一文读懂坎昆升级将改进以太坊的哪些性能?

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撰文:西柚,ChainCatcher

编辑:Marco,ChainCatcher

坎昆升级(Dencun)可谓是 2024 年度以太坊网络最值得关注的事情,也是继去年上海升级(Shapella)后的又一大更新,预计将于 2 月底完成。

根据 1 月 24 日以太坊博客文章显示,坎昆升级已于 1 月 17 日在以太坊 Goerli 测试网络上激活,并计划在 1 月 30 日和 2 月 7 日分别激活 Sepolia 测试网和 Holesky 测试网升级。

一旦 Dencun 升级在这三个测试网上顺利完成运行,接下来就会在以太坊主网进行激活,预计激活时间为 2 月底。

由于以太坊每次升级都暗藏着众多机会,关注以太坊升级的进程也成为加密社区的第一要事。2022 年 9 月份,以太坊完成合并升级完成从 PoW 到 PoS 的转变,ETH 成为了通缩资产;去年 5 月,以太坊通过上海升级对用户开放了质押提取功能,在升级前几个月内,以太坊质押相关的赛道如 Lido、SSV Network 等 LSD 资产全线齐涨等。

那么,究竟什么是坎昆升级?这次升级将改变以太坊哪些性能?EIP-4844 提案是什么?有哪些项目和赛道将会从本次升级中受益?潜在的交易机会有哪些?

什么是坎昆升级?

坎昆升级全称「Cancun-Deneb」,是 Cancun 和 Deneb 这两个升级的组合,英文简称为「Dencun」。中文的「坎昆升级」其实只代表了前半部分的「Cancun」而省去了 Deneb 部分,完整的称呼是「坎昆 -Deneb」升级。

以太坊每个升级名字对应着以太坊网络的特定层,坎昆(Cancun)升级旨在改进以太坊执行层的性能,而 Deneb 升级则侧重于共识层。

为了更好理解这些概念,需要先了解一下以太坊目前的架构和状态。

在以太坊合并之前,以太坊网络主要由「执行层和共识层」两个部分组成,二者彼此独立运行。

执行层主要负责处理智能合约逻辑执行的部分,也就是交易计算发生的地方,它是原来的以太坊主网,也被称为「以太坊 1.0」,其还负责维护以太坊网络的状态并执行以太坊虚拟机(EVM)代码等。

执行层升级是以之前举办 Devcon 的城市命名:柏林 ->伦敦 ->上海 ->坎昆 ->布拉格 ->大阪 ->波哥大。

共识层主要确保所有交易和智能合约通过质押 PoS 进行验证,使所有节点及客户端之间实现共识,达成状态一致,它是此前与执行层合并后形成的信标链(Beacon),也被称为「以太坊 2.0」。

每个共识层升级都会被赋予一颗恒星的名称,按第一个字母顺序选择:Altair->Bellatrix->Capella->Deneb->Electra->(F)unknown。

合并后,以太坊的执行性和共识层平行运行,二者通过引擎 API 的接口进行通信或信息互通。引擎 API 允许执行客户端向共识客户端请求区块信息,也允许共识客户端向执行客户端发送新区块或请求执行有效性证明(Execution Validity Proof)等。

执行层的升级被称为坎昆(Cancun),共识层的升级将被称为 Deneb,整个升级的名称就是 Cancun-Deneb。虽然即将到来的坎昆升级和 Deneb 升级在技术上有所不同,但它们是同时实施的,因此也喜欢使用合成词「Dencun」来指代这种组合升级。

大幅度降低数据上链成本

坎昆升级是继上海升级后,对以太坊主链进行的再次升级,这次升级的目的是希望解决以往被诟病的性能低、费用高、网络拥堵等问题,通过推动以太坊扩容进程来提高主链 TPS 和降低用户 Gas 费,同时增强可扩展性和安全性,提高网络性能。

而根据 Dencun 升级的本次命名,可以看出这次升级将主要改进及优化以太坊网络中执行层中的智能合约、EVM 和共识层中的数据共识及状态对齐等问题。在本次升级中,以太坊社区提出了一系列的改进方案 EIPs,共有 6 条经过社区成员讨论、测试和投票后决定实施的技术规范。

其中,EIP-4844 是坎昆更新的核心,EIP-4844 也被称为 proto-danksharding 提案,是分片 Danksharding 扩容解决方案的初始版,也是一种临时扩容解决方案。

通过实现链下数据的临时存储和访问,降低 Layer2 数据发布到以太坊主网上的 Gas 成本,尤其是 Rollup 解决方案,可将其数据发布至主网的 Gas 费用降低至现在千分之一以下,从而降低用户使用其网络 Gas 费。

EIP-4844 提案中引入了 Blob 交易类型,这是一种新的数据格式,帮助扩展以太坊,代表从 Layer2 回传过来的数据,和 Layer1 以太坊主网上产生的原生数据 Calldata 区分。Blob 携带的数据仅由以太坊共识层下载和存储,但不支持执行性 EVM 访问,且这个数据是有时效性的,有效期约 18 天。

Blob 是一个外部临时存储,并没有真正的把 Layer2 交易数据存储到 Layer1 中,且定期会失效,这极大的降低了数据存储成本。

这个过程简单来说,Blob 是以太坊主网为 Layer2 网络交易等数据上链搭建的一个单独的通道,在这个通道中,以太坊 Layer2 数据完成传输、存储、验证等服务,且 Gas 费以及存储成本都是定制的,与以太坊网络的活跃度无关。

EIP-4844 的主要目标是通过使用新型的 Blob 数据格式携带交易,使以太坊的 L2 Gas 费降低,使向完全分片的过渡更加容易,因为所有未来的升级仅在共识层上进行。

在产品架构层面,EIP-4844 引入了 Blob 携带交易,这是以太坊第一次为 L2 单独构建数据层,为后续完全分片 Danksharding 打下基础;

经济模型层面,EIP-4844 将为 Blob 引入新的费用市场,这是以太坊迈向多维市场的第一步;

用户体验层面,用户最直观的感知就是 L2 费用的大幅降低,这将为 L2 以及其应用层的爆发提供重要基础。

正如 StarkWare 联合创始人 Eli Ben-Sasson 所言,此次升级将降低所有 L2 的数据可用性成本。

坎昆升级还将改进以太坊网络哪些性能?

除了 EIP-4844 降低 Rollup 数据上链成本外,还有提高 EVM 效率的 EIP-6780 和 EIP-5656,改善质押体验的 EIP-7044,优化共识层和执行层之间通信的 EIP-4788 等提案。

在执行层 EVM 方面,EIP-6780 和 EIP-5656 提案通过更改相关代码功能,分别提高了智能合约安全性和处理效率。

EIP-6780 通过更改智能合约中的 SELFDESTRUCT 操作码功能,将其限制在一定条件下才能执行,以增强了智能合约代码的安全性。

SELFDESTRUCT 也称自毁代码,主要功能是自动销毁智能合约,允许智能合约自动将自身从区块中删除。

当合约执行自毁操作时,合约账户上剩余的以太坊会发送给指定的目标,其存储和代码状态也会被删除。虽然能在紧急情况下帮助开发人员删除智能合约,并将合约内的余额转移到指定的地址,但这一特性也可能被不法分子利用,使它成为了攻击手段。

EIP-6780 提案旨在通过限制可能破坏智能合约的 SELFDESTRUCT 操作码功能,降低了智能合约中的漏洞风险。比如开发者只有在自己调用该操作码时,智能合约才会执行自毁操作,将账户剩余的 ETH 发送给调用者等。

EIP-5656 主要是对 EVM 代码进行了升级微调,引入了一个名为 MCOPY 的新操作码,可优化智能合约执行期间,内存中数据复制的过程及性能。MCOPY 简化了 EVM 数据处理过程中的操作指令,既提高了数据在 EVM 中移动的效率,又可降低与数据处理操作相关的 Gas 费。

在当前的 EVM 架构中,使用的现有操作码复制大量数据段,不但操作指令过多、效率低下,成本也很高昂。在 EIP-5656 下,使用 MCOPY 复制 256 字节内存仅需花费 27Gas,而使用先前的方法则需要 96Gas,相比新提案可使 Gas 费降低了四分之一。

同时,更快的内存操作意味着合约的执行速度更快,开发人员也将在处理大型数据结构或涉及内存操作的复杂操作时更有优势。

EIP-5656 和 EIP-6780 虽没有改变以太坊的整体方向,但通过更改或引入 EVM 相关操作码,提高了以太坊开发者在智能合约方面的效率,并减少了漏洞发生。

在以太坊共识层方面,社区提出了 EIP-7044 和 EIP-7045 的提案改进验证器和质押相关操作过程,让以太坊质押更安全。

EIP-7044 旨在简化和改善以太坊质押的退出机制,确保锁定在 Capella(上海)升级之前签署的自愿退出永久有效。

目前,以太坊质押市场多以委托质押为主,即用户将其持有的 32ETH 或倍数委托给验证器运营商,由其负责管理运行以太坊验证器的技术和操作。当用户退出以太坊验证器时需要使用验证器的签名密钥签署所谓的「自愿退出」或「自愿退出操作」申请,且签署的自愿验证器退出。目前,签署的自愿退出仅对两次升级有效,一旦 Deneb 升级发生将失效。这意味着,如果以太坊坎昆升级不改变这一规则,用户想要退出质押在验证器中的以太坊就需要听从验证器运营商的新规则。

EIP-7045 增加以太坊区块证明槽中的包含范围,以降低区块确认时间和减少以太坊用户延迟。

此外,还有解决以太坊执行层和共识层通信的 EIP-4788,和专注降低数据存储成本的 EIP-1153。

EIP-4788 主要用于改善以太坊执行层和共识层的跨链信息互通问题,即在执行层 EVM 中放置了一个共识层信标链 Beacon 区块根,即父区块的摘要信息等,以实现在太坊主网 EVM 层上传递以太坊的共识状态,而无需依赖第三方传递信息和数据,消除了外部预言机提供这些数据的需要,从而减少了潜在的故障或操纵,从而改善了以太坊网络的互操作性和稳定性。

EIP-4788 本质上引入了协议级预言机,它将以太坊的共识状态传递到以太坊主网,部署在以太坊主网上的智能合约和协议将不再需要可信的预言机解决方案来获取有关以太坊共识状态的信息。

这一变化对于 Lido、Rocket Pool 等流动质押协议和 Eigenlayer 重新抵押解决方案,及跨链桥特别有利,因为这些部署在以太坊主网上的智能合约,可直接访问共识层验证者余额和状态等关键数据,减少重新质押中的信任假设从而增强其安全性和运营效率。

EIP-1153 提案专注于降低合约执行期间数据存储的成本和优化区块空间,使交易更具成本效益和效率。

本次坎昆升级将专注于降低 Layer2 网络数据上链的成本、执行层 EVM 性能的改进和以太坊质押体验的优化等。

关于坎昆升级的时间

按照前期以太坊 ACDE 会议提供的路线,坎昆升级测试将按 Goerli、Holesky、Sepolia 等测试网顺序进行。

根据 1 月 24 日,以太坊博客发布的坎昆升级进程显示,坎昆升级已于 1 月 17 日在以太坊 Goerli 测试网络上激活。并计划在 1 月 30 日和 2 月 7 日分别激活 Sepolia 测试网和 Holesky 测试网升级。

等 Dencun 升级在这三个测试网全部完成时,接下来就会在以太坊主网进行激活,预计激活时间为 2 月底。

不过,在 1 月 18 日最新一期的 ACDE 以太坊核心开发者电话会议中,被问及开发人员对 Dencun Layer2 升级的信心如何?

一位网名为「Protolambda」的 Optimism L2 网络开发人员表示,Optimism 团队的目标是在几周内开始在 Goerli 上进行测试。虽然 Optimism 团队似乎能够支持 Dencun,但对 Blob 交易的基础设施和工具的准备情况感到担忧,另外,在 Layer1 以太坊主网上也有很多基础设施需要更新。

坎昆升级会如何影响开发者、用户?

本次坎昆升级,通过实施的 EIP-4844、EIP-1153 等提案优化了网络交易吞吐量、数据存储和区块空间来降低以太坊的交易费用并提高处理速度,为开发者和用户提供无缝体验,也将为以太坊链上生态应用开启新的里程碑。

另外,引入的 Blob 概念的推动了以太坊 Danksharding 分片计划的进程,据悉,通过 Proto-danksharding,预计将使以太坊的吞吐量增加 100 倍以上,Layer2 交易成本低于 0.001 美元。也将 Rollup 系 Layer2 网络 Gas 费降低至千分之一。

那么,坎昆升级如何影响开发者、用户和更广泛的以太坊生态系统?

对于用户来说,坎昆升级通过引入 Blob 来存储和检索链下数据,从而降低了 Layer2 网络数据上链的成本,用户可以享受到 Layer2 网络的低 Gas 费交易及更多的链上用例,因为低 Gas 费、高吞吐量将催生更多样化的用例,尤其是有高频交易需求的用例,比如游戏、衍生品类产品等。

另外按照社区目前的规划,以太坊很快尝试 Danksharding 的分片方案,如果这个方案顺利,再配合 Layer2 等 Rollup 技术,以太坊的 TPS 将迎来巨大的提升,展开新的叙事。

对于开发者来说,EIP-4844 将使开发者能够更灵活、更创新、更多样地开发以太坊应用。

开发者将能够利用 proto-danksharding 来存储和检索链上数据,以支持更多的 Layer2 解决方案和应用场景。开发者还将能够为未来的完整 danksharding 做好准备,从而利用更多的碎片资源和功能。

EIP-6780 和 EIP-5656 等提案的改进,将会为开发者提供一个更高效的、成本更低的智能合约的部署以及开发平台,让其有更多时间专注于产品上而不是基础设施的性能改进上。

对 Rollup 系网络性能的优化,让开发人员处理高频、复杂交易的场景成为现实,这将使开发者在智能合约或 DeFi 应用中集成更复杂的功能。

对于以太坊生态,首先,坎昆升级优化了以太坊 Layer2 网络性能,将推动其链上应用的繁荣、带动生态的爆发。另外,在数据储存和数据可用性方面的优化将推动 DA 和去中心化存储等应用的发展,质押体验的改进有利于 LSD 及 LSDfi 应用的发展等。

本文来源:陀螺科技 文章作者:链捕手
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