以太坊扩容浪潮再起,最新方案与技术全景解析

以太坊作为全球第二大公链，其可扩展性（扩容）一直是社区关注的核心议题，随着DeFi、NFT、GameFi等应用的爆发式增长，网络拥堵、Gas费高昂等问题日益凸显，严重制约了以太坊生态的进一步发展，为此，以太坊社区和开发团队一直在积极探索和实施各种扩容方案，随着“The Merge”（合并）的顺利完成以及“The Surge”（分片）的稳步推进，以太坊的扩容之路正迈向新的阶段,一系列最新方案和技术进展值得我们深入探讨。

以太坊扩容的“三层架构”：基石与方向

在深入了解最新方案之前，我们首先要明确以太坊扩容的“三层架构”战略,这是理解所有扩容方案的基础：

1. Layer 1（第一层，L1）：即以太坊主网本身，通过协议层面的升级，如从工作量证明（PoW）转向权益证明（PoS），以及未来的分片技术（Sharding），直接提升主网的吞吐量和处理能力，这是最根本、最底层的扩容方式。
2. Layer 2（第二层，L2）：构建在以太坊主网之上的侧链或汇总方案（Rollups），将大量计算和交易处理移至L2，只将最终结果提交到L1，这是目前最受关注、进展最快的扩容方向，因其能在兼容以太坊安全性的前提下,大幅提升交易速度并降低成本。
3. Layer 3（第三层，L3）：构建在L2之上的应用链，专注于特定应用场景，进一步优化用户体验和功能,目前L3仍处于早期探索阶段。

L1扩容的最新进展：分片（Sharding）蓄势待发

“The Merge”之后，以太坊的下一个重大升级是“The Surge”，其核心便是分片技术。

• 核心原理：分片技术将以太坊的状态（账户余额、合约代码等）和交易数据分割成多个较小的“分片”（Shards），每个分片由一组验证者负责处理和验证，从而并行处理交易，显著提升网络的整体TPS（每秒交易笔数）。
• 最新动态：
  • Proto-Danksharding（EIP-4844）：这是分片技术实施前的关键一步，也被称为“proto-danksharding”，它引入了一种新的交易类型，允许L2 Rollups以更低的成本将“数据块”（blobs）提交到以太坊主网，这将极大降低L2的数据存储成本，从而进一步降低L2用户的交易费用，提升L2的吞吐量，EIP-4844已于2023年3月在测试网成功部署,并计划在主网上线。
  • 分片验证者准备：以太坊社区正在积极准备分片所需的验证者机制，确保分片网络的安全性和去中心化，预计完整的分片技术将在“The Surge”阶段逐步实施，预计在未来1-2年内看到实质性进展。

L2扩容方案的最新迭代：Rollups引领风骚

L2是目前以太坊扩容的“主战场”，其中Rollups（汇总）技术因其能够保持以太坊主网的安全性而备受青睐,Rollups又主要分为两类：

1. Optimistic Rollups（乐观汇总）：

   • 原理：假设所有交易都是有效的，只在发生争议时才进行欺诈证明，目前主流的Optimistic Rollups包括Arbitrum、Optimism等。
   • 最新进展：
     • Blast（争议项目）：曾因推出“原生收益”（ETH、稳定币生息）概念而引发关注，但其初始去中心化程度和安全性受到社区质疑,后续需持续观察其发展。
     • Arbitrum Orbit：允许开发者在Arbitrum Rollup之上进一步创建自定义的Rollup（即“Rollup of Rollups”）,为构建更复杂的L2生态系统提供了可能。
     • Optimism Bedrock升级：进一步优化了架构，提升了性能和开发者体验，并推动了OP Stack的标准化。

2. ZK-Rollups（零知识汇总）：

   • 原理：使用零知识证明（ZKP）技术，将批量交易的有效性进行数学证明，然后提交给L1验证，无需等待挑战期,理论上具有更高的安全性和更快的最终性。
   • 最新进展：
     • Starknet：采用STARK证明技术，进展迅速，已完成多次重大升级（如Starknet V0.12.0），
       
       提升了性能和开发者工具,吸引了大量项目和用户。
     • zkSync Era：基于ZK-Rollup技术，支持EVM兼容，并推出了Turbo模式，进一步降低了交易成本和提升了速度,生态发展迅速。
     • Scroll：另一款备受关注的ZK-Rollup项目，已在测试网上取得良好进展,并计划主网上线。
     • Polygon zkEVM：Polygon推出的ZK-Rollup解决方案，已进入测试网后期阶段,旨在提供高兼容性和高性能的L2体验。

其他新兴扩容思路与跨链协作

除了L1和L2,还有一些新兴的扩容思路和跨链协作方案值得关注：

• 模块化区块链（Modular Blockchains）：将共识、数据可用性、执行等功能分离到不同的模块，每个模块可以独立优化，这与分片和数据可用性层（如Celestia）的理念相通,为未来区块链架构提供了新思路。
• Layer 3（L3）探索：一些项目开始探索在L2之上构建L3，专注于特定应用场景，如游戏、社交等，以提供更定制化的服务和更优的用户体验，Arbitrum Orbit就支持构建L3应用链。
• 跨链技术与Layer 2互操作性：随着多链生态的发展，不同L2之间以及L2与其它公链之间的互操作性变得愈发重要，跨链桥接协议和统一的通信标准正在发展中,以促进资产和数据的自由流动。

总结与展望

以太坊的扩容之路是一个持续演进、多管齐下的过程，当前，L2 Rollups（尤其是ZK-Rollups的快速崛起）已经成为解决短期扩容痛点的中坚力量，而L1的分片技术（通过EIP-4844等逐步铺垫）则为长期的可扩展性奠定了坚实基础。

随着EIP-4844的落地、分片技术的逐步实施、L2性能的持续优化以及L3生态的萌芽，以太坊有望真正实现“高吞吐、低费用、高安全”的愿景，为全球数亿用户提供高效、便捷的区块链服务，扩容方案之间的竞争与协作也将推动整个区块链行业的技术创新和生态繁荣，对于开发者和用户而言，密切关注这些最新进展,将有助于更好地把握以太坊生态的未来机遇。