一文了解以太坊 2023 年即將發生的大事件：坎昆升級。
撰文：布嚕
自 2022 年 9 月 15 日以太坊合併後，一直頗受眾人關注的 Shapella 升級也正式於 2023 年 4 月順利完成。下一步，在以太坊的技術發展目標上，又將要迎來怎樣的新變化？
2023 年 4 月 29 日，以太坊基金會召開了第 160 次核心開發者電話會議，確定了以太坊下一場重要變化——坎昆升級（Cancun Network Upgrade）所需要進行的各項改進協議（Ethereum Improvement Proposal，簡稱 EIP）。
如果說 Shapella 升級是以太坊合併之後確保 PoS 共識機制在未來的以太坊上穩定實施的技術分水嶺，那麼坎昆升級的意義，更是不亞於 Shapella 升級——它是以太坊實現進一步擴容的關鍵，也將開啟以太坊資料儲存和檢索能力的發展新階段。
瞭解坎昆升級
坎昆，是墨西哥一個著名的旅遊城市，也是 Devcon 3 大會的舉辦地，按照以太坊升級命名的規律，以地名命名的升級，是針對以太坊執行層的升級。
此次升級中，會有哪些值得關注的以太坊改進協議（EIP），讓我們一起了解。
01 坎昆升級的主角：EIP-4844
以太坊分片的原型
改進目標：解決以太坊的可擴充套件性（即擴容需求），幫助降低以太坊第 2 層（Layer2） Rollups 解決方案的交易成本，提升 Rollups 的速度。
改進背景：以太坊第 1 層主網（Layer1）的費用一直居高不下，迫切需要必要的改進，來降低整體操作費用。
目前，以太坊上的擴充套件解決方案主要是第 2 層的 Rollups。
在實踐中，Rollups 解決方案幫助使用者節約了很多操作費用（下文簡稱 Gas Fee），比如代表項目 Optimism，Gas Fee 的常規開銷只有 0.001 gwei，遠低於以太坊第 1 層主網的常規開銷；ZK Rollups 的解決方案具有更好的資料壓縮效能，並且不需要包含簽名資料，費用更低，甚至可以降至乙太網第 1 層主網的百分之一。
但是，對於更廣泛的使用者而言，即使經過 Rollups 解決方案，Gas Fee 依然還是相對昂貴的負擔。此外，以太坊處理並行交易的效率仍然較低，每秒鐘最多隻能處理兩位數的交易量，這些都需要新的改進方案去幫助提升可擴充套件性。
分片（Sharding）——是解決上述問題的一個強大的改進方法，但現在的以太坊還實施不了，而改進方案 EIP-4844 的適時提出，則是為解決上述需求與落實分片升級之間，找到了一個能夠適用於現階段以太坊的權衡之計，為以太坊未來實現整體資料分片奠定前期的技術基礎。
因此，EIP-4844 又被稱為 「Proto-danksharding」，即「分片的原型」。dank 這個單詞也別有來頭，是取自以太坊研究人員 Dankrad Feist 的名字，他曾經表示：「EIP-4844 將成為 Rollups 的加速器。」
改進內容（已完成的技術改進）：
- 引入 Blob 交易：Blob，是 Binary Large Object 的簡稱。Blob 交易是一種新的、將在未來分片中使用的交易型別。
- 引入實施未來完整分片所需的所有執行層邏輯。
- 引入實施未來完整分片所需的所有執行層和共識層的交叉驗證邏輯。
- 實現信標區塊驗證（即以太坊第 2 層資料）和 Blob 資料可用性取樣之間的分層。
- 引入信標區塊實施未來完整分片所需的大部分邏輯。
△ 完整分片構想圖 / Vitalik Buterin
圖源 /foresightnews
注意事項：Blob 被設計出來的初衷，是要幫助承載以太坊第 2 層的資料。與此同時，Blob，這組資料向量，是由以太坊共識層的節點進行儲存，因此不能夠被執行層的以太坊虛擬機器（簡稱 EVM）讀取，而正是這種資料的分離，實現了以太坊第 2 層 Rollups 解決方案費用的降低。
此外，Blob 的資料會在 30 天之後被刪除。
為了減少改進提案給主網造成壓力，相比未來實施完整分片，EIP-4844 對每個信標塊增加的儲存空間設定了上限，至多限制在約 0.5 MB 的資料量大小（約 4 個 Blob），但這個上限預計在未來會提高。
02 坎昆升級已確定實施的其他改進提案
- EIP-1153
- EIP-6780
除了備受關注的 EIP-4844，此次坎昆升級已經確定實施的改進提案還包括：
EIP-1153：新增瞬態儲存操作碼（Transient Storage Opcodes)。瞬態儲存是專門用來解決區塊內部通訊的解決方案。
瞬態儲存不改變現有操作的語義，瞬態儲存的資料在每次交易後會被丟棄，不會訪問伺服器磁碟，使用後也無需清除儲存槽，客戶端也不需要載入原始資料。
因此，相對來說，使用瞬態儲存解決區塊內部之間通訊問題的優勢在於 Gas Fee 較低，且未來的以太坊資料儲存設計中不需要考慮因臨時儲存而產生的操作費用退費的情況。
但是，EIP-1153 並不適用於解決現有智慧合約中臨時儲存資料的使用問題。
EIP-6780：修改 SELFDESTRUCT 操作碼的功能，為未來以太坊應用 Verkle Tree 架構 ( 常見簡稱「沃克爾樹」) 做準備。
當前，以太坊應用的是 Merkle Tree 架構（常見簡稱「默克爾樹」）架構，使用 SELFDESTRUCT 操作碼可以對賬戶狀態進行大量更改，比如，可以刪除程式碼和儲存。但是，當未來以太坊上應用 Verkle Tree 架構時，就無法輕易對賬戶進行修改或刪除，因為 Verkle Tree 架構會把每個賬戶儲存在不同的賬戶金鑰中，這些金鑰不會連線到根賬戶。
因此，EIP-6780 提出了對 SELFDESTRUCT 操作碼功能的修改建議。根據 EIP-6780，修改後的 SELFDESTRUCT 操作碼，在使用中不再具備更改或刪除賬戶的能力，將只用於傳送 ETH 給呼叫者，但有一種例外的情況是，當 SELFDESTRUCT 在由一個智慧合約建立的相同交易中被呼叫。
△ 以太坊坎昆升級相關改進提案的實施進度 ( 截至 2023/5/30）
圖源 /github@Cancun Network Upgrade Specification
坎昆升級已確定的三個改進協議 EIP-4844 、EIP-1153、EIP-6780 預計啟用時間將在 2023 年 10 月。
03 坎昆升級尚在考慮納入實施的改進協議
- EIP-2537
- EIP-4788
- EIP-5656
- EIP-5920
- EIP-7069
EOF 相關的改進協議暫未納入考慮
EIP-2537：預編譯 BLS12-381 曲線操作，並新增到 BLS 簽名驗證和執行 SNARKs 驗證所需的操作集合中，以更好執行相關的驗證操作。
目前這個改進方案的開發進度較為緩慢。執行 EIP-2537 改進方案後，與現有預編譯 BN254 相比，將會獲得更好的操作安全性，並能夠允許匹配更友好的曲線操作，會更有利於以太坊第 2 層的用例開發。
EIP-4788：在以太坊虛擬機器中公開信標鏈區塊根。信標鏈區塊根（Roots of the Beacon Chain Blocks）是一種密碼蓄能器（Accumulators），用於證明任意的共識狀態。
在以太坊虛擬機器中公開信標鏈區塊根會允許實現對以太坊共識層最小化信任的訪問。這也是一個有助於用例開發的改進協議，將支援 Staking Pools 、智慧合約橋等用例改進其信任假設（Trust Assumptions）。
EIP-5656：提供一個能夠用於複製記憶體區域的、高效的以太坊虛擬機器指令。記憶體複製是一個基礎操作，對於各種計算量大的操作非常有用，不過未來實施到以太坊虛擬機器上也會產生操作費用。
EIP-5656 引入的指令是一個以前不存在的新指令，已經發布的智慧合約如果使用這個新指令要注意相容性，可能需要調整操作。
EIP-5920：引入新的操作碼 PAY。使用 PAY 操作碼將 ETH 傳送到賬戶地址，可以不需要呼叫賬戶地址的任何函式。
PAY 操作碼是一個專門服務於 ETH 傳輸的操作碼，它不需要調動地址函式，則能夠節約網路使用費用，對於小量 ETH 傳輸來說，十分有利。
EIP-7069：修改 CALL 指令，此協議已啟用。
參考連結
[1] Cancun Network Upgrade Specification，https://github.com/ethereum/execution-specs/blob/master/network-upgrades/mainnet-upgrades/cancun.md
