以太坊升级路线：迈向可持续、安全和可扩展的未来
以太坊自诞生以来，一直在不断进化，旨在构建一个更可持续、安全和可扩展的区块链平台。 它的发展历程并非一蹴而就，而是通过一系列精心规划的升级来实现。 了解这些升级路线对于理解以太坊的未来至关重要。
The Merge (合并)
The Merge 是以太坊历史上最具变革意义的升级之一，代表着以太坊网络从原始的工作量证明 (Proof-of-Work, PoW) 共识机制到更节能、更可持续的权益证明 (Proof-of-Stake, PoS) 共识机制的决定性转变。此次升级不仅大幅降低了以太坊网络的能源消耗，也为未来的扩展性和功能增强奠定了基础。
在 PoW 机制下，矿工通过解决复杂的计算难题来验证交易并创建新的区块，这个过程需要消耗大量的电力。The Merge 通过转向 PoS，消除了对能源密集型挖矿的需求。在 PoS 机制中，验证者通过质押一定数量的以太币 (ETH) 来获得验证交易和创建新区块的资格。这种机制不仅更加环保，还提高了网络的安全性，因为攻击者需要控制大量的质押 ETH 才能进行恶意操作。
The Merge 的实现过程复杂且精心策划，涉及对以太坊客户端软件的重大修改，以及新旧共识机制的平稳过渡。为了确保网络的稳定性和安全性，开发者进行了广泛的测试和模拟。成功完成 The Merge 标志着以太坊发展历程中的一个重要里程碑，也为区块链技术的未来发展指明了方向，展示了向更环保、更可持续的共识机制过渡的可能性。
PoW 的局限性: 在 Merge 之前，以太坊使用 PoW 共识机制，矿工通过解决复杂的计算难题来验证交易并创建新的区块。 这需要消耗大量的电力，对环境造成了严重的负面影响。 此外，PoW 容易受到 51% 攻击的影响，理论上，如果一个实体控制了超过 50% 的算力，就可以篡改交易历史。 PoS 的优势: PoS 是一种更节能、更安全的共识机制。 在 PoS 中，验证者（以前称为矿工）需要质押一定数量的以太币 (ETH) 作为抵押品。 然后，协议会随机选择验证者来验证交易并创建新的区块。 验证者获得的奖励与其质押的 ETH 数量成正比。 PoS 显著降低了能源消耗，并提高了网络的安全性，因为攻击者需要控制大量的 ETH 才能进行攻击，这在经济上是不可行的。 Merge 的影响: The Merge 显著降低了以太坊网络的能源消耗超过 99.9%。 此外，它为以太坊未来的可扩展性升级奠定了基础，例如 sharding (分片)。 Merge 也改变了 ETH 的发行模式，使其更具通缩性，这可能会对 ETH 的价值产生影响。The Surge (浪涌): 以太坊的可扩展性革命
The Surge，通常被称为浪涌，是以太坊发展路线图中的关键阶段，其主要目标是显著提升以太坊网络的吞吐量和可扩展性。 浪涌的核心策略是引入和实施sharding（分片）技术，旨在将以太坊区块链分解为更小、更易于管理的部分，这些部分可以并行处理交易和智能合约，从而大幅提高整体网络的交易处理能力（TPS）。
分片技术允许网络并行处理交易，而无需每个节点验证整个区块链。 这种并行处理显著降低了单个节点的工作负担，使得以太坊能够处理的交易量呈指数级增长。 每个分片链都将负责验证其自身的数据和交易，然后将状态变化锚定到主链（信标链）上。 这避免了所有节点都需要验证所有交易的传统区块链瓶颈，从而大幅提升了网络的效率和可扩展性。
The Surge不仅关注链上扩容，还将促进layer-2解决方案的进一步发展，如Optimistic Rollups和ZK-Rollups。 这些layer-2解决方案将交易处理移至链下，并将结果定期提交到主链，从而进一步降低了主链的拥塞并提高了TPS。 分片和layer-2解决方案的结合，旨在为以太坊提供一个高度可扩展且高效的基础设施，以支持大规模的去中心化应用（dApp）和Web3生态系统的发展。
实施分片是一个复杂的过程，涉及到多个阶段的研究、开发和测试。 以太坊社区正在积极探索不同的分片架构，包括数据分片和状态分片，以找到最佳的实现方案。 The Surge的成功实施将为以太坊带来质的飞跃，使其能够更好地满足不断增长的全球用户需求，并为下一代互联网提供强大的基础设施支持。 安全性是实施分片的首要考虑因素，以太坊开发团队致力于确保分片后的网络依然能够保持强大的抗攻击能力和数据完整性。
Sharding 的概念: Sharding 将以太坊区块链分割成多个更小的、称为 "分片" 的部分。 每个分片都可以独立地处理交易，从而显著提高了网络的并行处理能力。 想象一下，不是只有一个收银员在一家大型超市里结账，而是有很多收银员同时工作，这样就能大大缩短排队时间。 Data Availability Sampling (DAS): 为了确保每个分片的数据都可用，The Surge 还引入了 Data Availability Sampling (DAS) 技术。 DAS 允许节点验证分片的数据可用性，而无需下载整个分片的数据。 这降低了对硬件的要求，并使更多的人能够参与到网络的验证过程中。 rollup 集成: The Surge 也将与 Layer-2 rollup 技术紧密集成。 Rollup 将多个链下交易打包成一个单一的链上交易，从而降低了链上交易的拥堵，并提高了网络的效率。 The Surge 旨在优化 rollup 的性能，使其能够更有效地处理交易。The Verge (边缘)
The Verge，作为以太坊发展路线图中的关键升级阶段，引入了 Verkle trees (Verkle 树) 的概念。Verkle 树是一种新型的数据结构，旨在显著简化以太坊节点的数据存储方式，并极大地减少全节点和轻节点所需的存储空间。传统上，以太坊使用 Merkle Patricia 树存储状态数据，但随着区块链规模的增长，Merkle Patricia 树的存储负担也日益增加。Verkle 树的优势在于其证明大小的恒定性，无论数据集的大小如何，证明的体积都保持相对较小，这使得轻客户端验证更加高效，并降低了加入和同步以太坊网络的门槛。通过采用 Verkle 树，以太坊有望在不牺牲安全性和去中心化的前提下，实现更高的可扩展性和效率，为未来的发展奠定坚实基础。Verkle 树的应用不仅影响节点存储，也对状态验证、交易处理等方面产生深远影响，是实现以太坊未来愿景的重要组成部分。
Verkle Trees 的优势: Verkle trees 是一种新型的数据结构，它比当前以太坊使用的 Merkle trees 具有更高的效率。 Verkle trees 允许节点在不下载整个状态树的情况下验证状态，从而显著减少了节点存储的需求。 这使得运行以太坊节点变得更加容易和经济，从而提高了网络的去中心化程度。 无状态客户端: Verkle trees 为无状态客户端的实现铺平了道路。 无状态客户端不需要存储整个以太坊状态，只需要存储一小部分数据即可验证交易。 这大大降低了运行节点的门槛，使得更多的人能够参与到网络的验证过程中。The Purge (清除)
The Purge，也被称为“清除”，是以太坊发展路线图中的一个关键阶段，旨在通过有选择性地删除历史数据和技术债务，从而显著简化以太坊协议。这项操作的根本目的是减少客户端存储需求、提高共识效率，并为未来的协议升级铺平道路。它主要通过移除不再必要的代码和状态数据来实现这些目标。例如，历史交易收据、已被替代的状态数据和冗余代码都可能被清除。
更具体地说，“清除”可能涉及以下几个方面：
- 删除历史状态数据: 以太坊网络会永久存储每个区块的状态。这意味着客户端需要存储大量的历史状态数据，这给存储和同步带来了巨大的压力。“清除”的目标是删除那些不再需要用于状态证明或验证历史交易的历史状态数据。
- 移除EIP中已失效的代码和功能: 随着以太坊协议的不断发展，一些早期的代码或功能可能已被弃用或被更有效的方案取代。“清除”将会移除这些冗余代码，从而简化客户端的逻辑，降低代码维护的复杂性。
- 精简以太坊虚拟机（EVM）： EVM是执行以太坊智能合约的核心组件。“清除”可以识别并删除EVM中不再使用或效率低下的操作码和特性，从而提高智能合约执行的效率。
通过“清除”，以太坊能够降低运行节点的硬件需求，提高网络整体的性能和可扩展性，并为未来的协议改进创造更灵活的基础。 这对于以太坊的可持续发展至关重要，因为它降低了参与网络的门槛，并使协议更容易适应未来的技术进步。
状态清理: The Purge 将删除旧的、不必要的历史数据，从而减少节点的存储负担，并提高网络的效率。 这类似于清理电脑硬盘上的垃圾文件，释放存储空间。 EIP 清理: The Purge 也将审查和删除不必要或过时的以太坊改进提案 (EIP)，从而简化协议，并减少代码的复杂性。 技术的偿还: 通过移除历史数据和过时的代码，The Purge 旨在提高以太坊的长期可维护性和可持续性。The Splurge (挥霍)
The Splurge 是一个伞状术语，用于概括以太坊开发路线图中一系列持续进行的，规模较小但至关重要的升级和优化。它并非指代单个特定的大型硬分叉，而是代表了以太坊协议在可用性、安全性和效率方面不断精进的长期承诺。The Splurge 的重点在于提升以太坊的整体性能和用户体验，从而为未来的大规模升级，如 Danksharding 奠定更坚实的基础。
The Splurge 包含了各种细分的改进，例如：
- 代码清理和优化： 移除过时的代码、简化逻辑、提高代码执行效率。这将降低 gas 消耗，提升智能合约的运行速度。
- gas 优化： 降低特定操作的 gas 消耗，让交易更加经济实惠。这对于依赖复杂智能合约的应用尤其重要。
- 客户端性能改进： 提升以太坊客户端（如 Geth 和 Nethermind）的性能，减少资源占用，提高同步速度。
- P2P 网络优化： 改进以太坊的 P2P 网络协议，提升节点之间的通信效率和稳定性。这有助于提高整个网络的健壮性。
- 开发工具改进： 增强以太坊开发者的工具链，例如调试器、测试框架等，从而提高开发效率和代码质量。
这些升级通常通过以太坊改进提案 (EIP) 的形式提出，并经过社区讨论和审核后实施。The Splurge 的特点是渐进式改进，每个升级都旨在解决特定的问题或提升特定方面的性能。这种方法允许以太坊逐步演进，同时降低引入重大错误的风险。
持续改进: The Splurge 代表了以太坊团队对持续改进和优化的承诺。 它涵盖了各种小的调整和改进，旨在提高网络的效率、安全性和用户体验。 未来发展: The Splurge 为以太坊的未来发展提供了灵活性，使其能够适应新的技术和挑战。 它允许以太坊社区不断探索和实施新的想法，以保持其在区块链领域的领先地位。以太坊的升级路线是一个复杂且持续的过程，旨在构建一个更可持续、安全和可扩展的区块链平台。 每个升级都旨在解决特定的挑战，并为以太坊的未来发展奠定基础。 通过不断改进和创新，以太坊正在朝着其成为全球去中心化计算平台的愿景迈进。
