle Trees提供的关键属性是，它们在证明大小上更有效率。如果一棵树包含10亿条数据，在传统的二进制Merkle tree中进行证明需要大约1千字节，但在Verkle Trees中，证明将少于150字节，这一减少足以使无状态客户端最终在实践中可行。- Vitalik Buterin，Verkle Trees，强调是以我命名的。

一旦Merkle tree证明系统被Verkle Trees取代，这应该是以太坊处理能力的~10倍改善。但仅此一点并不能完全解决无状态问题，它只是为其奠定了基础。随着Verkle Trees系统的引入，可以为Verkle Trees建立一个新的“root”或起点，在这之前的任何状态都没有必要维持，以证明网络的完整性。

完成这些后，网络可以开始专注于“The Purge”。

关于Verkle Trees和The Verge的更多阅读：

• 状态过期 EIP（https://notes.ethereum.org/@vbuterin/state_expiry_eip）

• 以太坊无状态路线图（https://notes.ethereum.org/Yn_mwNa2SeeQHnKsRgekKg）

• ETH1状态的Verkle Trie（https://dankradfeist.de/ethereum/2021/06/18/verkle-trie-for-eth1.html）

• Verkle Trees（https://vitalik.ca/general/2021/06/18/verkle.html）

• 为什么无状态很重要（https://dankradfeist.de/ethereum/2021/02/14/why-stateless.html）

• Verkle Trees 麻省理工学院演讲（有帮助的图片！）。（https://math.mit.edu/research/highschool/primes/materials/2019/conf/12-5-Kuszmaul.pdf）

• Verkle Tree的结构（https://blog.ethereum.org/2021/12/02/verkle-tree-structure）

• Verkle Trees论文（https://math.mit.edu/research/highschool/primes/materials/2018/Kuszmaul.pdf）

The Purge

一旦以太坊升级到运行无状态或接近无状态，他们就可以开始清除旧的状态数据，减少人们需要存储的信息量来运行验证器。

这方面的第一个版本是将执行客户端需要维护的历史数据的长度削减到一年，而不是需要完整的历史。这已经在EIP-4444中列出，似乎是很受欢迎的第一步，很可能会被实施。

从那以后，目前的计划是用单独的树来取代单一的状态树，每个树持续一年。因此，在绝大多数情况下，你永远不需要处理超过一年的数据，但在需要时仍可使用。

然后，网络可以实施进一步的改变，以修剪状态，并删除目前存在于EVM中但不经常使用或不正确使用的额外功能，如SELFDESTRUCT。未来路线图的这一部分的主要目标，虽然将取决于让以太坊无状态运行，所以这种臃肿可以被删除，一旦开始，其他修剪“脂肪”的机会可能会出现。

关于The Purge的进一步阅读

• 删除EVM的功能（https://hackmd.io/@vbuterin/evm_feature_removing）

• EIP-4444（https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-4444）

• 状态过期的简单总结（https://notes.ethereum.org/@vbuterin/state_expiry_eip）

The Splurge

最后，还有splurge，这只是以太坊社区想在区块链中建立的其他一切不适合其他三个主要buckets的东西的一个抓包。其中大多数也是非常技术性的，将提高链的性能，但不可能被网络的用户注意到。

这个类别的一些改进包括：

• 建议者/建设者分离。通过在构建区块时将提议者和构建者的角色分开，减少MEV（最大可提取价值）。在这里了解更多（https://notes.ethereum.org/@vbuterin/pbs_censorship_resistance）。

• 数据可用性取样。一种改善跨分块的数据访问和提高验证证明效率的方法。在这里了解更多。（https://hackmd.io/@vbuterin/das）

• EIP-3074：对EVM的改进，让外部拥有的账户将对账户的控制权委托给智能合约。在这里了解更多。（https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-3074）

• EIP-4337：另一个受欢迎的EIP，这个专注于账户抽象，以消除对协议更改的共识层协议的需要。在这里了解更多。（https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-4337）

可能会有更多的人最终进入这个类别，而且他们可能会在我们等待前三类人对网络的其他重大改变时临时完成。

不过，你可能注意到了，这些变化都没有巨大的合并变化那么令人兴奋。网络正在成熟，随着向权益证明的重大转变的完成，以太坊现在可以专注于对其处理能力进行增量改进，使所有的用户体验和应用层创新开始发生在依赖它的第二层。

如果你在寻找正在启动的令人兴奋的新项目，它们很可能会在第2层上向前推进。以太坊正越来越接近实现其作为那些执行区块链的理想结算层的目标。随着目前Optimistic的Rollups和ZK-Rollups的改善，我们应该看到明显更多新的和有趣的工具和应用程序在那里推出的尝试。

合并工作顺利进行。希望这些改进的其余部分也能同样顺利。

所有这些升级的最终目的是使以太坊的可扩展性更强，速度更快，使用成本更低。

很难谈论以下四个阶段的时间表，因为它们都还在积极研究和开发中。但是，在我看来，在所有阶段完成之前，至少需要2-3年的时间。

同时，更多的以太币（网络的原生代币）投资者预计会将他们的代币锁定在数字钱包中，在新的权益证明形式下，他们的所有者会获得回报。但是他们将不能把它们拿出来，至少在一段时间内不能。

锁定的以太币在升级后的网络中发挥着重要作用。拥有被称为被锁定的以太币的钱包被用来帮助订购网络交易。目前，根据区块链分析公司Nansen的数据显示，大约11%的以太币已经被锁定（直接或通过Lido、Coinbase Global Inc.和Kraken等供应商）在以太坊的Beacon链上被锁定的钱包中，该链被用来测试这个过程。

以太坊将不得不经历另一个被称为“Shanghai”的软件变化，这至少需要六个月的时间，以实现对被抵押的以太坊的提款。即便如此，提现也会有上限。

在合并之后，锁定在质押合约中的以太币仍然无法提取。

以太坊的开发者们还在研究一种叫做EIP 4844的东西，即Proto DankSharding，它试图将用户称为gas fees的高网络交易成本降到最低。

以太坊连续第五天下跌，截至北京时间9月18日上午7点，CMC上的报价为1459美元。