以太坊 正在進一步發展，其下一個重大升級「The Surge」即將登場。此階段旨在提升擴展性，同時不犧牲去中心化或安全性。作為以太坊長遠願景的一部分，「The Surge」將令網絡的容量提升至每秒超過 100,000 筆交易（TPS），橫跨 Layer 1 和 Layer 2。本文將解釋一切有關以太坊邁向成為最具擴展性及高效區塊鏈的下一步。
什麼是以太坊 2.0 的「The Surge」？
「The Surge」是指以太坊通過 擴展性的轉變，主要透過 Layer 2 (L2) 解決方案和 Rollup 技術實現。以太坊創辦人 Vitalik Buterin 提出了此概念，作為以太坊路線圖的一部分，目的是令網絡更快速及高效。主要目標是處理更多交易，同時保持去中心化、安全性及互通性。
目前以太坊在基層層處理約 15–30 TPS。雖然此性能已能滿足許多應用需求，但高峰期時會引發擁堵，導致較高的 Gas 費用。「The Surge」旨在解決這些瓶頸，提升以太坊服務全球規模應用的能力。
「The Surge」的主要特點
「The Surge」路線圖 | 資料來源：Vitalik Buterin
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L1 與 L2 網絡每秒 100,000+ TPS： 使用 Layer 2 Rollup，以太坊能處理每秒超過 100,000 筆交易。Rollup 技術將大量交易打包並提交至以太坊區塊鏈，提升交易吞吐量並降低 Gas 費用。
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去中心化與安全性： 「The Surge」確保以太坊保持去中心化，允許用戶使用最少的資源運行節點。加強的加密證明（如 SNARKs）將進一步鞏固以太坊的信任特性。
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利用 DAS（數據可用性取樣）提升數據可用性： DAS 技術使節點無需下載全部數據即可進行驗證，提升效率並支持 L2 解決方案的發展。
以太坊前進至 100,000 TPS 的路徑
以太坊目前在 Layer 1 的處理能力約為 15–30 TPS。然而，透過 Rollups 和 DAS，網絡目標提升至超過 100,000 TPS。Vitalik Buterin 強調，以太坊應該像是一個統一的生態系統，而不是一系列分裂的區塊鏈集合。
這意味著 Layer 2 解決方案之間更好的跨鏈互操作性以及流暢的用戶體驗。以太坊的路線圖專注於打造一個網絡，使得在不同層之間移動資產如同在錢包間傳送 ETH 一樣簡單。
The Surge 的時間表
以太坊的 The Surge 涉及多個階段，重點在於不斷升級 Layer 1 和 Layer 2。以下是根據最近的更新和路線圖預計的時間表：
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2024 年第一季 – Dencun 升級（Proto-Danksharding 上線）
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引入 Proto-Danksharding（EIP-4844） 利用數據「塊」（blobs）改善數據可用性。
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為進一步的 Rollup 擴展奠定基礎。
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以太坊的 Layer 2 解決方案 開始利用改進的數據可用性以實現更快速且更低成本的交易。
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2024–2025 年 – Rollup 擴展與驗證系統成熟化
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新型 密碼學 驗證（例如 SNARKs）將提升 Rollup 的信任無需性。
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數據可用性抽樣（DAS）系統（如 PeerDAS 和 2D DAS）將進一步擴展以支持更高的交易吞吐量。
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2025 年底 – Gas 費優化與 Layer 1 增強功能
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引入 EOF（Ethereum Object Format），以更高效地執行智能合約。
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潛在採用多維 Gas 費計價機制，分隔計算、數據和存儲的費用。
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可能直接在以太坊協議中集成原生 Rollup 解決方案。
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2026 年及以後 – 完整的 Danksharding 推出
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從 Proto-Danksharding 過渡到完整的 Danksharding，將以太坊分為多個分片以進一步提升擴展性。
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以太坊的目標是實現 Layer 1 和 Layer 2 生態系統超過每秒 100,000 筆交易的處理能力。
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2026 年後 – 持續監測與升級
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引入先進的共識機制，包括後量子密碼學，以確保網絡安全。
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以太坊持續優化並整合跨 Layer 2 的互通性，為用戶提供無縫的體驗。
此時間表反映了以太坊逐步推進的方式，確保在過渡期間的穩定性和順利採用。「The Surge」的每一步都以先前的成果為基礎，最終目標是實現一個能夠支持全球規模應用的區塊鏈，同時保持去中心化及安全性。
The Surge可能影響的主要組成部分
以下是 以太坊2.0路線圖 中，The Surge升級期間受到影響的關鍵元素：
L1與L2之間的「分工」提議 | 資料來源：Vitalik Buterin
Layer 2 Rollups：The Surge的基石
Layer 2 Rollups 是提升以太坊速度和降低成本的重要工具。它們在鏈下（以太坊主網之外）將多筆交易捆綁在一起，並將這些交易的摘要提交到以太坊區塊鏈。此過程減輕了主網的負擔，使交易更快且成本更低。
Rollups主要分為兩種類型：
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Optimistic Rollups：這種技術假設所有交易都有效，除非在特定時間內有人舉報錯誤。由於不需要立即驗證每筆交易，此方法能保持較快的交易效率。
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ZK-Rollups：這類技術使用稱為零知識證明（Zero-Knowledge Proofs）的高級數學方法，能即時驗證交易的有效性，提供快速且安全的驗證。
Rollups已經產生了巨大影響。根據 L2Beat 的數據，以太坊 Layer 2 網絡的總鎖倉價值（TVL）在過去一年中增長了216%，超過380億美元。隨著越來越多的人和項目使用Rollups，以太坊正變得更具可擴展性和易用性，為「The Surge」鋪平道路。
以太坊 Layer-2 TVL | 資料來源：L2Beat
數據可用性採樣（DAS）
數據可用性採樣（Data Availability Sampling, DAS）是一種幫助以太坊更高效處理大量數據的方法。在像以太坊這樣的去中心化網絡中，每個節點必須確認所有交易數據都可用。然而，讓每個節點存儲所有數據並不現實。DAS 透過讓節點能在不下載和存儲所有數據的情況下驗證數據，解決了這一問題。
有兩種類型的 DAS：
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PeerDAS： 此系統利用點對點網絡分配工作負載。網絡中的每個節點僅檢查一小部分數據，所有節點共同協作確認整個數據集。此方法確保了高效的數據驗證，無需佔用大量存儲空間。
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2D DAS： 這是一個改進版本的 PeerDAS，進一步提升了驗證能力。它通過不僅驗證單個數據片段，還檢查這些片段如何組合在一起來使以太坊更具擴展性。此方法在保持網絡去中心化的同時，提供了更強的安全性。
在實施 DAS 的情況下，Rollups 可以處理更多的交易，而不會使以太坊網絡過載。這使系統保持快速、低成本且去中心化，支持以太坊在不犧牲安全性的前提下實現擴展的目標。
Plasma 和數據壓縮解決方案
構建 EVM Plasma 鏈的一種方式（並非唯一方式）：利用 ZK-SNARK 建立一個平行的 UTXO 樹，反映 EVM 所做的餘額變化，並定義在不同时期 "同一枚幣" 的唯一映射。基於此 Plasma 結構可以進一步構建。
來源：Vitalik Buterin
除了 Rollups，Plasma 和數據壓縮技術也幫助以太坊高效擴展。以下是它們的運作方式的簡要介紹：
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Plasma: Plasma 透過鏈下處理交易，也就是說交易發生在主 Ethereum 區塊鏈之外。Plasma 並非將每筆單獨的交易提交至區塊鏈，而是僅發送這些交易的摘要。此舉減少了主鏈需儲存的數據量，提升交易速度並降低成本。可以將其想像為將許多小任務匯總成一份報告——節省時間和資源。
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數據壓縮: 壓縮透過減少交易使用的數據量來縮小交易。例如，Ethereum 可以從標準簽名切換為 BLS 簽名，這種簽名允許多個簽名合併為一個。此舉節省了區塊鏈上的空間，並使交易更高效，特別是對於處理大量交易的系統，如 Layer 2 網絡。
Plasma 與 Rollups 的合作方式
實現 Plasma 系統的一種方式是使用 ZK-SNARKs（零知識簡潔非交互式知識論證），一種加密技術，來追蹤代幣的流動。此系統創建了一個「平行帳本」，記錄每個代幣隨時間的移動情況。透過僅將必要的信息摘要提交至主鏈，Plasma 在不犧牲準確性和安全性的前提下確保了高效性。
Plasma 和數據壓縮技術結合起來進一步提升了 Rollups 的效能。這些解決方案幫助 Ethereum 減少 Gas 費用、處理更多交易以及支援大規模應用，同時保持去中心化的特性。
The Surge 中的 Layer 1 改進
雖然 Rollups 可以在鏈下處理大量交易，但 Ethereum 的主區塊鏈（Layer 1）仍需進行升級以跟上日益增長的生態系統需求。這些升級將確保 Ethereum 的基礎層保持可擴展、高效且易於使用。以下是 Layer 1 即將推出的主要改進：
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提高 Gas 限額：Gas 限額決定了單個區塊內能處理的數據量。提高 Gas 限額意味著以太坊每個區塊能處理更多交易，從而減少等待時間並緩解網絡擁堵。然而，提高 Gas 限額也伴隨風險。如果限額過高，可能會增加運行節點的成本，從而限制參與網絡安全的人數，減少去中心化程度。以太坊的目標是找到平衡點—既能處理更多交易，同時保持網絡的開放性和去中心化。
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EVM 字節碼改進：以太坊虛擬機（EVM）是執行智能合約的地方。以太坊引入了一種新的字節碼格式，稱為 EOF（以太坊對象格式）。此更新將提高智能合約執行的效率，降低 Gas 成本，從而為開發者和用戶提供更低廉的交易與合約交互費用。
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多維 Gas 價格模型：以太坊將實施多維 Gas 價格模型，將 Gas 費按所使用資源的類型—計算、數據或存儲—進行分類。這種方法確保用戶根據其交易實際需求支付合理費用，優化了成本結構並提升用戶體驗。
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以太坊原生 Rollups：原生 Rollups 是直接在以太坊協議內運行的 Rollups。這意味著以太坊將支持多個平行版本的以太坊虛擬機（EVM）同時運行。這些原生 Rollups 將提升以太坊處理交易的能力，同時避免網絡超載。可以將其想像為火車站內有多條軌道，每條軌道獨立運行火車—這使整個系統更快速、更高效。
這些 Layer 1 的改進確保以太坊即使在大部分交易負載由滾動層處理的情況下，仍然保持可擴展性和高效性。它們將共同幫助以太坊持續成長為一個安全、去中心化的平台，能夠支持複雜的應用程式及數百萬用戶。
The Surge 對用戶及開發者的影響
以太坊的 The Surge 升級承諾讓網絡變得更高效且成本更低，為日常用戶和開發者帶來好處。儘管一些技術細節相當複雜，以下是這些變化對您的影響簡單說明：
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更低的 Gas 費用： 最顯著的改進之一是降低 Gas 費用，尤其是在 Arbitrum 和 Optimism 等 Layer 2 網絡上。這些網絡已經提供較低的交易費用，目前 ETH 轉賬費用約為 $0.24 到 $0.78。在 The Surge 升級後，交易費用可能進一步降低，讓發送 ETH 或使用去中心化應用程式（dApps）更加便宜。更低的 Gas 費用意味著用戶可以更頻繁地進行交易，而不用擔心網絡擁堵時的高額成本。
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改進的 dApp 性能： 開發者將受益於更快的交易速度，使其能夠構建更複雜且功能豐富的 dApps。無論您是創建 DeFi 平台、區塊鏈遊戲還是 NFT 市場的開發者，The Surge 帶來的可擴展性改進將提升運營效率。更快的交易速度還能減少延遲，提高用戶滿意度，從而鼓勵在去中心化金融（DeFi）和遊戲等各個領域的創新。
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更高的互操作性： 不同網絡間的互操作性（即協同工作能力）也將改善。在 Layer 2 網絡與以太坊主網之間移動代幣和資產將變得無縫。用戶不再需要依賴繁瑣的橋接工具來轉移資產，而是會覺得以太坊像是一個統一的生態系統。與 dApps 的交互以及資金在不同層間的流動將像使用單一網絡一樣簡單。
這些改進使以太坊對用戶和開發者更加友好，促進了一個普通用戶和建設者都能繁榮發展的生態。無論您是在轉移資金、開發應用程式，還是探索新項目，The Surge 將為以太坊社區帶來更快速、更便宜、更便捷的區塊鏈服務。
安全性考量
擴展以太坊網絡增加了維持安全性的複雜性。隨著滾動層的普及，確保其無需信任性和穩健性至關重要。滾動層依靠加密證明來確認交易，必須確保其免受潛在漏洞的威脅。
Vitalik Buterin 亦提到量子計算對以太坊的長期風險。以太坊的開發者現正探索抗量子密碼學技術，以確保網絡未來的安全性。
超越 Surge 的未來
在完成 The Surge 之後，以太坊將繼續其實現全面 Danksharding 的路線圖。這個階段將引入完整的數據分片，大幅提升擴展性。其他即將推出的升級包括：
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The Splurge： 專注於雜項改進，例如更優化的 Gas 價格和交易格式。
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The Verge： 透過實施無狀態客戶端，提高以太坊共識機制的效率。
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The Purge： 通過減少不必要的數據和優化節點性能，進一步提升網絡效率。
以太坊的長遠目標是構建一個可支持全球數百萬用戶的區塊鏈，同時不影響安全性或去中心化特性。
了解更多關於 Danksharding - 以太坊全面分片 升級的資料。
總結
以太坊的 The Surge 是其邁向成為全球去中心化平台的重要一步。通過專注於 Rollups、數據可用性及 Layer 1 的改進，以太坊旨在實現每秒超過 100,000 筆交易（TPS）的處理能力，同時保持其去中心化與安全性的核心原則。
隨著這些升級的推出，用戶將受惠於更快的交易和更低的手續費，而開發者則可構建更多創新的 dApp。然而，快速的可擴展性亦帶來風險。潛在挑戰包括 Layer 2 解決方案的漏洞、臨時網絡中斷，以及過渡期間波動的 Gas 費用。在以太坊發展的過程中，開發者和用戶需要保持信息更新並適應變化。
通過 The Surge，以太坊為可擴展、高效且安全的區塊鏈未來奠定基礎。但與任何重大升級一樣，謹慎的監測和持續的調整對於確保長期成功至關重要。這僅僅是以太坊雄心勃勃的前進道路的開端。