以太坊擴容新架構：多維 Gas 與 ZK-EVM 的雙軌推進

現在來談擴容。

這裡分為兩個層面：短期與長期。

有關短期擴容，我已在其他地方詳細說明，主要包括以下幾點：

• 區塊級存取清單（將於 Glamsterdam 升級中推出），支援區塊的平行驗證。
• ePBS（同樣將於 Glamsterdam 升級中引入），具備多項功能，其中之一是允許能夠安全地利用每個 slot 的大部分時間（而不僅僅是幾百毫秒）來進行區塊驗證。
• Gas 重新定價機制，確保各項操作的 gas 成本能與實際執行時間（及其帶來的其他消耗）相符。我們也在初步嘗試多維 gas，確保不同資源有各自的上限。這兩項改進都能讓我們在驗證區塊時，更安全地利用更大比例的 slot 時間，而無需擔心極端情況。

多維 gas 有一套分階段推進的路線圖。

首先，在 Glamsterdam 升級中，我們將「狀態建立」成本與「執行和 calldata」成本分離。目前，SSTORE 操作將 slot 從非零改為非零消耗 5,000 gas，從零改為非零消耗 20,000。Glamsterdam 的一次 gas 重新定價，會大幅提升這部分額外成本（例如提升至 60,000）；我們這麼做的目標（同時提高 gas 上限）是讓執行能力的擴展遠超狀態容量擴展，原因我之前已有詳細說明（

https://ethresear.ch/t/hyper-scaling-state-by-creating-new-forms-of-state/24052）。因此，在 Glamsterdam 升級後，SSTORE 操作將分別收取 5,000「常規」gas 和（例如）55,000「狀態建立 gas」。

狀態建立 gas 不計入約 1,600 萬交易 gas 上限，因此可以部署比現有更大的合約。

一個挑戰是：EVM 如何支援多維 gas？EVM 的操作碼（如 GAS、CALL 等）目前假設只有一個 gas 維度。我們的解決方案如下：我們維持兩個不變性：

• 如果您用 X gas 發起呼叫，該呼叫擁有 X gas，可用於「常規」、 「狀態建立」或未來的其他維度。
• 如果您呼叫 GAS 操作碼，顯示有 Y gas，然後用 X gas 發起呼叫，呼叫後至少還剩 Y-X gas，可用於任何功能，進行後續操作。

我們的做法是，建立 N+1 個「gas 維度」，預設 N=1（狀態建立），額外維度稱為「reservoir（蓄水池）」。EVM 執行時會優先消耗專用維度，否則消耗 reservoir。例如，若帳戶擁有（100,000 狀態建立 gas，100,000 reservoir），使用 SSTORE 新建狀態三次後，剩餘 gas 分別為（100,000, 100,000）->（45,000, 95,000）->（0, 80,000）->（0, 20,000）。GAS 回傳 reservoir，CALL 則傳遞 reservoir 中指定的 gas 量及所有非 reservoir gas。

後續將切換至多維定價，即不同維度可採用各自浮動的 gas 價格。這將帶來長期的經濟可持續性與最適化（詳見

https://vitalik.eth.limo/general/2024/05/09/multidim.html）。reservoir 機制解決了該文結尾所述的子呼叫問題。

接下來，長期擴容分為兩大部分：ZK-EVM 與 blobs。

關於 blobs，規劃是持續迭代 PeerDAS，最終目標是能理想地處理約 8 MB/秒的資料。這已足以滿足以太坊自身需求，並無意成為全球資料層。目前，blobs 主要服務於 L2。未來，規劃將以太坊區塊資料直接寫入 blobs。這對於無需親自下載和重執行即可驗證超大規模以太坊鏈至關重要：ZK-SNARKs 消除了重執行需求，PeerDAS 在 blobs 上讓用戶無需下載即可驗證可用性。

關於 ZK-EVM，目標是分階段提升依賴程度：

• 2026 年，將有支援用戶以 attester 身分參與 ZK-EVM 的客戶端。此時尚不足以讓網路完全運行於 ZK-EVM 上，但例如 5% 的網路依賴 ZK-EVM 是可行的。（若 ZK-EVM 發生故障，不會被罰沒，只是有建構於無效區塊上並損失收入的風險）
• 2027 年，將建議更多少數網路節點運行 ZK-EVM，同時全面推進形式化驗證與安全性提升。即使只有 20% 的網路運行 ZK-EVM，也能大幅提升 gas 上限，因為這為 solo staker（占比本就低於 20%）提供了低成本路徑。
• 條件成熟後，將採用 3-of-5 強制證明機制。區塊需包含來自不同證明系統的 5 種證明中的 3 種才被視為有效。屆時，預期除需索引的節點外，所有節點都將依賴 ZK-EVM 證明。
• 持續優化 ZK-EVM，使其更健壯、形式化驗證更完善等。這也將涉及後續可能的 VM 變更（如 RISC-V）。

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