坎昆升级来临在即,盘点以太坊历史的关键节点

直到今天,区块链技术依旧可以说是个新兴的技术,尽管区块链相关的基本概念(密码学、去中心化、点对点网络和交易)已经被研究了数十年,但直到 2008 年比特币诞生之后,人们才相信这些概念确实可以组合到一起、创造出可用的产品。尤其是以太坊,直到 2015 年才以一种公开的、可用的面貌出现在人们的视野中。尽管预期的发展时间线和具体细节有所变化,以太坊仍坚持按照计划推进,不断升级协议,以确保提升可用性、安全性、功能性以及去中心化程度。

今年以太坊按照计划共会进行两次重要升级,分别是已在4月12日完成的上海升级,与预计第四季度进行的坎昆升级。按照以太坊官方文档,自2013年白皮书发布至今,共产生了24个里程碑事件,其中大多为分叉升级,相对重要的为12个升级。本文将回顾并梳理以太坊历史上重要的的硬分叉和升级,以及介绍坎昆升级可能带来的变化。

前沿(Frontier)升级 – 2015年7月30日

坎昆升级来临在即,盘点以太坊历史的关键节点

2015 年 7 月 30 日,这是以太坊创世区块生成的日期,也是以太坊第一阶段开始的日期。Frontier的上线标志着以太坊区块链网络的正式启动。此阶段主要面向区块链开发者,节点参与者以挖矿形式参与,此阶段已支持上传智能合约。

Frontier 协议包含以下几个关键特性:

区块奖励:当矿工们在以太坊区块链上成功挖到一个区块时,他们将收到以 ETH 发放的奖励。在 Frontier 阶段,矿工的区块奖励是每区块 5 ETH。

Gas:在 Frontier 发布后的初期,每个区块的 Gas 上限被硬编码为 5000 gas。说白了,这就意味着网络上不会有什么大动作。这样就留出了一段缓冲期,以便矿工开始在以太坊上工作,并让早期用户安装客户端。几天后,该 Gas 上限自动解除,网络可以按照计划开始处理交易和智能合约。

Canary 合约:该合约用以告知用户哪些链已遭受或易遭受攻击。Canary 合约被会赋予 0 或 1 的值。如果合约被赋值 1,客户端就能识别出这是一条出错的链,并在挖矿时避开这条无效链。本质上来说,Canary 合约的这些功能使得以太坊核心开发团队在网络出现问题时能够暂停网络的运行。在以太坊早期阶段,Canary 合约是一个极度中心化却又不可或缺的保护机制。

可用性:所有开发者的操作均通过命令行来执行,因为没有图形用户界面。整个网络是可用的,但用户界面非常粗糙,只有熟悉以太坊并具备操作经验的人才有能力使用。

前沿版本内通过硬编码的方式将每个区块的Gas限制在5000Gas,紧接着在两个月后的前沿解冻(Frontier thawing)升级中取消了5000Gas的限制,并将Gas默认价格设置为50gwei,并且就在本次升级中引入了难度炸弹,引入难度炸弹的目的是为了给网络提供一个从 PoW 迁移至 PoS 的机制,当算力太高导致矿工无法挖出任何一个区块的时候,将是网络转换为 PoS 的最好时机。可以说在以太坊的初始阶段,就已有转PoS的计划。

自此,以太坊开始正式进入准可用的PoW挖矿时代,此时以太坊价格为每个1.24美元。

家园(Homestead)升级 – 2016年3月14日

坎昆升级来临在即,盘点以太坊历史的关键节点

家园升级是以太坊发布的第二个主要版本,这是以太坊第一次硬分叉,也是路线图第二阶段开始的日期。该版本中最重要的功能是优化了智能合约并为智能合约语言 Solidity 引入了全新的代码。另外还在该版本中发布了桌面端钱包 Mist,让用户能持有/交易 ETH 并编写/部署智能合约。后来 Mist 项目在 2019 年初宣布终止。

家园升级是最早实施的以太坊改进提案(EIP)之一,共包含3个EIP分别为2、7、8: EIP-2:将通过交易创建智能合约的成本从 21000 Gas 提高到 53000 Gas。之前,通过合约来创建合约(推荐办法)的成本比通过交易创建合约的成本更高。由于通过交易创建合约的 gas 成本提高,EIP 2 激励用户重新采用通过合约来创建合约的方法。

EIP-7:增加了新的函数DELEGATECALL,便于代码复用。该操作码与 CALLCODE 类似,不同之处在于它将发送方和数值从父作用域发送到子作用域,也就是说,被创建的调用与原始调用拥有相同的发送方和数值。

EIP-8:是一项着眼于未来的网络升级计划改进提案,对网络协议devp2p进行了向前兼容。这一改进确保以太坊网络上所有的客户端软件都能适应未来的网络协议升级。

此时以太坊价格为每个12.5美元。

DAO 分叉(DAO Fork) – 2016年7月20日

除了计划内的以太坊升级和硬分叉之外,还有一次计划外的分叉事件值得被铭记。2016 年一个名为 The DAO 的去中心化自治组织项目通过发行代币融资 1.5 亿美元。在 6 月,The DAO 的合约被黑客利用,价值数千万美元的 ETH 被未知的黑客窃取。以太坊社区的大多数参与者决定实行硬分叉,恢复钱包中被盗的 ETH 并修补漏洞。然而,硬分叉没有得到社区内所有参与者的一致认可,还有部分参与者继续在那条原始链上挖矿并交易。被盗 ETH 未恢复的原始链被称为以太经典(ETC)。自此以太坊分道扬镳形成了ETH与ETC,这是为什么以太坊有两个网络的原因。

此时以太坊价格为每个12.54美元。

大都会:拜占庭升级 – 2017年10月16日

此时以太坊已经经历了前沿与家园两个重大里程碑升级,按照计划下一步是大都会(Metropolis)升级,但大都会升级内容较多,故当时计划分为两个阶段进行:拜占庭(Byzantium)和君士坦丁堡(Constantinople)。

此次硬分叉包含了 9 个改进提案(EIP 100、658、649、140、196、197、198、211、214)。除了与操作码、智能合约等底层相关的更新之外,还将“难度炸弹”推迟至一年半之后,并将区块奖励从 5 ETH 减少为 3 ETH。在拆除难度炸弹之前,区块生成时间接近 30 秒。增加了对其他合约进行非状态变化调用的能力;增加了一些密码学方法以允许以太坊的 Layer2 扩展。

此时以太坊价格为每个334.32美元。

大都会:君士坦丁堡升级 – 2019年2月28日

大都会升级的第二阶段君士坦丁堡(Constantinople)原定于 2019 年 1 月中旬在第 708 万个区块高度上线。1 月 15 日,一家名为 ChainSecurity 的独立安全审计公司发布了一份报告,指出五个主要的系统升级中有一个会让攻击者有窃取资金的机会。针对该报告提出的问题,以太坊核心开发者和社区的其他成员投票决定暂缓升级,直到该安全问题得到解决。

最终,以太坊基金会决定在 2019 年 2 月 28 日进行“大都会”的最后一步,也就是名为“君士坦丁堡”的硬分叉,共包含 6 个改进:确保了区块链在实施 PoS 工作机制之前不会被冻结;优化了以太坊虚拟机中的 Gas 成本问题;添加了地址创建的交互能力。有意思的事,此次升级中还有一个名为“圣彼得堡”(Petersburg)的硬分叉会同时进行,去除了之前在君士坦丁堡中的一个改进提案(EIP-1283)。在此次的 5 大更新中,除了技术相关的调整之外,再次推迟难度炸弹 12 个月,并将区块奖励从 3 ETH 减少为 2 ETH。

同时,EIP1014中引入的一种能在合约被正式部署前,就预先计算出合约地址的新的指令CREATE2,从而将类似比特币闪电网络的状态通道概念引入以太坊,可以先在链下计算再将对应合约部署至链上结算。

此时以太坊价格为每个136.29美元。

伊斯坦布尔(Istanbul)升级 – 2019年12月8日

以太坊 2.0 计划在 2020 年启动第一阶段(phase 0),在 2.0 没有完全上线之前,大多数用户和开发者可能会主要使用以太坊 1.X,所以后续 1.X 的更新也是非常重要的。本次的伊斯坦布尔硬分叉在 12 月 8 日激活,包含了 6 项改进:继续优化以太坊虚拟机中的 Gas 成本问题;改进应对分布式拒绝服务攻击的复原能力;提升基于 SNARKs 和 STARKs 验证机制开发的 Layer2 扩展解决方案的性能;实现以太坊和零币(Zcash)的互操作性;允许以太坊智能合约引入更多创造性的功能。

Vitalik Buterin 表示,在本次升级后,普通的每秒交易数(TPS)会提高约 5% 到 10%,而对于 Layer 2 技术 Rollup 来说,可以提高约 4 倍。此时以太坊价格为每个151.06美元。

谬尔冰川(Muir Glacier)升级 – 2020年1月2日

在仅仅完成伊斯坦布尔升级后不到一个月,以太坊又紧急临时进行了一次升级,一个月内进行两次硬分叉是非常罕见的,原因是不断有用户和开发者发现最近以太坊的区块生成间隔有略微提升,这将导致以太坊网络的 TPS 下降。以太坊开发者进行了讨论,有人提议在区块高度 9,200,000 进行代号为「谬尔冰川」的硬分叉以移除难度炸弹,预计发生在 2019 年 12 月 31 日前后。根据开发者在讨论组中的数据来看,以太坊的区块生成时间在移除难度炸弹之前将一直保持增长,到 1 月 6 日左右可能会达到 25 至 30 秒时间。

此时以太坊价格为每个127.18美元。

柏林(Berlin)升级 – 2021年4月15日

坎昆升级来临在即,盘点以太坊历史的关键节点

从这个版本开始,升级代号将会遵从以太坊开发者大会 Devcon 的顺序,而第一届 Devcon 0 就是在柏林举办的。以太坊之前为伊斯坦布尔升级规划了很多的改进,但是由于各种原因,最终部分没有来得及放在伊斯坦布尔中的改进提案将会移至柏林。此次优化以太坊虚拟机中的 Gas 成本问题;并增加了对多种交易类型的支持。

此时以太坊价格为每个2454美元。

伦敦(London)升级 – 2021年8月5日

坎昆升级来临在即,盘点以太坊历史的关键节点

本次升级共涉及五项提案:EIP-1559、EIP-3198、EIP-3529、EIP-3541 以及 EIP-3554。其中对以太坊影响最大的EIP之一为EIP1559,该提案旨在通过改变现有的以太坊手续费用结构,将手续费用拆分为基础费(basefee)及矿工费,并借由销毁部分基础费来降低ETH的流通量。

它直接改变了以太坊的经济模型,之前区块打包是拍卖机制,Gas价高者得且全部给到矿工,EIP1559将Gas费分为两部分,一部分给到矿工,另一部分燃烧,从而将以太坊带入通缩时代。

此时以太坊价格为每个2621美元。

巴黎升级(The Merge)- 2022年9月15日

此次升级(合并)是直接修改以太坊执行层和共识层的升级,是将以太坊主网从PoW共识机制转变为PoS共识机制的重要升级。这次升级对以太坊网络产生了一些规则上的改变,具体改变如下:

验证节点变更:原有的矿工节点将被替换成验证节点。验证节点需要拥有32个ETH作为押金,并运行相应的软件来参与网络验证和打包区块。

出块奖励变更:原有的出块奖励将被取消,取而代之的是通过交易费用获取收益。

交易费用机制变更:在新版本中,交易费用将直接支付给验证节点,而不是以太坊基金会。

动态手续费机制改善:新版本中增加了一个名为“EIP-1559”的新特性,它可以动态调整手续费价格,使得用户可以更快地完成交易并减少过高的手续费。

状态存储方式优化:新版本采用了一种名为“Rollups”的技术,在侧链上存储大量数据,并将其汇总到主链上,从而减轻了主链的负担,提高了整个系统的效率和可扩展性。

合约执行方式改善:新版本增加了一种名为“EVM 384”的虚拟机,它可以提高合约执行效率和安全性。

总的来说,以太坊巴黎升级通过改进共识机制、优化交易费用机制、改善状态存储方式、提高合约执行效率等方面,大幅度提高了以太坊网络的可扩展性和效率。

此时以太坊价格为每个1472美元。

上海升级 – 2023年4月12日

坎昆升级来临在即,盘点以太坊历史的关键节点

上海升级将是以太坊网络实现合并后的首次重大升级,亦是以太坊路线图上的一个重要里程碑。其中带来的主要变化有 3 点:

上海升级解锁了以太坊的质押提款功能。这不仅有利于保持以太坊网络活力,还有利于以太坊未来可持续性发展,继续吸引更多的验证者进入以太坊网络。

降低运行在以太坊区块链之上的 Layer-2 解决方案的 Gas 费用,这在一定程度上让以太坊变得更快、更便宜,上海升级将进一步优化以太坊上交易的 Gas 费用。

以太坊作为最大的支持智能合约的区块链网络,上海升级将通过引入EOF(EVM Object Format)来保持以太坊在该领域的领先地位。

此时以太坊价格为每个1917美元。

坎昆(Cancun)升级 – 2023年 第四季度(预计)

坎昆升级是继上海升级之后对 ETH 区块链的额外升级,具有 EIP-4844 和可能的 EIP-6969 主要是推动以太坊 L2 得以实现成本降低、速度提高的目标:届时,将使得以太坊 Layer2 的速度提高 10 倍,甚至有机会提高 100 倍且成本更低。

以太坊 Layer1 的费用一直居高不下,迫切需要必要的改进,来降低整体操作费用。目前,以太坊上的扩展解决方案主要是 Layer2 的 Rollups。Rollups 确实帮助用户节约了很多 Gas Fee,比如代表项目 Optimism,Gas Fee 的常规开销只有 0.001 gwei,远低于以太坊第 1 层主网的常规开销;ZK Rollups 的解决方案具有更好的数据压缩性能,并且不需要包含签名数据,费用更低,甚至可以降至以太网第 1 层主网的百分之一。但是,对于更广泛的用户而言,即使经过 Rollups 解决方案,Gas Fee 依然还是相对昂贵的负担。此外,以太坊处理并行交易的效率仍然较低,每秒钟最多只能处理两位数的交易量,这些都需要新的改进方案去帮助提升可扩展性。

分片(Sharding)是解决上述问题的一个强大的改进方法,但现在的以太坊还实施不了,而改进方案 EIP-4844 的适时提出,则是为解决上述需求与落实分片升级之间,找到了一个能够适用于现阶段以太坊的权衡之计,为以太坊未来实现整体数据分片奠定前期的技术基础。因此,EIP-4844 又被称为 “Proto-danksharding”。

坎昆升级来临在即,盘点以太坊历史的关键节点

EIP4844向以太坊引入了一种新的交易类型,可以在一个称为Blob的空间中以更便宜的费用存储数据,从而Layer2之前存储在Layer1中的数据可以存在Blob中,极大的降低Layer2的费用。

除了备受关注的 EIP-4844,此次坎昆升级已经确定实施的改进提案还包括:

EIP-1153:添加瞬态存储操作码(Transient Storage Opcodes)。瞬态存储是专门用来解决区块内部通讯的解决方案。

EIP-6780:修改 SELFDESTRUCT 操作码的功能,为未来以太坊应用 Verkle Tree 架构做准备。

除了ETH本身,坎昆升级下还有一些值得布局的项目:

Layer2

坎昆升级最大的受益者无疑是Layer2,具备足够的先发优势、作为L2龙头的Arbitrum和Optimism值得关注;同时像是GMX、RDNT、Magic这类Arbitrum生态中的龙头应用,也会随着L2的爆发而水涨船高。除此之外还有基于 OptimisticRollup 构建并改进的Metis,以及Boba Network这类模仿 Optimism 的项目也有望得到坎昆升级的红利。

ZK-Rollups

zkRollup作为业界认为更高级的解决方案,也有望随着坎昆升级发光发热。zkSync、StarkNet和Scroll正是该领域最知名的3个项目;这3个项目目前尚未发币,但潜力不可小觑。

zkSync是 Matter Labs 开发的基于 ZK-Rollup 架构的扩展方案。主要针对支付用途的1.0主网和全面兼容EVM的通用2.0测试网。近期zkSync还升级了2.0入口,支持使用任意代币支付网络费用,大大提高了用户的灵活性。

Starknet是一种去中心化的 Validity-Rollup,它作为L2在以太坊上运行,使任何应用程序都可以大规模扩展,而不会影响以太坊的可组合性和安全性。

Scroll是以太坊上基于 zkEVM 的 zkRollup,作为L2解决方案,解决以太坊的拥堵问题。

其他

除了上述两个大类,坎昆升级还会利好其他集中类型的项目。包括和L2功能相近的跨链协议;由于Blob数据保存时间短,因此会利好数据可用性层项目。其中的代表有:Layerzero是目前最火的跨链协议。它是一种跨链通信协议,可以将一条链上的“信息”传递到另一条链上,通过在链上部署一系列智能合约(Endpoints)实现去中心化的信息跨链服务。

Celestia是一个数据可用性层项目。基于Cosmos架构,为其他L1和L2提供数据层和共识层,构建模块化区块链。原理与以太坊分片方案相同,可以在一定程度上降低 Rollup 目前的交易手续费瓶颈“数据存储成本”。

伴随 EIP-4844 实施, L2 将与其他 L1 相比更具有竞争力,未来的发展前景也相对较大。除了大大降低 L2 的交易费用外,EIP-4844 还为 Danksharding 未来的应用提供了良好的土壤,以便在未来轻松实现数据分片。更低的交易费用、更好的交易体验,甚至催生更多的应用场景,坎昆升级将成为以太坊 L2 的转折点。

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