详解以太坊升级五个阶段：10万TPS升级之路

首先我想问大家一个问题：以太坊是一个“成熟”的产品吗？

其实只要熟悉以太坊，就会发现它并不成熟。 虽然它拥有最丰富的生态、巨大的市场价值、无可比拟的地位，但同时也存在诸多缺陷：高gas、低TPS、可扩展性不足等问题严重限制了以太坊的发展。 但以太坊就这样“坏”了吗？ 这显然更不可能！

V神认为，目前的以太坊只完成了40%，即使合并后也只有55%。 可见，我们现在使用的以太坊只是一个“半成品”！ 而V神在以太坊社区大会（ETHCC）上公开表示，以太坊完成五次升级后，TPS将达到10万！ （TPS：每秒事务数，现在为 15-20）

今天我们就来说说以太坊的后续升级，并将其升级的五个阶段：TheMerge、TheSurge、TheVerge、ThePurge、TheSplurge完整呈现在大家眼前。

中文版以太坊升级路线图

注：TheMerge、TheSurge、TheVerge、ThePurge、TheSplurge没有严格的顺序，它们是同时执行的，Merge是最先完成的。

Merge、Surge、Verge、Purge、Splurge这几个词主要是押韵，所以不能按字面理解。

概述

1.合并

9月15日，以太坊Merge升级完成，标志着以太坊终于摆脱“浪费资源”的帽子，进入POS时代。 V神说，以太坊转POS让全球用电量减少0.2%！ 这是一个非常重要的转折点，圈内朋友亲切地称之为“过年”。 以太坊这次合并虽然能撑起Web3事件，但据我观察，真正理解“合并”的人真的少之又少。

1.1 什么是合并？

Merge是指以太坊主链和信标链的结合，信标链是与以太坊主链并行工作且互不影响的区块链，采用POS作为共识机制。 它于 2020 年 12 月上线，运行 1 天，合并前验证人超过 37 万。 信标链不参与主网交易的验证，只负责管理分片链的验证节点和存储少量证明。

先简单说一下信标链和分片链：这是以太坊2.0最重要的两个模块。 专注于增加网络容量，从而加快交易速度并减少 Gas 消耗。 关于分片的知识后面会详细讲解。

合并前的网络结构

1.2 为什么要合并？

首先，我们需要纠正一个误解：Merge（合并）的目的不是为了提高交易速度或降低交易成本。 事实上，它基本上没有改善这两点。 但与此同时，Merge 的意义非同一般。 它是以太坊升级道路上最重要的事件之一，为接下来的四次升级奠定了基础。

Merge 将信标链与主链合并，将以太坊的共识完全转换为 POS，并引入“验证委员会”的概念，强化了网络共识以太坊重启pow真的吗，为协议内高效的数据可用性层铺平了道路。 同时，由于POS不再需要挖矿，产生区块所消耗的能量也大大减少。

注：与POW不同，POS不需要专业矿机出块。 任何人只要质押32ETH就可以成为验证者节点，拥有记账和投票的权力。 POS整个共识过程可以简单分为“打包”和“投票”。 首先，系统随机选择打包节点负责生成新区块，其他节点投票验证生成的区块。 在获得多数票后，该区块被添加到共识中。 但是当节点很多的时候，投票会浪费很多时间。 因此，为了提高效率，网络中会选举一个“验证委员会”，由委员会的节点负责投票。 为确保公平，委员会成员轮流选举产生。 在POS中，打包奖励与“币龄”有关。 简单理解就是质押的ETH越多，时间越长，奖励越多。 为了激励诚实和负责任的节点，打击恶意节点，如果验证者突然下线或故意验证不良交易，则其质押的 ETH 将被削减。 如果你没有32ETH但想参与，可以选择加入第三方质押池获得一些奖励。

以太坊合并之路

1.3 合并的意义

Merge最显着的变化是将以太坊的共识完全转换为POS，共识机制的转变主要有以下优势：

能源消耗减少。 从此，以太坊不再需要昂贵的挖矿设备，质押32ETH即可成为验证者节点。 能源消耗降低99.95%，全球总用电量降低0.2%。

减少以太坊的发行，使以太坊成为通缩货币

区块奖励将从每天1.46W枚减少到1600枚，质押将进一步减少ETH的流通量。 根据研究公司 FSInsight 的报告，流通量的下降意味着以太坊的市值可能在未来 12 个月内超过比特币；

以太坊2.0战略的关键一步，为分片奠定基础。

在 POW 共识下，矿工可以随意停止工作并离开网络。 POS质押激励解决了这个问题（详见1.2注释），为分片链协调验证者投票奠定了基础。

2. 激增

Merge 的升级并不太被用户感知，但 Surge 的下一步确实可以改变用户体验。 大家心心念念的TPS终于要提升了，Gas费也会大大降低。 TheSurge预计2023年启动，在整个以太坊的升级过程中，这绝对是最关键的一步，也是最复杂的一步。 但是由于这部分涉及的知识点太多太复杂，这里我尽量简单描述一下，有兴趣的朋友可以自行参考相关设计。

2.1 什么是浪涌？

TheSurge主要通过分片来提高网络的TPS，减少Gas。 那么什么是“分片”？ 可以从字面上理解，分片会将以太坊分成若干个更小的链，整个网络的TPS将是所有小区块链TPS的总和（就像在高速公路上增加更多的车道可以容纳更多的车辆），这将显着提高网络的可扩展性，以太坊有望创建 64 个分片。

看到这里，我们就可以理解为什么合并和转移POS是分片的基础了：因为分片是对整条链上的资源进行分片，如果采用POW共识以太坊重启pow真的吗，每条分片链上的算力都是原来的1/n，所以对分片链的攻击会容易很多，安全也得不到保障！ POS 不需要算力，每条分片链上的验证者由共识随机分配。 同时，恶意节点会受到惩罚，减少质押的 ETH，因此 POS 不会因为分片而出现安全性下降的问题。

最关键的分片技术是 Danksharding、EIP-4844、OptimisticRollups 和 ZKRollups。 下面简单说一下Danksharding和EIP-4844。

Danksharding是2020年后提出的新分片提案，Danksharding初期的Proto-Dansharding加入了EIP-4844，引入了一种新的数据类型——Blob。 Bolb的数据处理成本远低于Calldata，而且共识层的Bolbdata只会保存一个月，区块的存储压力会大大降低。 Danksharding 使用“数据可用性采样”技术，允许以太坊上的节点用少量数据验证大量数据。 总的来说，Danksharding进一步细分了数据类型，细化了数据处理流程，降低了系统的工作量，让以太坊成为统一的交易结算和数据可用性层。

2.2 为什么要使用浪涌？

Merge 降低了整个网络的能耗，但并没有提高性能。 如果以太坊一直保持低于20的TPS，很多应用场景会受到限制，所以通过Surge扩容和分片来提升性能是唯一的途径。

完成 Surge 升级后，以太坊的 TPS 将得到大幅提升（但仍低于 10 万），用户体验将更加流畅，以太坊的使用场景也将得到扩展。 这个阶段完成之后，我们执行交易的速度会非常接近Web2中心化服务，这是质的飞跃！ 没有人能预测以太坊之后会产生什么样的现象级产品！

3.边缘

Verge 最重要的变化是引入了 Verkle 树，这是对 Merkle 证明的强大升级。 它可以使用更小的数据来验证交易，这将优化以太坊上的存储并有助于减少验证节点存储的数据量，同时也使以太坊更具可扩展性。

简单来说，TheVerge会优化区块的数据结构，验证节点需要存储的数据量会大大减少，从而降低了对节点的性能要求，更多的节点可以成为验证者，从而提高了去中心化程度以太坊学位。

Verkle 树

4. 清除

ThePurge 的作用与 TheVerge 类似，两者都优化了数据存储，但侧重点不同。 Verge 优化了验证所需的数据量，而 Purge 则清除了现有的历史数据和呆帐，可以减少验证者所需的数据量。 硬盘空间，简化存储，从而减少网络拥塞，提高交易处理速度。 Buterin 表示，到这个阶段结束时，以太坊应该能够每秒处理 100,000 笔交易。

5. 挥霍

TheSplurge是一系列比较小的升级，主要用于保证前4个阶段后网络的顺畅运行，也就是修复和修复剩下的问题。 当这个阶段完成后，以太坊将真正进入“全身”阶段！ 这也将是一场史无前例的 Web3 盛会。

总结

完成以上五个阶段后，以太坊才能真正成为世界计算机：更安全的交易、更高的TPS、更低的Gas、更多的用户和更丰富的使用场景。 虽然按照合并的经验，整个阶段肯定不会特别顺利，但希望那一天到来的时候，大家能够像合并的那一天一样，欢聚一堂，共同庆祝Web3的这次伟大胜利！

（免责声明：请读者严格遵守当地法律法规，本文不代表任何投资建议）