以太坊:以太坊主網 2021 年終回顧：Rollup成擴展計算的最佳短期解決方案

原文標題：以太坊主網2021年終回顧

原文作者：ECN

以太坊基金會的TimBeiko在11月做了一次主題為《理解轉換到權益證明的過程》的演講。在這次的分享里，他回顧并整理了以太坊主網在2021年里進行的四次硬分叉，分別概述進行了哪些方面的改進；梳理了以太坊2.0路線圖的演變過程，解釋了為什么目前以rollup為中心以及采用可執行信標鏈的架構；詳細剖析了合并后的以太坊架構以及過渡的發生過程；最后回顧了2021年客戶端團隊探索合并的實現和進行測試的歷程，并交代了當前的進度以及未來的實現計劃。

這個演講非常適合作為以太坊主網在過去一年的總結，ECN特此譯制了這個視頻的演講部分，并附上相關的文章資源作為補充和索引，方便讀者重溫與整理。

2021年以太坊的四次硬分叉

柏林升級(四月)

納入的EIP：

?EIP-2565：模冪運算Gas開銷(ModExpGasCost)

對之前引入模冪運算預編譯模塊的EIP-198(大數模冪運算)進行重新重定價，該模塊使我們能引入許多需要模冪運算的密碼學算法，比如RSA簽名驗證。EIP-2565提議降低了該模塊?ModExp(0x00..05)?的gas開銷，使其與執行其他操作的開銷水平相仿。

?EIP-2718：類型化的交易信封(TypedTransactionEnvelop)

這份提案引入一種新的交易類型，它是一種交易信封，可以更易于支持多種交易類型。以太坊一開始上主網時只有一種交易類型，帶有字段“To"(指定交易發送的目的地)和“Data"(在交易中包含任意數據)，這使得以太坊客戶端必須步調一致，確保在完全相同的時間做完全相同的變更。后來，隨著交易類型發生變化，在偽龍(SpuriousDragon)硬分叉時納入了EIP-155(重放攻擊的簡單防護)，允許客戶端對字段有不同的解讀。EIP-2718無法解決由?EIP-155引入的復雜性，但可以防止未來再引入更多的復雜性，使得加入新的交易類型變得更簡單，例如EIP-1559類型的交易。

數據：以太坊上穩定幣發行量達到729億美元:據Debank數據顯示，以太坊上穩定幣發行量達到729億美元，排名前三的分別是：USDT（289億美元；39.66%），USDC（248億美元；34.13%），BUSD（101億美元；13.85%）。[2021/6/27 0:09:47]

?EIP-2929：提高狀態訪問操作碼的Gas開銷(Gascostincreasesforstateaccessopcodes)

這份EIP提高了一筆交易在首次調用?SLOAD,?CALL,?BALANCE,?EXT?和?SELFEDESTRUCT?時的gas開銷。但值得注意的是，對每個地址或存儲槽，這樣的高開銷僅發生在第一次觸發，隨后的多次調用每次僅消耗100gas。提高這些gas開銷一方面可以化解以太坊協議上仍保有的最大DoS攻擊向量的影響，另一方面是為以后實現無狀態以太坊限制見證數據的大小。

?EIP-2930：可選的訪問列表(Optionalaccesslists)

這份提案的目的是修正EIP-2929對現有合約帶來的破壞，并緩解gas開銷增大帶來的問題。此提案新增一個交易類型，它包含一個交易計劃會訪問的訪問列表(內容是地址和存儲項鍵)。通過指定一個訪問列表，客戶端可以更容易處理交易，而gas消耗量也因此可以安全地降低。

相關閱讀：

《柏林硬分叉后的gas成本》

《以太坊柏林升級公告》

倫敦升級(八月)

納入的EIP：

以太坊貓牧人將組織召開社區電話會議 討論EIP-1559的實施:2月17日消息，以太坊貓牧人（Ethereum Cat Herders）將于2月26日14:00（UTC）組織召開社區電話會議，討論EIP-1559的實施。會議的主要參與者包括：來自以太坊社區的EIP擁護者研究人員，開發人員和礦工。在簡要概述之后，小組將討論礦工對EIP提出的關注，討論相關的開發和研究更新，并回答社區提交的問題。主持人為以太坊基金會社區經理Hudson Jameson。演講人包括：以太坊開發者Tim Beiko、以太坊開發人員Rick Dudley、EIP編輯Micah Zoltu、加密研究員BarnabéMonnot，Hasu和Georgios Konstantopoulos、客戶端開發人員Tomasz K.Stańczak、網絡升級協調員James Hancock、礦工Wang Chun（F2Pool），BitsBeTrippin（Independent）和Chris K.（Flexpool.io）以及社區人員Aftab（DC投資者）。[2021/2/17 17:23:58]

?EIP-1559:Eth1.0費用市場變更(FeemarketchangeforETH1.0chain)

EIP-1559是以太坊史上最令期待的變更之一，也是倫敦升級里帶來最大變更的EIP。這份EIP將在網絡區塊里引入“基本費用(basefee)"，它會追蹤gas價格，這些價格來自網絡將接受的、基于對區塊空間需求的交易。這意味著錢包和用戶將可以更容易預測他們交易的價格。另外，EIP-1559新增了一種交易類型，用戶可以指定他們愿意支付的最高限額，當他們把這個最高限額費用發送給礦工時，會獲得最高限額費用減去基本費用與礦工小費之和的差值退款。最后，這份EIP還將導致部分交易費被燒毀，這一點被社區的大部分人認為是以太坊網絡經濟上的一個重要改善舉措。

以太坊跨鏈橋Secret Ethereum Bridge或將支持RSR:1月18日，隱私公鏈Secret Network宣布，根據此前的投票結果，以太坊跨鏈橋Secret Ethereum Bridge將支持的下一個ERC-20代幣為RSR。不過官方暫未公布具體支持時間等細節。[2021/1/18 16:24:44]

?EIP-3198:BASEFEE操作碼(BASEFEEopcode)

這份EIP是與EIP-1559搭配的。它只是簡單添加了一個?BASEFEE?操作碼，它返回的是執行交易所在的區塊的基本費用。這將使得智能合約可以在鏈上訪問這個值，這有助于提交欺詐證明和創建去信任的gas價格衍生品。

?EIP-3529:減少gas返還(Reductioninrefunds)

在倫敦引入的另一個重大變更是取消了操作碼SELFDESTRUCT?的gas返還和減少了操作碼?SSTORE?的gas返還。雖然設立返還的初衷是希望激勵開發者在可能的情況下清除狀態，然而現實是，這導致了GasToken的出現，反而增加了狀態大小。利用這些返還的gas，GasToken可以在gas價格很低的時候填滿狀態，然后在gas價格上升的時候獲得執行這些交易的返還。此外，gas返還還會導致區塊執行時間的變化。EIP-3529把"執行gas返還"從50%下調到最多20%。這一變更將有助于抵消由EIP-1559引入的額外區塊大小變化，因為EIP-1559允許區塊使用的gas是現在gaslimit的兩倍。

?EIP-3541:拒絕以0xEF字節開頭的新地址(Rejectnewcontractsstartingwiththe0xEFbyte)

動態 | 以太坊伊斯坦布爾升級將破壞Aragon平臺的680份智能合約:以太坊的Ropsten測試網絡將于本周三進行系統范圍的升級。盡管伊斯坦布爾升級最終應該會提高網絡效率，然而根據Aragon One首席技術官Jorge Izquierdo的說法，特別是對于治理平臺Aragon，代碼更改預計將破壞大約680個智能合約。這些智能合約通常管理在以太坊區塊鏈上運行的去中心化應用程序（dapps）的治理。Izquierdo表示，這意味著受影響的智能合約需要強制升級，以確保當前在Aragon平臺上構建的所有去中心化自治組織（DAO）繼續正常運行。到目前為止，DAO可以相互接收ETH。然而在伊斯坦布爾硬分叉之后，這將不再可能。（coindesk）[2019/10/1]

這份EIP將使得倫敦升級后，以0xEF字節開頭的新合約就無法部署，它們會被保留下來以后作為識別符合EIP-3540語義的方式。EIP-3540提出的EVM對象格式(EVMObjectFormat,EOF)是一種可擴展和版本化的EVM字節碼容器格式，會在部署時進行一次性驗證。因此，EIP-3541是為以后更廣泛的EVM改良奠定基礎。

?EIP-3554:難度炸彈延遲至2021年12月1日(DifficultyBombDelaytoDecember1st2021)

EIP-3554延遲難度炸彈，也以冰河時代為人所知。難度炸彈或冰河時代是以太坊引入的一種機制，在網絡過渡到權益證明時”凍結“挖礦。由于權益證明的過渡還未準備好，我們需要推遲炸彈的”爆炸“時間。這在過去已經進行過三次：在大都會(EIP-649)、君士坦丁堡(EIP-1234)和穆爾冰川(EIP-2384)。

聲音 | Vitalik Buterin：可伸縮性、隱私性和可用性是以太坊的三大發展重點:據Invest In Blockchain消息，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin在與Abra首席執行官Bill Barhydt交流時分享了以太坊的三大發展重點：可伸縮性、隱私性以及可用性。其表示，以太坊網絡需要每秒處理100,000筆交易才能成為未來可行的平臺。此外，Vitalik Buterin還表達自己對比特幣作為一種價值儲存手段將如何發揮作用的看法，其認為如果比特幣的意圖是充當一種貨幣，那么轉向“權益證明”（Proof-of-Stake）會更好。[2019/3/21]

相關閱讀：

《倫敦升級概覽》

《倫敦主網升級公告及相關代碼變更》

《為什么需要1559》

《為什么我認為EIP-1559的區塊容量變化無須擔心》

《MEV與EIP-1559》

《從MEV視角分析EIP-1559下的交易打包市場》

《以太坊倫敦升級完成時(第37期以太七日談)》

《EIP-3529：減少GAS返還》

信標鏈Altair升級(十月)

Altair是信標鏈的一次升級，它新增的功能包括：

支持輕客戶端的同步委員會

為了減少規范復雜性的激勵計算改革

修改證明獎勵，以提高激勵兼容性

單獨核算每個驗證者的怠工懲罰

懲罰參數更新為原定的懲罰水平

相關閱讀：

《Altair主網升級公告》

《建模分析Altair升級的影響》

《Finalizedno.24》

《Altair升級講解(第30期以太七日談)》

各期的《共識層進展更新》

ArrowGlacier升級(十二月)

ArrowGlacier是另一個類似于MuirGlacier的網絡升級。它將只包括一份EIP——把難度炸彈推遲到明年夏天，以防區塊鏈凍結，即“冰河時代(iceage)"。

相關閱讀：

《以太坊難度炸彈歷史梳理》

《ArrowGlacier升級公告》

以太坊2.0路線圖演變過程

在2018年臺北的一次研討會上，以太坊的核心開發者做出了一個分三個階段的以太坊2.0路線圖，每個階段交付的內容是：

階段0將帶來信標鏈

在階段1，會加入數據分片

在階段2，在每個分片加入虛擬機，以在系統里實現計算。

到了2020年末，在信標鏈快可以啟動之前，盡管階段1的工作進展順利，但將在階段1引入的分片上實現計算功能的階段2仍然有很多未解決的問題。同時，rollup(即二層的擴容方案)方面正發生非常快速的進展。多個團隊公布要上測試網，且取得令人鼓舞的早期成果。大約在這個時候，Vitalik在EthereumMagicians論壇上發表了長文，論述我們應該把短期和中期的擴容工作集中在rollup上。它們不僅會在階段2完成前上主網，還會是階段1的最大受益者。

同年11月，MikhailKalinin發表的《可執行信標鏈(ExecutableBeaconChain)》，提出了目前的合并架構，帶出了幾點洞見：

信標鏈已經啟動了，現在可以作為共識引擎來使用；

Rollup是擴展計算的最佳短期解決方案；

當前的Eth1客戶端是作為合并后執行層的最佳基礎；

搬到權益證明可以通過對當前運行的應用影響最小的方式實現

在文章里，Mikhail提議直接把權益證明作為客戶端使用的新共識算法。

相關閱讀：

《詳解以太坊2.0信標鏈》

《Vitalik：以rollup為中心的以太坊路線圖》

《可執行信標鏈》

《以太坊核心開發者會議更新006》

《Vitalik：以rollup為中心的以太坊最終圖景》

合并后的架構與合并過程

概括來說，合并后，客戶端將從根據PoW鏈轉為根據PoS鏈來決定以太坊的最新有效區塊。此外，客戶端大多數的功能，以及更重要的EVM、它的狀態，和它是如何執行交易的，都保持不變。現在的Eth1和Eth2客戶端分別變成以太坊的執行層和共識層(或叫做引擎)。這意味著Eth1或信標鏈客戶端的節點運行者將需要運行堆棧的“另一半”，以擁有一個完整的驗證節點。

在合并的過程中，信標節點將監測當前的PoW鏈，當有區塊的TotalDifficulty觸達設定的?TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY?(終結總難度)時，該區塊就成為最后的PoW區塊，隨后的區塊都開始由信標鏈上的驗證者構建和證明。當這個區塊在信標鏈上被最終敲定時，合并就完成了。

相關閱讀：

《以太坊核心開發者會議更新007》

《以太坊TheMerge重點摘要》

實現合并的歷程與計劃

實現合并的三次標志性事件為：四月進行的Rayonism黑客松、十月進行的Amphora工作坊，以及十一月開啟的Kintsugi計劃。

為了驗證可執行信標鏈架構的可行性，在長達一個月的Rayonism黑客松里，客戶端團隊進行了原型設計，搭建了測試網Nocturne，證明了可執行信標鏈是一個可行的架構。

到了十月，在Amphora工作坊活動中，客戶端團隊再次聚集在一起解決規范上懸而未決的問題。活動最后，客戶端團隊搭建了一個開發測試網，它跑完了所有客戶端組合的轉換過程，并對合并后的區塊做了最后敲定。

Amphora活動后，經歷了四個短暫的開發測試網，開發者推出了Kintsugi測試網計劃。在十一月到十二月中旬這段期間，每周開發者會上線一個新的開發測試網，并基于上一個進行改進。在圣誕假期期間，已經上線了一個長期的公共測試網，并鼓勵大家參與測試。

目前實現工作已經完成了80%~90%，ArrowGlacier把難度炸彈推遲到明年六月，也就是說明年六月前更多的是測試工作。

相關閱讀：

《Amphora:一個合并的重要里程碑》

《Kintsugi合并測試網公告》

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