精益以太坊：展望以太坊的下一个十年

作者：SiwonHuh

编译： Block unicorn

7 月 31 日，适逢以太坊十周年，以太坊基金会研究员贾斯汀·德雷克分享了名为“精益以太坊”的路线图，为以太坊下一个十年的发展做准备。该路线图以博客文章的形式发布，每个领域仅有 2-3 句话的简要说明，但每个元素都包含了众多浓缩的细节。本文将深入探讨路线图的每个部分，并考察以太坊网络将如何通过这一路线图实现转型。

1.1 增强量子密码抗性

正如路线图中首先提到的，我认为以太坊的最大价值在于其作为“自创世区块以来从未停止的链”的稳定性，这使得迄今为止最大的机构资本流入成为可能。这一成就得益于以太坊在过去十年中优先考虑网络去中心化和节点轻量化的策略，这一价值必须保留，以实现以太坊最近宣布的“1 万亿美元安全性”目标。

这一愿景背后是量子计算时代的到来。量子计算技术正在加速发展，例如谷歌的 Willow 量子计算机已实现 105 量子比特，NIST 建议在 2030 年前逐步淘汰现有密码算法，并在 2035 年前完全过渡到量子抗性标准。以太坊当前使用的基于椭圆曲线密码的 ECDSA 和 BLS 签名容易受到量子计算机的 Shor 算法攻击，众所周知，足够强大的量子计算机可能使当前密码系统失效。整个 Web3 生态系统多年来一直在讨论这个问题，维塔利克（Vitalik）在以太坊研究论坛上详细介绍了如果在升级到量子抗性密码算法之前发生量子计算机攻击，可以通过硬分叉实施的对策。

然而，显然以太坊最终必须升级到量子抗性密码算法，维塔利克在 2023 年提到，这将在以太坊长期路线图的最后阶段“Splurge”期间进行。此前没有关于将使用哪些密码技术或将进行哪些更改的说明，但德雷克的路线图明确提出了一种激进的方法，即将所有密码原语过渡到基于哈希的系统。

关于基于哈希的密码学的量子抗性：虽然突出的量子计算方法可以有效破解 RSA 和椭圆曲线等公钥密码学，但它们对破解 哈希函数 的效率相对较低。尽管量子计算可以加速暴力破解速度，但通过增加哈希长度来增强安全级别可以充分应对这一问题。基于哈希的签名方案（例如 SPHINCS+、Lamport）已知具有量子抗性。基于哈希的密码学不仅提供量子抗性，还具有密码学中最简单形式的优势，允许重新构建共识层、数据层和执行层。

1.2 通过全面链重设计实现极高可扩展性

路线图的第二个支柱是极高的可扩展性。德雷克提出了以太坊网络每秒 1 千兆 gas 和第二层（Layer 2）每秒 1 太兆 gas 的宏伟目标。按交易吞吐量计算，这相当于以太坊每秒约 10,000 笔交易，第二层约 100 万笔交易——与以太坊当前约 30 TPS 的性能相比，这是难以想象的性能提升。德雷克的路线图旨在通过重新设计以太坊的三大核心层——执行层、共识层和数据层——实现激进的性能改进。

1.2.1 共识层：实施 Beam Chain

对于共识层，目标是实施德雷克在去年的 Devcon 会议上提出的 Beam Chain。德雷克指出，Beacon Chain 的设计优先考虑安全性而非性能，这为性能相关更新造成了瓶颈。他认为，必须对共识层进行全面重新设计，以完全解决 Beacon Chain 设计中的错误。此外，他呼吁积极采用快速发展的 SNARK 证明和 zkVM，以至少将区块生产和最终确定速度提高 3 倍。

虽然 Beam Chain 路线图提到了多个问题，但主要目标是将现有 Gasper 共识机制中使用的多个委员会合并为一个大型委员会，将最终确定时间缩短至 12 秒，并将区块生产时间减少至 4 秒。这需要极其轻量化的状态验证，而 SNARK 证明和 zkVM 在这里发挥了作用。状态管理和签名机制预计将发生重大变化，过渡到基于 SNARK 的系统。

尽管德雷克在宣布 Beam Chain 路线图时强调这是他作为个人研究员的提议，但精益以太坊路线图的发布表明 Beam Chain 的实施将正式开始。

1.2.2 执行层：引入 RISC-V

执行层也预计将发生重大变化。德雷克提出了一项路线图，彻底重新设计 EVM，采用对 SNARK 友好的指令集，同时保持与现有智能合约的兼容性。他提到 RISC-V 作为潜在的替代执行环境，提出了维塔利克·布特林自 2024 年以来一直在讨论的基于 RISC-V 的执行环境具体化的可能性。

RISC-V 是一种开源指令集架构，与 EVM 的 256 位基于堆栈的架构相比，其 32/64 位基于寄存器的架构要轻量得多。由于每个 RISC-V 指令可以转换为简单且可预测的约束，基于 RISC-V 构建执行环境可以显著缩短以太坊执行的证明生成时间。如果所有执行都被设计为自动生成零知识证明，节点无需重新执行即可对状态转换的准确性充满信心。这种过渡将完全兼容现有智能合约，使开发者能够继续使用现有工具和语言。

1.2.3 数据层：克服 Blob 限制

尽管通过 EIP-4844 引入的当前 blob 系统显著降低了 L2 成本，但它仍然存在根本性限制。固定 128KB 的大小限制了灵活性，KZG 承诺容易受到量子计算机的攻击，当前每个区块 6 个 blob 的目标（在 Pectra 升级时）不足以满足未来需求。

精益以太坊路线图从多个角度解决这些限制。首先，与现有的 KZG 相比，通过前面提到的基于哈希的承诺确保量子抗性。它通过允许可变 blob 大小最大化成本效率，使第二层链仅存储所需的确切数据量。最后，它改进了数据可用性采样方法，使节点无需下载整个数据即可验证可用性，为显著增加 blob 数量奠定了基础。

随着精益以太坊的宣布，leanroadmap.org 网站也已上线，允许用户实时跟踪精益以太坊路线图的实施状态。根据该网站，向以太坊社区宣传升级需求的阶段即将结束，预计到 2026 年初完成任务优先级的确定和实施的准备工作。贾斯汀·德雷克在宣布 Beam Chain 路线图时估计实施可能需要长达 5 年，而精益以太坊的实施似乎目标在 2029 年初完成测试。考虑到 Beam Chain 仅涵盖共识变更，需要更新共识、执行和数据所有组件的新路线图预计将以非常快的速度推进。该网站不仅跟踪上述图表，还跟踪所有更新所需组件的详细实施进展，为整个以太坊社区而不仅仅是开发者提供可见性，宣称精益以太坊不仅是宏伟目标，而是在几年内将成为现实的未来。

精益以太坊路线图可以看作是以太坊对 Solana 和 Sui 等高性能下一代区块链的回应。虽然这些链从一开始就以高吞吐量为目标设计，但以太坊作为先行者因技术债务和保持去中心化与安全核心价值的需要，在激进的性能改进方面面临困难。这一路线图不仅因为以太坊加入吞吐量竞争而意义重大，还因为它通过全面重组链以提升性能和安全性，显著偏离了以太坊的传统立场。

最让我印象深刻的是选择压缩链（使其精简）而非在重组时添加新功能。通常，古老系统通过在现有结构上添加新功能来演变，而这路线图采取了相反的方法——重新思考并简化一切。这是清除技术债务并为新的飞跃做准备的大胆选择。

相比之下，Sui 去年 4 月公布的后量子策略展示了后来者所能采用的“Pat 协议”哲学的精髓。Sui 计划在签名方案、哈希函数和 zkLogin 等广泛领域引入量子抗性密码学，针对每个用例的性能要求采用不同的密码机制，并计划进行小心更新，以立即与现有实现相对应。此外，Sui 于 28 日宣布了一种通过内部研究开发的量子抗性密码机制，引起了关注，因为它是为基于 EdDSA 的链（如 Sui、Solana 和 Cosmos）提供向后兼容性的第一个量子抗性路径。预计 Sui 将进行升级，使用户无需更改钱包地址或密钥即可获得量子抗性。

虽然在保留现有实现的同时引入量子抗性密码学预计会导致性能下降，例如验证时间和大小显著增加，但 Sui 旨在通过批量验证优化等技术缓解这一问题，优先考虑最大程度保留现有用户体验。这是可能的，因为 Sui 从头开始设计时就非常强调性能和密码兼容性，最小化替换密码机制时可能出现的技术问题。Sui 与其他链相比已经压倒性的性能是其能够采用 Pat 协议策略实现量子抗性的另一个原因。

以太坊和 Sui 的量子应对策略从不同起点开始，但有趣的是它们共享共同的洞察。两个项目都将量子计算威胁视为不仅仅是技术挑战，而是一个重新考虑区块链基础的机会。以太坊的激进重新设计表明，即使是运行超过 10 年的系统也可以从头开始重新思考，而 Sui 的务实方法证明了创新与稳定性可以共存。

十年后，这两种准备量子计算时代的方法最终标志着区块链生态系统的成熟。目标不再仅仅是创建“快速链”或“安全链”；每个项目都以自己的哲学和愿景为未来做准备。这种多样性增强了整个生态系统的韧性，是为不可预测的未来做的最佳准备。无论是以太坊的路径还是 Sui 的路径，我都期待它们将引领我们走向更好的 Web3 未来。

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