Vitalik Buterin 概述雄心勃勃的「精簡以太坊」改造:對協議的多年重塑
目錄
你可能想知道的事
• 以太坊將如何在不讓每個節點重新執行每筆交易的情況下驗證其狀態?
• 計畫採取哪些技術變更以改善隱私、抵抗量子攻擊並擴展儲存容量?
主要議題
以太坊共同創辦人 Vitalik Buterin 發布了他所稱的「精簡以太坊」(Lean Ethereum)更新設計綱要,將其描述為協議的下一次重大迭代。與 2022 年的合併(Merge)等先前里程碑並列,這份更新的路線圖勾勒出一個多年計畫,旨在在保留現有去中心化應用相容性的同時,替換或大幅修改網路中幾乎每一個主要組件。
該提案的核心是改變以太坊驗證其歷史與當前狀態的方式。不再依賴傳統模型中全節點重新執行每筆交易以達成相同狀態,而是提出使用緊湊的密碼學證明——具體而言為遞歸 STARK(recursive STARKs)。這些零知識證明能夠簡潔地驗證長期計算歷史,允許節點透過檢查一個遠小得多的證明來確認區塊鏈的正確性,而非重放所有交易。這一關鍵見解顯著影響網路的可擴展性與節點效率,降低驗證所需的資源,並使同步更快、參與者的硬體需求更低。
除了驗證方式的改變外,路線圖還設想以更短的最終性(例如一輪或兩輪最終性協議)來簡化共識,並引入更精細的 gas 定價模型,如多維度 gas。隨著時間推移,設計考量也包括從以太坊虛擬機(EVM)逐步移轉到更明確、可能類似 RISC-V 的指令集,這可能為未來的執行環境提供性能與表現力上的優勢。
針對新興威脅的安全性是重點之一。對潛在未來具量子能力的攻擊者(有時稱為「Q-Day」)的擔憂,推動了以用抗量子攻擊的替代方案替換容易受量子攻擊影響的密碼學原語的提議。目前已有關於抗量子儲存構造(描述為「blobs」)的研究在進行中,路線圖計畫在需要時有系統地遷移離開脆弱的密碼學方案。
隱私被提升為一項一級目標,而非可有可無的附加功能。這意味著隱私考量必須貫穿系統各個組件,包括記憶池(mempool)與狀態樹,並透過形式化方法加以驗證。在協議層強化隱私旨在使私人交易與保密性功能更健全、可組合且更廣泛可用,而不僅僅依賴 L2 或應用層的權宜之計。
或許最具破壞性的技術提案關於狀態與資料儲存。路線圖勾勒出一個未來網路(目標約在 2030 年左右),支援兩種類型的鏈上資料:一種是靈活且動態的狀態,規模為數 TB(例如約 2 TB);另一種是更大但受限性更高的新儲存層級,規模為數十至數百 TB(例如約 100 TB)。較大的受限儲存將針對高量、結構化的資料(如代幣、NFT 與許多 DeFi 原語)進行優化。它不太適合高度動態、複雜的智慧合約(例如去中心化交易所邏輯),但能讓可遷移到新格式的工作負載大幅降低手續費;將 ERC-20 代幣改寫以使用新儲存可能使其 gas 成本降低一個數量級或更多,而遷移仍將是可選的。
實作計畫被規劃為分階段演進,而非一次性破壞性過渡。短期升級——在討論中以 Glamsterdam 與 Hegotá 等名稱提及——預期會增加容量與 gas 上限。Buterin 表示 Hegotá 可能是更廣泛的精簡以太坊計畫開始生效之前的最後一次 fork。在數年內(大約三到五年),隨著新元件被引入並成熟,協議將在吞吐量、儲存效率與驗證速度方面逐步獲得改進。
路線圖也承認實務上的限制。以太坊基金會近期已調整人手與預算,過去升級亦曾面臨延遲。Buterin 的綱要代表一個以研究為驅動的方向,而非固定時程:某些要素在能安全推出之前,仍需大量開發、審計,並與客戶端團隊與生態系開發者協調。
總體而言,建議中的轉型強調三個匯聚目標:透過簡潔證明改善驗證效率、強化協議以抵抗量子威脅,以及將隱私與更可擴展的儲存原語嵌入協議核心。這些舉措旨在在保留應用向下相容性的同時,為未來的節點與使用者啟用截然不同的運作特性。
關鍵見解表
| 面向 | 說明 |
|---|---|
| 狀態驗證 | 從每個節點完整重執行轉向透過遞歸 STARK 證明進行驗證,降低節點運作所需的資源。 |
| 共識與執行 | 以更快達成最終性的更簡單共識與可能從 EVM 移向類 RISC-V 的指令集,以改善執行語意。 |
| 量子抗性 | 以抗量子替代方案取代易受量子攻擊的密碼學;抗量子儲存原語的開發已在進行中。 |
| 隱私 | 將隱私提升為協議層級目標,整合於記憶池與狀態樹等元件並以形式化驗證支援。 |
| 資料儲存 | 雙層儲存模型:一個較小的動態狀態與一個非常大但限制更多的層級,為代幣、NFT 與常見 DeFi 資料進行優化。 |
之後⋯⋯
展望未來,精簡以太坊方向提出數項研究與工程優先事項,可能有益於更廣泛的區塊鏈領域。持續在可擴展的簡潔證明系統(包括遞歸 STARK 與相關構造)上的工作,將對高效驗證與安全輕節點設計至關重要。推進抗量子密碼學與實務遷移策略,將有助於使公開帳本面對演變中的威脅具備未來抵抗力。
將隱私提升為一級關切,將促使更深入研究可組合的隱私保護原語、具保密性的可驗證計算,以及具隱私意識的網路層設計。同樣地,設計並標準化大規模結構化鏈上儲存模型,將需要跨領域工作,涵蓋分散式系統、經濟學與協議治理,以對齊激勵並確保節點運作的可持續性。
隨著這些工作推進,協議研究人員、客戶端實作者、審計人員與應用開發者之間的協調,將決定生態系如何順利適應。所提路徑雄心勃勃但立足於具體的技術方向:簡潔證明、量子安全與可擴展儲存——每一項都值得聚焦探索,以實現一個更有韌性、更私密且更高效的未來區塊鏈架構。