作者：Daniel Li
谈及区块链和加密货币的发展时，以太坊一直备受关注。作为最大的智能合约平台，它一直在推动去中心化应用的发展。然而，随着区块链技术不断演进和用户需求增长，以太坊面临着扩容等多个挑战。为了解决这些问题并使以太坊更加健壮和可持续发展，以太坊社区预计将在今年11月份进行一场重大升级——以太坊坎昆升级。
以太坊坎昆升级被视为以太坊升级路线的里程碑事件。该升级将通过引入分片技术（Sharding）与之前已经运用的Rollup解决方案形成一种“双轮驱动”的扩容模式。坎昆升级不仅能够解决当前以太坊网络面临的性能瓶颈问题，还为未来的深层次升级奠定了基础。本文将围绕以太坊坎昆升级引入的新技术和协议，探讨此次升级对整个以太坊生态系统的影响？
以太坊扩容之路
随着链上数据的增加，以太坊作为全球最大的智能合约平台，承担了大部分数据的储存和结算。这对以太坊主网的交易速度和吞吐量提出了更高的需求，因此解决以太坊交易速度和扩容问题一直是以太坊开发人员和社区工作人员关注的焦点。为此，他们提出了不同的解决方案。
第一种方案是在第一层（Layer 1）采用Sharding（分片技术）来实现扩容。分片技术在以太坊的升级路线图中被排在信标链的推出和合并之后的第三部分，它是整个以太坊升级路线中最关键和最重要的部分。该方案的核心思想是将以太坊主链分解为不同的分片，并在这些分片之间随机轮换验证者。每个分片本质上都是自己的迷你区块链，并与信标链并行运行。通过分片技术，以太坊能够大幅提高交易吞吐量和可扩展性，以满足日益增长的用户需求。
然而，实施分片扩容并不是一项简单的任务，它涉及解决分片之间的通信、共识机制的设计和验证者的分配等一系列复杂的问题，需要大量的研究和实验，距离真正实现还需要很长的时间。在以太坊的升级路线图中，分片方案总共分为三个阶段：Pro-Danksharding(EIP-4844)、提议者-构建者分离（PBS）、完整分片（Danksharding）。当前即将进行的坎昆升级核心EIP-4844便是以太坊迈向分片扩容的第一步。
第二种方案是在第二层（Layer 2）实现扩容。其中，主流的Layer 2扩容技术是Rollup。与分片技术不同，Rollup并未将以太坊主链分解为自己的迷你区块链，而是在以太坊第一层的基础上充当迷你区块链。Rollup的工作方式是将一批打包的数据放入Layer 2进行执行，然后将执行结果和交易数据压缩后发送回Layer 1。Rollup的优势在于改善交易费用和交易速度方面表现显著。相比以太坊主网，Layer 2的交易费用可以降低3到8倍，交易速度则可以提升上千倍。
目前，主流的Rollup解决方案分为Optimism Rollup和ZKRollup。Optimism Rollup被视为短期的解决方案，而ZKRollup则被认为是长期的解决方案。然而，Rollup方案存在一个致命的缺陷，即Rollup的数据回执仍然需要与第一层进行通信。即使使用压缩算法，大规模回执也会增加第一层节点的存储成本。因此，Rollup的扩容上限受到第一层吞吐量的限制，无法实现无限扩容。
为了充分发挥两种技术路线的优势，以太坊采取了渐进式升级方案。首先，通过第二层的Rollup等技术来实现快速扩容，以满足短期和中期市场需求。同时，以太坊的研发团队也在推进分片技术的研究。即将发布的EIP-4844是围绕Rollup的扩容方案，可以看作是Rollup的加速器，同时也是以太坊实现分片扩容的第一步，为未来实现完整分片铺平了道路。通过第二层的优化和第一层的分片技术相结合，以太坊开启了“双轮驱动”的扩容模式，这不仅为以太坊实现更大规模的应用普及奠定了基础，还为不断增长的市场需求和行业的可持续发展提供了坚实的技术支撑。
坎昆升级将会带来哪些技术？
坎昆升级（Cancun Upgrade）是以太坊的一个重要升级，它将引入多项技术和协议，以提升以太坊网络的可扩展性和安全性。以下是坎昆升级将带来的一些具体技术和协议，详细介绍如下：
EIP-4844：
EIP-4844是以太坊的一个改进提案，旨在降低交易费用。它引入了一种新的交易类型，称为Blob携带交易。这些交易类似于常规交易，但包含了额外的数据集合，称为Blob。
Blob的大小相当大（约125KB），并且相比当前的calldata存储方式更加经济。通过在以太坊共识层上临时存储这些Blob，EIP-4844可以显著降低汇总到以太坊基础层的数据成本，从而减少交易费用。除了引入Blob携带交易，EIP-4844还会实现执行层逻辑、验证规则、多维费用市场等其他系统改变，以满足未来实现完整的danks分片的需求。
需要注意的是，尽管EIP-4844包含了完整的danks分片逻辑的大部分内容，但它本身并不实现任何实际的分片。然而，EIP-4844仍然能够为以太坊带来扩展性和成本节约的好处，使其更接近实现大规模采用所需的成本和吞吐量水平。
EIP-1559：
EIP-1559是以太坊的另一个重要提案，将在坎昆升级中实施。它旨在改进以太坊的交易费用模型，提高用户体验和网络的可预测性。EIP-1559引入了一个基于供需的动态费用市场，其中包括基本费用和可变费用。基本费用被燃烧，这有助于减少以太坊的通货膨胀。可变费用根据交易量的大小进行调整，以提供更合理的交易费用，并鼓励用户进行更高效的交易。
Shard Blob交易：
在Proto-DankSharding的框架下，引入了一种名为Shard Blob交易的新交易类型。这种交易类型允许Rollup将数据提交给Blob并附加到区块上。一个Shard Blob交易最多可以包含两个Blob，并且每个区块可以包含8到16个Blob，每个Blob的大小约为1MB至2MB。这种新的交易类型降低了数据存储和传输的成本，为以太坊网络带来了更高的吞吐量和更低的交易成本。
KZG多项式方案：
在交易过程中，引入了KZG多项式方案（由Kate、Zaverucha和Goldberg命名），用于验证发布在Blob中的交易数据。KZG是一个零知识验证系统，它可以在不披露Blob中全部内容的情况下进行验证。这种验证机制确保了交易数据的完整性和可信性。
除了以上提到的具体技术和协议，坎昆升级还包括其他一些重要的EIP（以太坊改进提案），以进一步完善以太坊的功能和性能。以下是其中几个值得注意的EIP：
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EIP-1159：该提案旨在改进以太坊的交易结构，引入基本费用和可选的扩展数据，提高交易的效率和可预测性。
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EIP-3198：该提案提出了一种新的交易类型，称为"Fat"交易，可以在一笔交易中包含多个操作，从而减少交易的数量和成本。
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EIP-3541：该提案引入了一种新的合约类型，称为"Access Lists"，通过优化合约的访问权限管理，减少了合约交互的成本。
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EIP-3529：该提案提出了一种新的合约创建和初始化机制，称为"Reduced Gas Cost for Empty Accounts"，减少了创建和初始化合约的成本。
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EIP-2930：该提案引入了一个新的交易类型，称为"Repricing for state access opcodes"，通过对状态访问操作码进行重新定价，降低了交易的成本。
坎昆升级将会带来哪些影响？
坎昆升级是以太坊网络的一次重要升级，将带来广泛的影响。该升级的目标是为完整数据分片网络做准备，并对Rollup技术进行扩展。这将产生多方面的影响，包括对以太坊网络和Layer 2网络的影响。
坎昆升级：以太坊网络性能将获得极大提升
以太坊网络将因坎昆升级而获得多项重要改进。首先，引入了Proto-Danksharding，这将大大提高以太坊网络的可扩展性。目前，以太坊主网每秒只能处理有限数量的交易，导致拥堵和高昂的燃气费用。通过引入分片技术，坎昆升级将允许以太坊网络同时处理多个分片，从而显著增加交易吞吐量。这将使以太坊网络能够满足日益增长的用户需求，并支持更多的去中心化应用程序和交易。
其次，坎昆升级还将降低以太坊网络上的交易费用。在当前的以太坊网络中，用户需要支付高昂的燃气费用来执行智能合约和进行交易。这对于小额交易和普通用户来说不够友好。然而，坎昆升级将通过引入数据"blobs"和实施EIP-4844来降低交易的燃气费用。这将使得以太坊网络更加经济实惠，吸引更多用户参与，并促进更广泛的采用。
坎昆升级还将增强以太坊网络的安全性。通过采取措施如EIP-6780，升级将加强网络的安全基础设施。这将有助于保护用户的资金和数据，并减少网络上的潜在攻击风险。安全性是区块链网络的关键要素之一，坎昆升级的安全增强举措将为以太坊网络的可靠性树立更高的标准。
坎昆升级：Layer2迎来新的发展机遇
随着以太坊的坎昆升级即将到来，Layer2将迎来新的发展机遇。坎昆升级后，以太坊Layer2的速度将提高10～100倍，交易成本也将降低。这将使Layer2更好地融入以太坊生态系统，为用户提供更快速、低成本的交易体验。不论是Optimistic Rollup还是ZK Rollup，它们都将受益于这次升级所带来的改进。
首先，坎昆升级提高了以太坊Layer2网络的交易速度，降低了交易成本，为Optimistic Rollup和ZK Rollup等Layer2解决方案带来了机遇。对于Optimistic Rollup来说，交易备份将更快完成，提高整体网络的吞吐量，加速了其生态项目的发展。对于ZK Rollup来说，尽管技术上面临一些挑战，但坎昆升级为其提供了更大的机会。ZK Rollup具备更高的隐私性和安全性，使得用户可以以更低的交易费用进行交易，而不牺牲安全性。随着坎昆升级的实施，ZK Rollup的优势将更加显著，有望在Layer2网络中扮演更重要的角色，为用户提供更多的选择。
其次，Layer2的总锁仓量（TVL）从去年10月份的50亿美元，目前已经突破到了107.9亿美元。这表明市场和投资者对Layer2的未来发展持有积极态度。随着坎昆升级的实施，预计这一数据将实现更大的突破。同时，一些即将推出的主网上线的新型Layer2项目，如Scroll和Taiko也都将获得一个不错的发展机遇。
第三，Layer2网络速度和成本的提升将极大改善用户体验，从而吸引更多用户。这对去中心化应用（DApps）的发展具有重大影响。例如，基于Layer2的DeFi产品将能够处理更多交易，提供更流畅的体验。同时，游戏、社交媒体等行业也非常看重流量和交易体验，它们也将获得更好的发展机会。
第四，由于 Blob 数据只能保存很短的时间，历史数据的调用存在问题。由此就会产生对去中心化存储的需求，同时 Layer 2 扩容方案也需要使用数据可用性层。因此坎昆升级也将对L1存储扩展网络（如Eth storage、Arweave、Filecoin以太坊 DA 层项目）产生利好影响，从而进一步推动以太坊生态系统中的去中心化应用项目的发展。
总体而言，坎昆升级是以太坊扩容路线图的第一步，将通过技术的提升及其引发的效应，极大地促进Layer2网络的发展。可以预见，未来Layer2网络将成为以太坊生态系统的主力军，为用户提供更好的服务。然而，技术的提升只是Layer2网络成功的必要条件，关键还在于开发成熟优质的应用，真正解决用户的痛点。只有这样，Layer2才能最大化发挥其价值。
