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前言
以太坊作为一种智能合约平台，自2015年上线以来，其生态系统不断壮大，吸引了越来越多的用户和开发者。然而，随着用户数量的增加，以太坊的性能问题也变得越发明显。当大量用户同时在以太坊上进行交互时，区块链可能会出现拥堵，导致交易处理速度变慢并且交易成本增加。所有的公鏈都在尋找這樣的三角平衡，即是去中心化、安全性和效率。這三個特點相互牽制，追求任何兩點，都會犧牲剩下的一點。兩個核心之下，效率只能抛棄，也導致了以太坊鏈上 交易過程很慢，手續費高昂的問題。
为了解决这些性能问题，以太坊需要进行扩容，以提高其每秒处理的交易数量和每笔交易的处理速度。目前，以太坊的扩容方案可以分为链上扩容和链下扩容两种类型。
- 链上扩容是对以太坊本身的改进，其中的主要方案是分片。
- 链下扩容是在第一层主网之外构建解决方案，主要方案是Rollup技术。
- Rollup技术可以通过在主网之外处理交易，实现更高的扩展性，并且可以采用不同的设计来平衡安全性和效率。
接下來我們主要解讀分片和Rollup的技術和各自的特點
链上扩容（On-chain Scaling）：
链上扩容是指对区块链本身进行改进，以提高其性能和扩展性。其中一个主要的链上扩容方案是分片（Sharding）。分片的概念是将整个以太坊网络分成许多较小的片段，称为分片，每个分片都负责处理一部分交易。这样可以让整个网络并行处理多个分片的交易，从而提高整体的交易处理能力。分片可以有效地将负载分散到多个分片上，减轻了单一区块链的压力，从而提高了整个网络的吞吐量。
然而，分片技术也面临一些挑战。例如，跨分片的通信和数据同步是复杂的问题。而且，分片后也可能会出现一些安全性和隐私性的考虑，需要通过有效的协议和机制来解决。
以下是以太坊目前的链上扩容计划和升级进展：
- The Merge升级和上海升级：The Merge是以太坊从工作量证明（PoW）共识机制转向权益证明（PoS）的升级，而上海升级是这一过程中的一部分。通过The Merge和上海升级，以太坊实现了PoS共识机制，使用户能够将持有的代币质押到对应的区块链上并获得质押收益。这为后续的分片和链上扩容奠定了基础。
- danksharding和Surge升级：danksharding是以太坊分片技术的解决方案。分片技术将整个以太坊网络划分为多个片段（分片），每个分片可以并行处理一部分交易，从而提高整体的交易吞吐量。Surge升级是通过实施danksharding方案来提高以太坊的TPS（每秒处理交易数量）和降低gas费（交易手续费）。danksharding的细分数据处理流程还将实现去中心化的出块、验证和抗审查能力，同时将以太坊打造成结算层和数据可用性层，为Layer2的计算性能提升留下空间。
- EIP-4844（Proto-danksharding）：EIP-4844是danksharding的第一步实现方案，将在下一次的坎昆升级中实施。它将实现构成完整danksharding规范的大部分逻辑。
- 效果和影响：完成Surge升级后，以太坊的TPS将大幅提升，降低Layer1和Layer2之间的传输成本，并实现更低的gas费和更高的TPS。这将改善用户体验，并为Layer2相关生态的发展提供更好的条件。
总体而言，以太坊正在采取一系列重要的链上扩容措施，包括实现PoS共识机制、引入分片技术，以及降低交易费用和提高交易吞吐量。这些升级和改进将使以太坊能够更好地应对日益增长的用户需求，并为未来的发展奠定坚实基础。
链下扩容（Off-chain Scaling）：
链下扩容是通过在第一层主网之外构建解决方案，实现更高的扩展性，而无需修改现有的以太坊协议。其中一个主要的链下扩容方案是Rollup。
Rollup技术目前有两种主要类型：Optimistic Rollup和ZK-Rollup。Optimistic Rollup采用一种乐观的方法处理交易，然后在主网上进行验证，如果发现错误则进行回滚。ZK-Rollup则利用零知识证明来实现更高效的验证和隐私保护，但构建更复杂且验证过程更加昂贵。
Rollup方案：
- Optimistic Rollup：Optimistic Rollup 在链下执行交易，并假设交易是合法的，然后将交易数据提交到主网上。在提交期间，任何人都可以对交易进行欺诈证明，如果发现有虚假交易，那么对应的交易将被回滚。这种方案在主网上保证了交易的安全性，但在欺诈证明的处理过程中可能会有一定的时间延迟。
- ZK-Rollup：ZK-Rollup 使用零知识证明来验证交易的正确性，而不是假设所有交易都是合法的。这意味着在提交到主网上之前，所有交易都必须通过零知识证明进行验证。ZK-Rollup 提供了更高的隐私性和安全性，同时也可以提高处理速度。
圖為各大公鏈的TVL排名（來源：DeFiLlama）
小结
综合而言，以太坊将链上扩容和链下扩容结合起来可能是未来实现更高性能和更好扩展性的有效途径。通过持续不断地改进以太坊的底层技术和引入更多Layer 2解决方案，以太坊有望成为真正意义上的世界计算机。
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