以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在其最新文章中深入探讨了以太坊协议的未来发展，尤其是被称为「The Surge」的关键扩容阶段。该阶段旨在通过数据可用性采样、数据压缩、广义 Plasma 等多种技术手段，将以太坊的处理能力提升至每秒 10 万笔交易以上，同时保持 Layer1 的去中心化和鲁棒性。
The Surge 阶段的核心目标
以太坊的扩容路线图始终围绕一个核心分工：Layer1 作为去中心化的安全基础层，而 Layer2 则承担大部分计算和数据存储任务，以实现高吞吐量。The Surge 阶段的具体目标包括：
- 通过 Layer2 实现超过 10 万 TPS 的处理能力；
- 保持 Layer1 的去中心化和鲁棒性；
- 确保部分 Layer2 完全继承以太坊的核心属性（去信任、开放、抗审查）；
- 使整个以太坊生态系统体验统一，而非割裂的多链环境。
关键技术路径与挑战
可扩展性三角悖论的破解
区块链的可扩展性三角悖论指出，去中心化、可扩展性和安全性难以同时实现。然而，通过数据可用性采样（DAS）与 SNARKs 的结合，以太坊有望突破这一限制。DAS 允许节点仅验证部分数据即可确认整个数据集的可用性，而 SNARKs 则确保了计算过程的正确性。此外，Plasma 架构的演进也为此提供了新的可能性。
数据可用性采样的进展
当前以太坊通过 EIP-4844 引入了 blobs，每个 slot 提供约 375 kB 的数据带宽。结合 PeerDAS 等技术的进一步应用，数据带宽有望提升至每个 slot 16 MB，从而支持约 58,000 TPS。未来的发展方向包括二维采样（2D DAS），以进一步提高效率并降低节点负担。
数据压缩技术
数据压缩是提升 Rollup 效率的关键。通过零字节压缩、签名聚合（如 BLS 签名）、地址指针化等技术，单笔交易在链上占用的字节数可大幅减少。例如，ERC20 转账数据可从 180 字节压缩至更低，从而显著提升整体 TPS。
广义 Plasma 的潜力
Plasma 通过将数据存储在链下，仅将 Merkle 根提交至链上的方式，实现了极高的扩展性。结合 SNARKs 技术，Plasma 能够支持更复杂的应用场景，并改善 Validium 模式下的资产安全性。混合 Plasma/Rollup 设计（如 Intmax）进一步平衡了扩展性与用户体验。
Layer2 证明系统的成熟
目前大多数 Rollup 仍处于「阶段 1」，即部分去信任状态。实现完全去信任（阶段 2）需要依靠形式化验证或多证明系统（Multi-provers）来确保证明系统的可靠性。形式化验证可通过数学证明确保代码正确性，而多证明系统则通过冗余验证降低单一证明失败的风险。
跨 Layer2 互操作性的改进
为了提升用户体验，以太坊需要解决跨链互操作性的挑战。关键技术包括：
- 链特定地址（如 ERC-3770），使跨链转账更直观；
- 标准化支付请求协议，支持跨链资金调度；
- 轻客户端技术（如 ERC-3668），使用户能够直接验证链状态而非依赖 RPC 提供商；
- Keystore 钱包，实现密钥的集中管理；
- 共享代币桥，降低跨链转账的 Gas 成本。
Layer1 执行扩展的必要性
尽管 Layer2 是扩容的主力，但 Layer1 仍需保持一定的处理能力以支持生态系统健康发展。扩展 Layer1 的策略包括：
- 提高 Gas 上限（需结合无状态客户端等技术以保持去中心化）；
- 多维 Gas 定价，优化资源分配；
- 降低特定操作码的 Gas 成本，提升效率；
- 引入 EVM-MAX 和 SIMD 等协处理器，支持高性能计算；
- 原生 Rollup，将多个 EVM 副本集成到协议中。
常见问题
1. 什么是以太坊的 The Surge 阶段？
The Surge 是以太坊扩容路线图的关键阶段，旨在通过数据可用性采样、数据压缩和 Layer2 技术提升网络处理能力至每秒 10 万笔交易以上，同时保持去中心化和安全性。
2. 数据可用性采样（DAS）如何工作？
DAS 允许节点通过随机采样少量数据来验证整个数据集的可用性。结合 SNARKs 技术，它可以确保数据正确性和计算完整性，而无需节点处理全部数据。
3. Plasma 和 Rollup 有什么区别？
Plasma 将数据存储在链下，仅提交 Merkle 根至链上，适合高频低值交易；Rollup 将完整数据提交至链上，安全性更高但成本较高。混合设计可结合两者优点。
4. 如何实现跨 Layer2 互操作性？
通过链特定地址、标准化支付协议、轻客户端和共享代币桥等技术，用户可以无缝跨链操作，体验统一的以太坊生态系统。
5. Layer1 为什么需要扩展？
Layer1 需要保持足够处理能力以支持生态资产稳定性、金融系统紧密性和故障恢复能力。过度依赖 Layer2 可能削弱底层安全性。
6. 多证明系统如何提升安全性？
多证明系统通过冗余验证（如 optimistic 和 validity 证明）降低单一证明失败的风险。即使一个证明系统存在漏洞，其他系统仍可确保交易正确性。
结语
The Surge 阶段是以太坊扩容之路的核心，涉及数据可用性、压缩技术、Plasma 架构、证明系统成熟度、跨链互操作性和 Layer1 扩展等多方面挑战。通过技术创新和社区协作，以太坊有望实现高吞吐量、去中心化和安全性的平衡，为下一代去中心化应用奠定坚实基础。