以太坊的扩容之路，从世界计算机到全球价值互联网的蜕变

以太坊，作为智能合约平台的领军者，自诞生以来便承载着“世界计算机”的宏大愿景——一个去中心化、抗审查、可编程的全球基础设施，随着其生态系统的爆炸式增长和用户数量的激增，网络拥堵、交易费用高企等问题日益凸显，严重制约了以太坊作为“全球价值互联网”基础设施的潜力，扩展以太坊网络（扩容）成为其发展历程中至关重要的议题,本文将探讨以太坊为实现扩容所采取的多维度策略及其未来发展方向。

扩容的必要性：以太坊面临的“成长的烦恼”

以太坊当前的主链（Layer 1）每秒只能处理大约15笔交易（TPS），远低于Visa等中心化支付系统，在DeFi热潮、NFT热潮以及DAO兴起等场景下，网络拥堵导致交易费用（Gas费）飙升至普通用户难以承受的水平，这不仅降低了用户体验，也阻碍了以太坊生态的进一步普及，为了实现其成为全球价值互联网的愿景，以太坊必须在保持去中心化、安全性和可扩展性（通常被称为“区块链不可能三角”）的前提下,大幅提升网络的处理能力。

以太坊扩容的多维策略：Layer 1与Layer 2的协同进化

以太坊的扩容方案并非单一路径，而是形成了以Layer 1（第一层，即以太坊主链）自身优化为核心，Layer 2（第二层，即构建于主链之上的扩展方案）为重要补充的立体化扩容战略。

(一) Layer 1 升级：奠定高效基础

以太坊社区和开发团队早已认识到，Layer 1的升级是根本性的扩容途径。

1. The Merge（合并）：这是以太坊发展史上的里程碑事件，以太坊从工作量证明（PoW）机制转向权益证明（PoS）机制，这不仅大幅降低了能耗，更重要的是，为未来的分片（Sharding）技术奠定了基础,并提升了网络的安全性和一定程度上的效率。
2. The Surge（ Surge，分片）：这是以太坊扩容的核心一步，分片技术将把以太坊主链分割成多个并行的“链”（分片），每个分片可以独立处理交易和智能合约，从而将整个网络的TPS提升数倍甚至数十倍，分片将使得以太坊能够处理大量的小额支付和数据，极大地扩展其容量，The Surge预计在后续的Dencun升级中逐步实现。
3. The Verge（ Verge，状态空心化与未来证明）：着眼于长期可扩展性和隐私保护，引入如“状态空心化”（Statelessness）等技术，使得节点无需存储完整状态即可验证交易，降低节点运行门槛；以及“未来证明”（Proof-of-Stake）的进一步优化,增强网络安全。
4. The Purge（ Purge，清除历史）：旨在简化协议，清理历史积累的复杂性，降低客户端开发难度和维护成本,间接提升网络效率。
5. The Splurge（ Splurge，完善与优化）：在完成上述四个阶段后，对以太坊协议进行各种优化和完善,使其更加健壮和高效。

这些升级共同构成了“以太坊路线图”（The Ethereum Roadmap）,旨在从根本上提升以太坊的吞吐量和可扩展性。

(二) Layer 2 扩容：当前扩容的主力军

在Layer 1持续升级的同时，Layer 2解决方案作为构建于以太坊主链之上的扩展层，因其能显著提升交易速度、降低成本而成为当前以太坊扩容的最有效实践，主要的Layer 2技术包括：

1. 状态通道（State Channels）：如Raiden Network，参与者先在主链上锁定资金，然后在链下进行大量快速交易，最终在主链上结算结果，适用于高频小额支付，如游戏、微支付。
2. 侧链（Sidechains）：如Polygon（原Matic Network）、Arbitrum（虽然Arbitrum更多是Optimistic Rollup，但有时也被广义纳入侧链范畴），侧链是与主链平行的区块链，拥有自己的共识机制，与主链通过双向锚定连接，交易在侧链上进行，负载减轻主链压力,但安全性相对依赖侧链自身。
3. Rollups（Rollups，汇总交易）：这是目前最受关注的Layer 2技术，它将大量交易计算和状态更新汇总后，作为一个批次的数据提交到以太坊主链上进行验证和存储，从而利用主链的安全性，同时将计算和数据处理移至链下，Rollups又分为：
   • Optimistic Rollups（乐观汇总）：如Optimism、Arbitrum，假设交易是有效的，只有在挑战期内无人提出异议时才被最终确认，优点是实现相对简单,成本较低。
   • ZK-Rollups（零知识汇总）：如zkSync、StarkNet，使用零知识证明（ZK-SNARKs/STARKs）来证明一批交易的有效性，无需等待挑战期，确认速度更快，安全性更高，但技术实现更复杂,目前对智能合约的支持仍在发展中。

Layer 2解决方案通过将大量计算和数据存储从主链转移到链下处理，再将必要的证明和数据提交回主链，极大地提高了交易吞吐量（可达数百甚至数千TPS），并将交易费用降低至主链的百分之一甚至更低，是目前以太坊生态扩容的“急先锋”。

数据可用性（Data Availability）与Proto-Danksharding（EIP-4844）

无论Layer 1分片还是Layer 2 Rollups，都面临一个关键挑战：数据可用性，即如何确保提交到主链的数据（或数据的承诺）是公开可获取的,否则节点无法验证交易的合法性。

为了解决数据可用性问题并进一步提升Rollups的效率，以太坊计划通过EIP-4844（Proto-Danksharding）升级，该升级引入了一种新的交易类型，允许Rollups以较低的成本将“blob”（大块数据）发布到主链上，而不是将所有完整数据都存储在主链的Calldata中，这将显著降低Rollups的数据存储成本，从而使其能够处理更多交易，进一步降低用户费用，提升整体网络吞吐量，这是Layer 2能够持续发展的关键基础设施。

未来展望：构建一个可扩展的以太坊生态系统

以太坊的扩容是一个持续演进的过程，而非一蹴而就的革命,以太坊的扩展将呈现以下趋势：

• Layer 1与Layer 2的深度融合：Layer 1通过分片等技术提供强大的底层支撑和安全性，Layer 2则作为多样化的应用层，满足不同场景的性能需求,两者将形成协同共生的生态系统。
• Layer 2的多元化与专业化：不同类型的Layer 2（如ZK-Rollups、Optimistic Rollups、特定应用侧链）将根据自身优势服务于不同领域，如高频交易、大规模DeFi、游戏、社交等。
• 用户体验的持续优化：随着扩容的实现和Gas费的降低，以太坊将吸引更多普通用户，钱包、浏览器等基础设施也将更加易用。
• 互操作性的增强：以太坊及其Layer 2之间，以及其他区块链网络之间的互操作性将得到提升,促进价值流和数据流的自由流转。

以太坊的扩容之路是一场关乎其未来命运的攻坚战，通过Layer 1的底层革新与Layer 2的生态创新双管齐下，辅以数据可用性等关键技术的突破，以太坊正逐步克服其性能瓶颈，向着“全球价值互联网”的宏伟目标坚实迈进，这不仅是以太坊自身发展的需要，更是整个Web3和去中心化生态走向成熟和普及的必经之路，尽管挑战犹存，但以太坊社区强大的创新活力和开发者共识，为其扩容成功注入了源源不断的动力，我们有理由相信，一个更快速、更便宜、更易用的以太坊即将到来。