以太坊(ETH)：过去、现在、未来

一、以太坊的升级路线图 M2SVPS

The Merge

在 The Merge 阶段，POW 共识机制将过度为 POS，信标链将合并在一起。为了便于理解，我们将以太坊结构简化为下图：

我们在这里先定义什么是分片：简单理解就是水平分割数据库以分散负载的过程

在转为 POS 后：区块提议者和区块验证者分离，POS 工作流程如下（根据上图理解）：

• 在 Rollup 上提交交易

• 验证者将交易添加到分片区块中

• 信标链选择验证者以提出新的块

• 其余的验证者组成随机的委员会并验证分片上的提议

提出区块和证明提议都需要在一个 slot 内完成，一般是 12s。每 32 个 slot 组成一个 epoch 周期，每个 epoch 将打乱验证者排序并重新选举委员会。

合并后，以太坊将为共识层实现提议者-构建者分离（PBS）。Vitalik 认为，所有区块链的终局都将是拥有中心化的区块生产和去中心化的区块验证。由于分片后的以太坊区块数据非常密集，出于对数据可用性的高要求，区块生产的中心化是必要的。同时，必须有一种能够维护一个去中心化的验证者集的方案，它可以验证区块并执行数据可用性采样。

矿工和区块验证分离。

矿工进行区块的构建，然后将区块提交给验证者。向验证者出价投标选择自己的区块，然后验证者投票来决定区块是否有效。

分片是一种分区方式，可以在 P2P 网络中分散计算任务和存储工作负载，经过这种处理方式，每个节点不用负责处理整个网络的交易负载，只需要维护与其分区（或分片）相关的信息就可以了。每个分片都有自己的验证者网络或者节点网络。

分片的安全性问题：

例如整个网络有 10 条分片链，破坏整个网络需要 51% 的算力，那么破坏单个分片只需要 5.1% 的算力。因此后续的改进就包含了一个 SSF 算法，这个算法能够有效防止 51% 的算力攻击。根据 vitalik 总结，转向 SSF 是一个多年的路线图，即使目前做了大量工作，它也将是以太坊较晚推行的重大变化之一，并且远在以太坊的 PoS 证明机制、分片和 Verkle 树完全推出之后。

信标链，负责生成随机数，将节点分配给分片，捕捉单个分片的快照和其他各种功能，负责完成分片间的通信，协调网络的同步。

信标链的执行步骤如下：

• 区块生产者对区块头和出价一起进行承诺。

• 信标链上的区块者（验证者）选择获胜的区块头和投标，无论区块打包者是否最终生成区块体，都将无条件获得中标费。

• Committee（验证者中随机选取）投票确认获得的区块头。

• 区块打包者披露区块体。

The Surge

该路线的主要目标是推动以 Rollup 为中心的扩容。Surge 指的是添加了以太坊分片，这是一种扩容解决方案， 以太坊基金会声称：该解决方案将进一步启用低 gas 费的二层区块链，降低 rollup 或捆绑交易的成本，并使用户更容易操作保护以太坊网络的节点。

该图仍然可以通过以下简图来理解：

以 zkrollup 运行原理为例：在 zkrollup 中分为排序器（sequencer）和聚合器（aggregator），排序器负责将用户交易排序，并且将其打包成批次（batch），发送给聚合器。聚合器执行交易，从前状态根（prev state root），生成后状态根（post state root），然后生成证明（proof），聚合器最后将前状态根、后状态根、交易数据，证明发送到 L1 上的合约，合约负责校验证明是否有效，交易数据存储在 calldata 内。Zkrollup 数据可用性可以让任何人能够根据链上存储的交易数据，还原出账户的全局状态。

但是使用 calldata 的费用非常昂贵，因此整个 EIP-4844 协议（可能随时改变）提出了将交易区块的大小改为 1～2MB，为未来的 rollup 与数据分片打下坚实基础。目前以太坊的区块大小大约是 60KB ~100KB，以 EIP-4844 为例，大概可以提升 10～34x 的区块大小极限。该区块格式被称为 blob（也可以称为数据分片 data shard）。

The Scourge

该阶段 Scourge 是路线图的补充，主要用于解决 MEV 的问题。那什么是 MEV？

MEV 全名 Miner Extractable Value / Maximal Extractable Value，这一概念最先应用在工作量证明的背景下，最初被称为「矿工可提取价值（Miner Extractable Value）」。这是因为在工作量证明中，矿工掌握了交易的包含、排除和顺序等角色能力。然而，在通过合并过渡为权益证明后，验证者将负责这些角色，而挖矿将不再适用（此处介绍的价值提取方法在这次过渡后仍将保留，因此需要更改名称）。为了继续使用相同的首字母缩写词以便确保延续性，同时保持相同基本含义，现在使用「最大可提取价值（Maximal Extractable Value）」作为更具包容性的替代词。

套利空间包括：

通过压缩存储空间，来获得 gas 费用的价差；

裁判员抢跑：广泛的搜索 mempool 上的交易，机器在本地执行计算，看看是否会有利可图，如果有则用自己的地址发起相同交易，并且使用更高的 gas 费；

寻找清算目标：机器人竞相以最快的速度解析区块链数据，从而确定哪些借款人可以被清算，然后成为第一个提交清算交易并自行收取清算费的人。

夹心交易：搜索人会监视内存池内 DEX 的大额交易。例如，有人想要在 Uniswap 上使用 DAI 购买 10,000 UNI。这类大额交易会对 UNI / DAI 对产生重大的影响，可能会显著提高 UNI 相对于 DAI 的价格。搜索人可以计算该大额交易对 UNI / DAI 对的大致价格影响，并在大额交易之前立即执行最优买单，低价买入 UNI，然后在大额交易之后立即执行卖单，以大额订单