以太坊10萬TPS升級之路_ERG

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。

數據：超一半以太坊在過去12個月沒有移動:Glassnode數據顯示，超過一半的以太坊流通供應在一年多的時間里沒有移動，只有39.6%的ETH在過去的12個月里有過交易。該數據表明，在ETH2.0來臨之前，許多巨鯨在2019年就開始積累，而ETH2.0的第0階段預計將在未來幾個月開始，用戶將把ETH投入使用。[2020/10/15]

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。

V神：以太坊合并完成

以太坊gas使用總量創歷史新高:據Glassnode數據，以太坊上的gas使用總量在上周日創歷史最高水平，達到79,294,213,632 gwei。Cryptanalysis CapitaI執行合伙人George Clayton對此表示擔心，由于使用該網絡的平均費用在8月已高達6.68美元，他懷疑如此大量的使用能否維持下去。Clayton認為，相對于其他競爭性智能合約公共區塊鏈，gas問題使以太坊非常脆弱。（CoinDesk）[2020/8/25]

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？

動態 | OKEx比特幣、以太坊季度合約精英賬戶多頭持倉比例高于空頭:截至今日8點，OKEx比特幣季度合約精英賬戶中，多頭平均持倉比例為23.61%、空頭平均持倉比例為14.88%，多頭持倉仍高出空頭。以太坊季度合約精英賬戶中，多頭平均持倉比例為20.26%、空頭平均持倉比例為13.45%，多頭比例仍高出空頭。當前BTC合約持倉總量約為6.48萬個BTC，ETH合約持倉總量約為71.78萬個ETH，BTC、ETH持倉量較昨日均有所減少。[2019/3/9]

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。

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。

聲音 | 以太坊聯合創始人：區塊鏈技術將推動社會經歷從“稀缺到富足”的巨大轉變:據CCN消息，以太坊聯合創始人Joseph Lubin近期在葡萄牙舉行的Web峰會上發表演講時表示：區塊鏈技術將推動社會經歷從“稀缺到富足”的巨大轉變。以太坊很可能在互聯網重建中發揮關鍵作用，成為一個完全去中心化的生態系統。Lubin認為，持續發展的區塊鏈技術將通過“自主主權身份”創建一個框架，從而成為促進人類社會各個層面創新的催化劑。[2018/11/14]

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；

以太坊2.0戰略的關鍵一步，為分片奠定基礎。

比特幣、以太坊仍舊呈現跌勢:根據火幣Pro數據顯示，BTC現價報8327.71美元，跌幅1.30%，以太坊現價833.52美元，跌幅1.87%。[2018/2/12]

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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