精益以太坊：展望以太坊的下一個十年

作者：SiwonHuh

編譯： Block unicorn

關鍵要點

• 7 月 31 日，以太坊基金會的研究員賈斯汀·德雷克（Justin Drake）公布了"精益以太坊"路線圖，規劃了以太坊未來十年的發展方向。

• 該路線圖包括激進的計劃，例如將所有密碼原語過渡到基於哈希的機制以實現量子抗性，並從根本上重新設計共識層、數據層和執行層，以實現極高的可擴展性。

• 以太坊的精益方法通過徹底改造關鍵鏈組件以實現量子抗性，與 Sui 的"Fat"方法形成對比，後者通過最小的更改尋求保留現有功能。

1. 宣布"精益以太坊"

7 月 31 日，適逢以太坊十周年，以太坊基金會研究員賈斯汀·德雷克分享了名為"精益以太坊"的路線圖，為以太坊下一個十年的發展做準備。該路線圖以博客文章的形式發布，每個領域僅有 2-3 句話的簡要說明，但每個元素都包含了眾多濃縮的細節。本文將深入探討路線圖的每個部分，並考察以太坊網絡將如何通過這一路線圖實現轉型。

1.1 增強量子密碼抗性

正如路線圖中首先提到的，我認為以太坊的最大價值在於其作為"自創世區塊以來從未停止的鏈"的穩定性，這使得迄今為止最大的機構資本流入成為可能。這一成就得益於以太坊在過去十年中優先考慮網絡去中心化和節點輕量化的策略，這一價值必須保留，以實現以太坊最近宣布的"1 萬億美元安全性"目標。

這一願景背後是量子計算時代的到來。量子計算技術正在加速發展，例如谷歌的 Willow 量子計算機已實現 105 量子比特，NIST 建議在 2030 年前逐步淘汰現有密碼算法，並在 2035 年前完全過渡到量子抗性標準。以太坊當前使用的基於橢圓曲線密碼的 ECDSA 和 BLS 簽名容易受到量子計算機的 Shor 算法攻擊，眾所周知，足夠強大的量子計算機可能使當前密碼系統失效。整個 Web3 生態系統多年來一直在討論這個問題，維塔利克（Vitalik）在以太坊研究論壇上詳細介紹了如果在升級到量子抗性密碼算法之前發生量子計算機攻擊，可以通過硬分叉實施的對策。

然而，顯然以太坊最終必須升級到量子抗性密碼算法，維塔利克在 2023 年提到，這將在以太坊長期路線圖的最後階段"Splurge"期間進行。此前沒有關於將使用哪些密碼技術或將進行哪些更改的說明，但德雷克的路線圖明確提出了一種激進的方法，即將所有密碼原語過渡到基於哈希的系統。

關於基於哈希的密碼學的量子抗性：雖然突出的量子計算方法可以有效破解 RSA 和橢圓曲線等公鑰密碼學，但它們對破解哈希函數的效率相對較低。儘管量子計算可以加速暴力破解速度，但通過增加哈希長度來增強安全級別可以充分應對這一問題。基於哈希的簽名方案（例如 SPHINCS+、Lamport）已知具有量子抗性。基於哈希的密碼學不僅提供量子抗性，還具有密碼學中最簡單形式的優勢，允許重新構建共識層、數據層和執行層。

1.2 通過全面鏈重設計實現極高可擴展性

路線圖的第二個支柱是極高的可擴展性。德雷克提出了以太坊網絡每秒 1 千兆 gas 和第二層（Layer 2）每秒 1 太兆 gas 的宏偉目標。按交易吞吐量計算，這相當於以太坊每秒約 10,000 筆交易，第二層約 100 萬筆交易------與以太坊當前約 30 TPS 的性能相比，這是難以想象的性能提升。德雷克的路線圖旨在通過重新設計以太坊的三大核心層------執行層、共識層和數據層------實現激進的性能改進。

1.2.1 共識層：實施 Beam Chain

對於共識層，目標是實施德雷克在去年的 Devcon 會議上提出的 Beam Chain。德雷克指出，Beacon Chain 的設計優先考慮安全性而非性能，這為性能相關更新造成了瓶頸。他認為，必須對共識層進行全面重新設計，以完全解決 Beacon Chain 設計中的錯誤。此外，他呼籲積極採用快速發展的 SNARK 證明和 zkVM，以至少將區塊生產和最終確定速度提高 3 倍。

雖然 Beam Chain 路線圖提到了多個問題，但主要目標是將現有 Gasper 共識機制中使用的多個委員會合併為一個大型委員會，將最終確定時間縮短至 12 秒，並將區塊生產時間減少至 4 秒。這需要極其輕量化的狀態驗證，而 SNARK 證明和 zkVM 在這裡發揮了作用。狀態管理和簽名機制預計將發生重大變化，過渡到基於 SNARK 的系統。

儘管德雷克在宣布 Beam Chain 路線圖時強調這是他作為個人研究員的提議，但精益以太坊路線圖的發布表明 Beam Chain 的實施將正式開始。

1.2.2 執行層：引入 RISC-V

執行層也預計將發生重大變化。德雷克提出了一項路線圖，徹底重新設計 EVM，採用對 SNARK 友好的指令集，同時保持與現有智能合約的兼容性。他提到 RISC-V 作為潛在的替代執行環境，提出了維塔利克·布特林自 2024 年以來一直在討論的基於 RISC-V 的執行環境具體化的可能性。

RISC-V 是一種開源指令集架構，與 EVM 的 256 位基於堆棧的架構相比，其 32/64 位基於寄存器的架構要輕量得多。由於每個 RISC-V 指令可以轉換為簡單且可預測的約束，基於 RISC-V 構建執行環境可以顯著縮短以太坊執行的證明生成時間。如果所有執行都被設計為自動生成零知識證明，節點無需重新執行即可對狀態轉換的準確性充滿信心。這種過渡將完全兼容現有智能合約，使開發者能夠繼續使用現有工具和語言。

1.2.3 數據層：克服 Blob 限制

儘管通過 EIP-4844 引入的當前 blob 系統顯著降低了 L2 成本，但它仍然存在根本性限制。固定 128KB 的大小限制了靈活性，KZG 承諾容易受到量子計算機的攻擊，目前每個區塊 6 個 blob 的目標（在 Pectra 升級時）不足以滿足未來需求。

精益以太坊路線圖從多個角度解決這些限制。首先，與現有的 KZG 相比，通過前面提到的基於哈希的承諾確保量子抗性。它通過允許可變 blob 大小最大化成本效率，使第二層鏈僅存儲所需的確切數據量。最後，它改進了數據可用性採樣方法，使節點無需下載整個數據即可驗證可用性，為顯著增加 blob 數量奠定了基礎。

2. 我們現在處於什麼階段？

隨著精益以太坊的宣布，leanroadmap.org 網站也已上線，允許用戶實時跟蹤精益以太坊路線圖的實施狀態。根據該網站，向以太坊社區宣傳升級需求的階段即將結束，預計到 2026 年初完成任務優先級的確定和實施的準備工作。賈斯汀·德雷克在宣布 Beam Chain 路線圖時估計實施可能需要長達 5 年，而精益以太坊的實施似乎目標在 2029 年初完成測試。考慮到 Beam Chain 僅涵蓋共識變更，需要更新共識、執行和數據所有組件的新路線圖預計將以非常快的速度推進。該網站不僅跟蹤上述圖表，還跟蹤所有更新所需組件的詳細實施進展，為整個以太坊社區而不僅僅是開發者提供可見性，宣稱精益以太坊不僅是宏偉目標，而是在幾年內將成為現實的未來。

3. 精益以太坊 vs. Pat Sui：量子計算時代的不同方法

精益以太坊路線圖可以看作是以太坊對 Solana 和 Sui 等高性能下一代區塊鏈的回應。雖然這些鏈從一開始就以高吞吐量為目標設計，但以太坊作為先行者因技術債務和保持去中心化與安全核心價值的需要，在激進的性能改進方面面臨困難。這一路線圖不僅因為以太坊加入吞吐量競爭而意義重大，還因為它通過全面重組鏈以提升性能和安全性，顯著偏離了以太坊的傳統立場。

最讓我印象深刻的是選擇壓縮鏈（使其精簡）而非在重組時添加新功能。通常，古老系統通過在現有結構上添加新功能來演變，而這路線圖採取了相反的方法------重新思考並簡化一切。這是清除技術債務並為新的飛躍做準備的大膽選擇。

相比之下，Sui 去年 4 月公布的後量子策略展示了後來者所能採用的"Pat 協議"哲學的精髓。Sui 計劃在簽名方案、哈希函數和 zkLogin 等廣泛領域引入量子抗性密碼學，針對每個用例的性能要求採用不同的密碼機制，並計劃進行小心更新，以立即與現有實現相對應。此外，Sui 於 28 日宣布了一種通過內部研究開發的量子抗性密碼機制，引起了關注，因為它是為基於 EdDSA的鏈（如 Sui、Solana 和 Cosmos）提供向後兼容性的第一個量子抗性路徑。預計 Sui 將進行升級，使用戶無需更改錢包地址或密鑰即可獲得量子抗性。

雖然在保留現有實現的同時引入量子抗性密碼學預計會導致性能下降，例如驗證時間和大小顯著增加，但 Sui 旨在通過批量驗證優化等技術緩解這一問題，優先考慮最大程度保留現有用戶體驗。這是可能的，因為 Sui 從頭開始設計時就非常強調性能和密碼兼容性，最小化替換密碼機制時可能出現的技術問題。Sui 與其他鏈相比已經壓倒性的性能是其能夠採用 Pat 協議策略實現量子抗性的另一個原因。

以太坊和 Sui 的量子應對策略從不同起點開始，但有趣的是它們共享共同的洞察。兩個項目都將量子計算威脅視為不僅僅是技術挑戰，而是一個重新考慮區塊鏈基礎的機會。以太坊的激進重新設計表明，即使是運行超過 10 年的系統也可以從頭開始重新思考，而 Sui 的務實方法證明了創新與穩定性可以共存。

十年後，這兩種準備量子計算時代的方法最終標誌著區塊鏈生態系統的成熟。目標不再僅僅是創建"快速鏈"或"安全鏈"；每個項目都以自己的哲學和願景為未來做準備。這種多樣性增強了整個生態系統的韌性，是為不可預測的未來做的最佳準備。無論是以太坊的路徑還是 Sui 的路徑，我都期待它們將引領我們走向更好的 Web3 未來。

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