一文了解以太坊路線圖的實施進展

原文作者：domothy , 由 DeFi 之道翻譯編輯。

註：本文檔旨在作為以太坊路線圖上各個項目的入口點，為那些想要深入研究的人提供快速的摘要以及鏈接。

它是一份動態文檔，請如果此處提供的任何信息不清楚、不準確、過時或缺少更好的鏈接，請隨時與我聯繫。

正如路線圖上的箭頭所示，列出的各個階段不是首尾相接的，各種努力是并行發生的。

圖片來源：由無界版圖 AI生成

一、合併（The Merge）

目標：擁有一個理想的、簡單的、健壯的以及去中心化的權益證明（PoS）共識。

已經完成了什麼

1、2020 年 12 月 1 日 – 信標鏈啟動。

• 引入由驗證者質押的 ETH 保護的以太坊共識層；
• 在共識規範中稱為階段 0‌（Vitalik 以及 Danny Ryan 的註釋版本）；

2、2021 年 10 月 27 日 – 預熱分叉 (Altair) – 共識客戶端開發人員試運行了一次協調硬分叉升級。

• Altair 引入了同步委員會‌來支持輕客戶端，並調整了一些懲罰措施；
• Altair 公告；‌
• Altair 規範‌（註釋版‌）；
• 關於 Altair 的“ What’s new in ETH2” 文章；

3、2022 年 9 月 15 日 – 合併！ 不再有 PoW——共識層和執行層在區塊高度達到 15,537,394‌ 時進行了大合併。

下一步是什麼

1、提款 – 使驗證者能夠提取全部或部分質押 ETH 權益。

• Capella 分叉‌指定共識層的變化；
• EIP-4895‌ 指定了執行層的變化；
• Tim Beiko 關於提款的常見問題解答‌；
• 帶有其他信息的提款元規範‌；

2、分佈式驗證器——引入多重簽名，其中 n 個人共享同一個驗證器，m-of-n 必須就其行為方式達成一致。

• 通過防止意外罰沒使其更易於訪問（例如，通過在多個參與者之間無需信任地分配所需的 32 ETH）來增強質押；
• 這不是協議內的事情，SSV‌ 和 Obol‌ 等團隊正在為此而努力；

3、視圖合併——調整分叉選擇規則(驗證器投票的方式)，以減輕一類攻擊。

• 本質上使誠實的驗證者能夠“強加”他們對鏈的正確 head 的看法，以減少惡意驗證者分裂投票並在之後按照自己的意願重組區塊的機會；
• ethresear.ch 帖子‌有很多（非常技術性的）研究背景；

4、改進聚合 —— 以太坊努力支持儘可能多的驗證者，但讓每個驗證者對每個區塊進行投票（並驗證其他所有驗證者的投票）過於佔用帶寬。下一個最好的事情是聚合簽名，但這也有其局限性，並且可以做得更好。

• 關於 BLS 聚合好​​處的科普貼；‌
• 潛在候選方案：Horn；‌

5、單 slot 最終性（SSF）——每個 slot （12 秒）確定鏈，而不是按 epoch （12.8 分鐘）來確定。

• 通往 SSF 的路徑；‌
• 除了改進的簽名聚合，我們還需要解決另外兩件事:

（1）SSF 共識算法——現有與 SSF 兼容的算法是不夠的，我們想要一個即使超過 1/3 的驗證器離線，也能保持鏈活躍的算法；

（2）SSF 驗證者經濟學——如果我們最終不得不限制驗證器的數量，我們如何限制參與，我們會做出什麼犧牲？

6、秘密 leader 選舉（SLE）

• 今天，被選中提議一個區塊的驗證者（slot 的 leader）會提前被知道，這使得潛在的 DoS 攻擊能夠專門針對即將到來的區塊的 leader。
• ethresear.ch‌ 關於隨機洗牌的單一 SLE 協議的帖子：除了 leader 自己，沒有人知道誰將成為 slot 的 leader，直到他們揭示他們的區塊以及他們的領導力證明。
• 非單一秘密 leader 選舉‌也可能是一種選擇。

7、支持更多的驗證器——持續的長期努力：安全地支持更多驗證器總是可取的。

8、量子安全的聚合友好籤名 —— 使以太坊免受量子計算機攻擊。

• 眾所周知，以太坊所使用的 BLS 簽名方案背後的密碼學被量子計算機破解了，但已知的量子安全的替代簽名方案不如 BLS 簽名方案那樣有效地聚合（因此需要一種既量子安全又對聚合友好的方案）；
• 兩種領先的量子安全方法是基於 STARK‌ 以及 基於 Lattice；

9、實施 EIP-4844 —— 將 EIP-4844 應用到以太坊主網。

• 將需要一個“儀式”來創建可信設置：解釋‌、預計時間表‌、規範；‌
• EIP-4844 實施時間表概述‌；

10、基礎 rollup 擴容 —— 依賴於以下內容：

• EIP-4844 – 由於“每個節點下載所有數據”的性質限制了 blobspace 的可用容量，擴容仍然被認為是基本的/有限的；
• Rollup 有限的輔助輪（參見提議的里程碑‌）；

11、完整 rollup 擴容 —— 依賴於以下內容：

• 數據可用性採樣的 P2P 設計：涉及對數據分片所需網絡的所有努力和研究
• DA 採樣客戶端：開發輕量級客戶端，可以通過幾千字節的隨機採樣快速判斷數據是否可用
• 高效的 DA 自我修復：能夠在最惡劣的網絡條件下有效地重構所有數據（例如惡意驗證者攻擊，或大量節點的長時間停機）
• 摘除輔助輪的 rollup：完全去中心化的排序器、無需信任的欺詐證明者、不可變的合約等。

12、量子安全以及無可信設置的承諾 —— 讓以太坊免受量子計算機影響。

• 雖然多項式承諾(KZG)高效而強大，但它們不是量子安全的，並且需要一個可信設置。對更理想的長期承諾的研究正在進行中，最終目標是在底層“熱插拔”KZG；

二、The Scourge

目標：確保可靠可信的中立交易包含，並避免 MEV 的中心化以及其他協議風險。

相關鏈接：

• 以可靠的中立為指導原則‌；
• 關於 MEV 的各種推特帖‌；
• 關於 MEV 和 PBS 的文章‌；
• 關於 PBS 的鏈接列表‌；

已經完成了什麼

1、協議外 MEV 市場——MEV-Boost‌ 中間件允許普通驗證者從 MEV 中獲利，而無需自己運行複雜的 MEV 策略。

• 該解決方案本身並不完整，因為它存在審查問題‌；
• 請參閱彈性成本‌以及 SUAVE‌，了解使這些協議外市場更具彈性的想法和計劃；

下一步是什麼

1、包含列表或替代方案——讓區塊提議者對區塊構建者施加限制，即強制他們包含交易。

（1）包含列表註釋‌；

（2）研究在不給區塊提議者增加負擔的情況下約束區塊構建者‌；

2、協議內 PBS – 將區塊構建者的市場直接納入協議中。

3、MEV 銷毀——讓區塊鏈捕獲從鏈上經濟中提取的價值。

（1）通過提議者拍賣的直接銷毀 MEV 提案‌；

（2）委員會驅動的 MEV 平滑‌將使協議能夠感知 MEV；

（3）通過經濟激勵限制驗證者集‌，將通過負發行間接燃燒 MEV；

4、應用層 MEV 最小化——不直接與 L1 相關，該項目涉及開發人員在設計 dapp 時將 MEV 考慮在內。這裡是一些採用 MEV 最小化策略的 dapp 示例‌。

分佈式 builder 軌道

隨着區塊提案保持去中心化，我們現在有一個單獨的問題，即區塊構建變得中心化。即使路線圖上的所有其他項目，都旨在最大限度地減少集中式區塊構建的最壞可能負面影響，但能夠跨多個節點分發區塊構建仍然是一個主要的好處。

• Blob 構建 – 尋找方法，以減輕在普通消費硬件可以運行的多個節點上進行數據分片的高帶寬和處理需求；
• 預確認服務 – 給用戶強有力的保證，他們的交易將被包括在下一個區塊；
• 領先保護 – 最大限度地減少有毒的 MEV，例如三明治交易，以保持分佈式構建可靠的中性；

它仍然是一個活躍的研究領域，具有非常開放的設計考慮，因此不清楚前兩項是否應該包含在協議當中（因此在路線圖上是問號狀態）。

以下是一些相關鏈接：

• 談合併后的區塊構建‌，其中提到了去中心化的區塊構建；
• 談談去中心化區塊構建者；‌
• 關於分佈式區塊構建的一些想法；‌

三、The Verge

目標：驗證區塊應該超級簡單——下載 N 字節數據，執行一些基本計算，驗證一個 SNARK 就完成了。

這個階段本質上是通過最終實現輕客戶端來填補“客戶端空白‌”：不是每個人都想或能夠運行一個全節點。 The Verge 的目標是引入無需信任或信任最小化的替代方案，這些替代方案易於運行且不需要大量存儲和帶寬。 The Verge 的最終目標是讓這些輕客戶端提供與今天的全節點相同的安全保證。

一切都依賴於零知識技術，例如 SNARKs 和 STARKs，而它們本身依賴於多項式承諾方案。以下是一些相關鏈接：

• 大概介紹 zk-SNARKs 是如何實現的‌；
• 關於 STARK 的剖析‌；
• 如果你懂一些數學和編程，這篇文章就可以讓你明白什麼是 zk-SNARKs‌；
• 關於多項式承諾（Polynomial Commitment）方案在擴容以太坊中的作用‌；

已經完成了什麼

1、解決了最嚴重的 EVM DoS 問題——主要是 gas 定價問題，已在柏林升級中修復‌。

2、基本的輕客戶端支持（同步委員會）——多虧了同步委員會，很容易構建遵循共識層的輕客戶端。

• 查看 Helios 客戶端‌如何利用同步委員會（以及關於這些委員會如何工作的精彩文章）

下一步是什麼

1、SNARK / STARK ASIC——專為創建證明而構建的硬件。

2、Verkle 樹 – 用更高效的數據結構替換用於全局狀態的數據結構

（1）關於 Verkle 樹的鏈接列表‌；

（2）關鍵的好處是擁有非常短的證明，輕客戶端可以輕鬆地驗證這些證明，以僅使用區塊頭來驗證賬戶餘額之類的東西——他們已經可以利用同步委員會來驗證給定的區塊頭實際上是主鏈的一部分；

（3）依賴於找出正確的規範，如何安全過渡，以及它將如何影響更新/編輯狀態的 EVM gas 成本（也依賴于禁止 The Purge 中的 SELF-DESTRUCT ）；

3、基於 SNARK 的輕客戶端 – SNARKify 同步委員會過渡以快速證明當前同步委員會由哪些驗證者組成

4、完全 SNARKed 的以太坊 – 以下 3 項加在一起構成了以太坊擁有極其高效和無需信任的區塊驗證終局階段的一個重要里程碑：

（1）用於 Verkle 證明的 SNARK——通過將 Verkle 證明合併到一個 SNARK 中，區塊將包含一個關於它們修改的部分狀態的簡短獨立證明，因此無需驗證區塊 N-1 的整個狀態來驗證區塊 N 是否正確修改了它。

（2）用於共識狀態轉換的 SNARK——從信任最小化的同步委員會轉移到對共識層上發生的一切進行完全無需信任的驗證。

（3）L1 EVM 的 SNARK——通過將 zk-EVM 直接集成到 L1 中，利用 rollup 團隊在 zk-EVM 上所做的努力（請參閱有關 enhrined rollups ‌的帖子）。

5、增加 L1 gas 限制——通過消除今天“每個節點都需要存儲所有東西”的負擔以無需信任的方式驗證區塊，擁有更大的區塊將更容易獲得更多的 L1 可擴展性（這將自動複合所有 L2 擴展）

6、轉向量子安全的 SNARK（例如 STARK）——使以太坊免受量子計算機攻擊（SNARK 的有效性，依賴於已知被量子計算機破解的密碼學，而 STARK 則不然）。

四、The Purge

目標：簡化協議，消除技術債務，並通過清除舊歷史限制參與網絡的成本。

已經完成了什麼

1、消除大部分 gas 退款——柏林升級中完成的所有 gas 重新定價‌。

2、信標鏈快速同步——所有的開發工作都是從最近完成的 epoch 開始同步，而不是從起源同步(在大多數共識客戶端中稱為“檢查點同步”)。

3、EIP-4444規範—參見 EIP 規範‌ 。

下一步是什麼

1、歷史過期——通過讓舊歷史過期來減少存儲要求、同步時間以及代碼複雜性。

（1）看這個推特貼‌；

（2）依賴於 EIP-4444 的實現，這取決於通過其他方式（如 Portal Network）訪問替代歷史記錄

（3）Vitalik 關於歷史到期的 AMA；‌

2、狀態過期——解決關於狀態的整個“支付一次，數據永久存儲”問題。

（1）這個想法是自動使狀態的未使用部分過期，並且只保留一個 verkle 樹根，用戶可以在需要時使用它來恢復過期狀態；

（2）Vitalik 關於狀態過期的 AMA‌；

（3）依靠：基本狀態到期規範——我們實際上是如何做到的，查看潛在的路線圖‌（和其他選項‌）；

• 地址空間擴展——將地址大小從 20 字節增加到 32 字節‌，以防止衝突並添加有關狀態周期的數據；
• 應用程序分析——找出它可能如何破壞當前的應用程序/合約以及它們如何適應；

3、日誌改革——簡化事件日誌‌的工作方式，以更有效地搜索歷史事件。

4、序列化協調——執行層使用 RLP‌ 進行數據序列化，而共識層使用 SSZ‌，這將擺脫 RLP，而在所有地方使用SSZ。

5、刪除舊的事務類型——停止支持舊的事務類型（參見 EIP-2718‌），以從客戶端刪除代碼複雜性(以一些向後兼容為代價)。

6、EVM 簡化軌道。

（1）禁止 SELFDESTRUCT——這個操作碼是許多問題的根源（相關 EIP：EIP-4758‌ 和 EIP-4760‌ 及討論‌）；

（2）簡化 gas 機制——涉及刪除此處‌提到的許多與 gas 相關的 EVM 特性；

（3）預編譯——> EVM實現——擺脫預編譯合約‌，支持直接 EVM 實現（即大模塊化運算，參見 The Splurge）；

五、The Splurge

目標：修復其他一切

所有更高優先級升級所不需要的美好改進，都屬於 The Splurge。最大的改進項目是帳戶抽象‌，但也是對現有事物的小調整。

已經完成了什麼

1、EIP-1559‌——這個著名的 EIP 除了燃燒 ETH 之外還有很多好處‌。

2、ERC-4337 規範‌——該 ERC 旨在在不修改核心協議的情況下引入賬戶抽象（ERC-4337 的初始解釋文章‌）。

下一步是什麼

1、最終階段的 EIP-1559 – 通過多維‌增強 EIP-1559。

2、EVM 改進軌道以及從 The Purge 到 EVM 最終階段的簡化軌道。

（1）EVM 對象格式 (EOF) — 一組 EIP，允許在部署 EVM 字節碼時進行驗證和版本控制。請看這篇解釋文章‌和推特帖‌；

（2）大模塊化運算——路線圖中的很多密碼學都依賴於非常大的數字進行模運算，這可以直接在 EVM 中更有效地完成；

（3）進一步的 EVM 改進——任何其他值得添加以改進 EVM 的東西——或者為了消除複雜性‌而刪除的任何東西；

3、導致最終階段帳戶抽象的帳戶抽象軌道。有關詳細信息，請參閱 Vitalik 對以下項目的描述‌：

（1）ERC-4337 – 開發真正獲得採用的兼容智能錢包；

（2）自願 EOA 轉換——通過 EIP，讓普通賬戶不可逆地添加代碼將其轉換成合約賬戶，即成為符合 4337 標準的智能錢包；

（3）協議內轉換——使所有現有帳戶都必須進行上述轉換；

4、可驗證延遲函數（VDF）——本質上是“不可并行的工作量證明”，它將增強 PoS 以及其他事物的隨機性‌（請參閱關於 VDF 及其潛在用途的 ethresear.ch 帖子‌）

5、探索粉塵賬戶的解決方案——拯救“粉塵資金”，這些資金的移動成本高於其價值。在這裡有一堆想法‌。