以太坊扩容新框架：多维 Gas 与 ZK-EVM 的双线推进

现在谈扩容。

这里分为两个层面：短期和长期。

关于短期扩容，我已在其他地方详述。主要包括：

• 区块级访问列表（将在 Glamsterdam 升级中推出），支持区块的并行验证。
• ePBS（同样将在 Glamsterdam 升级中引入），具备多项功能，其中之一是允许安全地利用每个 slot 的大部分时间（而不仅仅是几百毫秒）进行区块验证。
• Gas 重新定价机制确保各项操作的 gas 成本与实际执行时间（及其带来的其他消耗）相匹配。我们也在初步尝试多维 gas，确保不同资源有各自的上限。这两项改进都能让我们在验证区块时安全地利用更大比例的 slot 时间，无需担心极端情况。

多维 gas 有一套分阶段推进的路线图。

首先，在 Glamsterdam 升级中，我们将“状态创建”成本与“执行和 calldata”成本分离。目前，SSTORE 操作将 slot 从非零改为非零消耗 5000 gas，从零改为非零消耗 20000。Glamsterdam 的一次 gas 重新定价会大幅提升这部分额外成本（例如提升至 60000）；我们这样做的目标（叠加 gas 上限提升）是让执行能力的扩展远超状态容量扩展，原因我之前已有详细阐述（

https://ethresear.ch/t/hyper-scaling-state-by-creating-new-forms-of-state/24052）。因此，在 Glamsterdam 升级后，SSTORE 操作将收取 5000“常规”gas 和（例如）55000“状态创建 gas”。

状态创建 gas 不计入约 1600 万交易 gas 上限，因此可以部署比现有更大的合约。

一个挑战是：EVM 如何支持多维 gas？EVM 的操作码（如 GAS、CALL 等）假设只有一个 gas 维度。我们的方案如下：我们保持两个不变性：

• 如果您用 X gas 发起调用，该调用拥有 X gas，可用于“常规”或“状态创建”或未来的其他维度。
• 如果您调用 GAS 操作码，显示有 Y gas，然后用 X gas 发起调用，调用后至少还剩 Y-X gas，可用于任何功能，进行后续操作。

我们的做法是，创建 N+1 个“gas 维度”，默认 N=1（状态创建），额外维度称为“reservoir（蓄水池）”。EVM 执行时优先消耗专用维度，否则消耗 reservoir。例如，若账户拥有（100000 状态创建 gas，100000 reservoir），使用 SSTORE 新建状态三次后，剩余 gas 分别为（100000, 100000）->（45000, 95000）->（0, 80000）->（0, 20000）。GAS 返回 reservoir，CALL 传递 reservoir 中指定的 gas 量及所有非 reservoir gas。

后续将切换到多维定价，即不同维度可采用各自浮动的 gas 价格。这将带来长期的经济可持续性和最优性（详见

https://vitalik.eth.limo/general/2024/05/09/multidim.html）。reservoir 机制解决了该文结尾所述的子调用问题。

接下来，长期扩容分为两部分：ZK-EVM 和 blobs。

对于 blobs，计划是持续迭代 PeerDAS，最终目标是能够理想地处理约 8 MB/秒数据。这已足以满足以太坊自身需求，无意成为全球数据层。目前，blobs 主要服务于 L2。未来，计划将以太坊区块数据直接写入 blobs。这对于无需亲自下载和重执行即可验证超大规模以太坊链至关重要：ZK-SNARKs 消除了重执行需求，PeerDAS 在 blobs 上让用户无需下载即可验证可用性。

对于 ZK-EVM，目标是分阶段提升依赖程度：

• 2026 年，将有支持用户以 attester 身份参与 ZK-EVM 的客户端。此时尚不足以让网络完全运行在 ZK-EVM 上，但例如 5% 的网络依赖 ZK-EVM 是可行的。（若 ZK-EVM 出现故障，不会被罚没，只是有构建在无效区块上并损失收入的风险）
• 2027 年，将建议更多少数网络节点运行 ZK-EVM，同时全面推进形式化验证和安全性提升。即使只有 20% 的网络运行 ZK-EVM，也能大幅提升 gas 上限，因为这为 solo staker（占比本就低于 20%）提供了低成本路径。
• 条件成熟后，将采用 3-of-5 强制证明机制。区块需包含来自不同证明系统的 5 种证明中的 3 种才被视为有效。届时，预计除需索引的节点外，所有节点都将依赖 ZK-EVM 证明。
• 持续优化 ZK-EVM，使其更健壮、形式化验证更完善等。这也将涉及后续可能的 VM 变更（如 RISC-V）。

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