一文讀懂坎昆升級將改進以太坊的哪些性能？

2024-01-26 17:01:06

撰文：西柚，ChainCatcher

編輯：Marco，ChainCatcher

坎昆升級（Dencun）可謂是 2024 年度以太坊網絡最值得關注的事情，也是繼去年上海升級（Shapella）後的又一大更新，預計將於 2 月底完成。

根據 1 月 24 日以太坊博客文章顯示，坎昆升級已於 1 月 17 日在以太坊 Goerli 測試網絡上激活，並計劃在 1 月 30 日和 2 月 7 日分別激活 Sepolia 測試網和 Holesky 測試網升級。

一旦 Dencun 升級在這三個測試網上順利完成運行，接下來就會在以太坊主網進行激活，預計激活時間為 2 月底。

由於以太坊每次升級都暗藏着衆多機會，關注以太坊升級的進程也成為加密社區的第一要事。2022 年 9 月份，以太坊完成合並升級完成從 PoW 到 PoS 的轉變，ETH 成為了通縮資產；去年 5 月，以太坊通過上海升級對用戶开放了質押提取功能，在升級前幾個月內，以太坊質押相關的賽道如 Lido、SSV Network 等 LSD 資產全线齊漲等。

那么，究竟什么是坎昆升級？這次升級將改變以太坊哪些性能？EIP-4844 提案是什么？有哪些項目和賽道將會從本次升級中受益？潛在的交易機會有哪些？

什么是坎昆升級？

坎昆升級全稱「Cancun-Deneb」，是 Cancun 和 Deneb 這兩個升級的組合，英文簡稱為「Dencun」。中文的「坎昆升級」其實只代表了前半部分的「Cancun」而省去了 Deneb 部分，完整的稱呼是「坎昆 -Deneb」升級。

以太坊每個升級名字對應着以太坊網絡的特定層，坎昆（Cancun）升級旨在改進以太坊執行層的性能，而 Deneb 升級則側重於共識層。

為了更好理解這些概念，需要先了解一下以太坊目前的架構和狀態。

在以太坊合並之前，以太坊網絡主要由「執行層和共識層」兩個部分組成，二者彼此獨立運行。

執行層主要負責處理智能合約邏輯執行的部分，也就是交易計算發生的地方，它是原來的以太坊主網，也被稱為「以太坊 1.0」，其還負責維護以太坊網絡的狀態並執行以太坊虛擬機（EVM）代碼等。

執行層升級是以之前舉辦 Devcon 的城市命名：柏林 ->倫敦 ->上海 ->坎昆 ->布拉格 ->大阪 ->波哥大。

共識層主要確保所有交易和智能合約通過質押 PoS 進行驗證，使所有節點及客戶端之間實現共識，達成狀態一致，它是此前與執行層合並後形成的信標鏈（Beacon），也被稱為「以太坊 2.0」。

每個共識層升級都會被賦予一顆恆星的名稱，按第一個字母順序選擇：Altair->Bellatrix->Capella->Deneb->Electra->(F)unknown。

合並後，以太坊的執行性和共識層平行運行，二者通過引擎 API 的接口進行通信或信息互通。引擎 API 允許執行客戶端向共識客戶端請求區塊信息，也允許共識客戶端向執行客戶端發送新區塊或請求執行有效性證明（Execution Validity Proof）等。

執行層的升級被稱為坎昆（Cancun），共識層的升級將被稱為 Deneb，整個升級的名稱就是 Cancun-Deneb。雖然即將到來的坎昆升級和 Deneb 升級在技術上有所不同，但它們是同時實施的，因此也喜歡使用合成詞「Dencun」來指代這種組合升級。

大幅度降低數據上鏈成本

坎昆升級是繼上海升級後，對以太坊主鏈進行的再次升級，這次升級的目的是希望解決以往被詬病的性能低、費用高、網絡擁堵等問題，通過推動以太坊擴容進程來提高主鏈 TPS 和降低用戶 Gas 費，同時增強可擴展性和安全性，提高網絡性能。

而根據 Dencun 升級的本次命名，可以看出這次升級將主要改進及優化以太坊網絡中執行層中的智能合約、EVM 和共識層中的數據共識及狀態對齊等問題。在本次升級中，以太坊社區提出了一系列的改進方案 EIPs，共有 6 條經過社區成員討論、測試和投票後決定實施的技術規範。

其中，EIP-4844 是坎昆更新的核心，EIP-4844 也被稱為 proto-danksharding 提案，是分片 Danksharding 擴容解決方案的初始版，也是一種臨時擴容解決方案。

通過實現鏈下數據的臨時存儲和訪問，降低 Layer2 數據發布到以太坊主網上的 Gas 成本，尤其是 Rollup 解決方案，可將其數據發布至主網的 Gas 費用降低至現在千分之一以下，從而降低用戶使用其網絡 Gas 費。

EIP-4844 提案中引入了 Blob 交易類型，這是一種新的數據格式，幫助擴展以太坊，代表從 Layer2 回傳過來的數據，和 Layer1 以太坊主網上產生的原生數據 Calldata 區分。Blob 攜帶的數據僅由以太坊共識層下載和存儲，但不支持執行性 EVM 訪問，且這個數據是有時效性的，有效期約 18 天。

Blob 是一個外部臨時存儲，並沒有真正的把 Layer2 交易數據存儲到 Layer1 中，且定期會失效，這極大的降低了數據存儲成本。

這個過程簡單來說，Blob 是以太坊主網為 Layer2 網絡交易等數據上鏈搭建的一個單獨的通道，在這個通道中，以太坊 Layer2 數據完成傳輸、存儲、驗證等服務，且 Gas 費以及存儲成本都是定制的，與以太坊網絡的活躍度無關。

EIP-4844 的主要目標是通過使用新型的 Blob 數據格式攜帶交易，使以太坊的 L2 Gas 費降低，使向完全分片的過渡更加容易，因為所有未來的升級僅在共識層上進行。

在產品架構層面，EIP-4844 引入了 Blob 攜帶交易，這是以太坊第一次為 L2 單獨構建數據層，為後續完全分片 Danksharding 打下基礎；

經濟模型層面，EIP-4844 將為 Blob 引入新的費用市場，這是以太坊邁向多維市場的第一步；

用戶體驗層面，用戶最直觀的感知就是 L2 費用的大幅降低，這將為 L2 以及其應用層的爆發提供重要基礎。

正如 StarkWare 聯合創始人 Eli Ben-Sasson 所言，此次升級將降低所有 L2 的數據可用性成本。

坎昆升級還將改進以太坊網絡哪些性能？

除了 EIP-4844 降低 Rollup 數據上鏈成本外，還有提高 EVM 效率的 EIP-6780 和 EIP-5656，改善質押體驗的 EIP-7044，優化共識層和執行層之間通信的 EIP-4788 等提案。

在執行層 EVM 方面，EIP-6780 和 EIP-5656 提案通過更改相關代碼功能，分別提高了智能合約安全性和處理效率。

EIP-6780 通過更改智能合約中的 SELFDESTRUCT 操作碼功能，將其限制在一定條件下才能執行，以增強了智能合約代碼的安全性。

SELFDESTRUCT 也稱自毀代碼，主要功能是自動銷毀智能合約，允許智能合約自動將自身從區塊中刪除。

當合約執行自毀操作時，合約账戶上剩余的以太坊會發送給指定的目標，其存儲和代碼狀態也會被刪除。雖然能在緊急情況下幫助开發人員刪除智能合約，並將合約內的余額轉移到指定的地址，但這一特性也可能被不法分子利用，使它成為了攻擊手段。

EIP-6780 提案旨在通過限制可能破壞智能合約的 SELFDESTRUCT 操作碼功能，降低了智能合約中的漏洞風險。比如开發者只有在自己調用該操作碼時，智能合約才會執行自毀操作，將账戶剩余的 ETH 發送給調用者等。

EIP-5656 主要是對 EVM 代碼進行了升級微調，引入了一個名為 MCOPY 的新操作碼，可優化智能合約執行期間，內存中數據復制的過程及性能。MCOPY 簡化了 EVM 數據處理過程中的操作指令，既提高了數據在 EVM 中移動的效率，又可降低與數據處理操作相關的 Gas 費。

在當前的 EVM 架構中，使用的現有操作碼復制大量數據段，不但操作指令過多、效率低下，成本也很高昂。在 EIP-5656 下，使用 MCOPY 復制 256 字節內存僅需花費 27Gas，而使用先前的方法則需要 96Gas，相比新提案可使 Gas 費降低了四分之一。

同時，更快的內存操作意味着合約的執行速度更快，开發人員也將在處理大型數據結構或涉及內存操作的復雜操作時更有優勢。

EIP-5656 和 EIP-6780 雖沒有改變以太坊的整體方向，但通過更改或引入 EVM 相關操作碼，提高了以太坊开發者在智能合約方面的效率，並減少了漏洞發生。

在以太坊共識層方面，社區提出了 EIP-7044 和 EIP-7045 的提案改進驗證器和質押相關操作過程，讓以太坊質押更安全。

EIP-7044 旨在簡化和改善以太坊質押的退出機制，確保鎖定在 Capella（上海）升級之前籤署的自愿退出永久有效。

目前，以太坊質押市場多以委托質押為主，即用戶將其持有的 32ETH 或倍數委托給驗證器運營商，由其負責管理運行以太坊驗證器的技術和操作。當用戶退出以太坊驗證器時需要使用驗證器的籤名密鑰籤署所謂的「自愿退出」或「自愿退出操作」申請，且籤署的自愿驗證器退出。目前，籤署的自愿退出僅對兩次升級有效，一旦 Deneb 升級發生將失效。這意味着，如果以太坊坎昆升級不改變這一規則，用戶想要退出質押在驗證器中的以太坊就需要聽從驗證器運營商的新規則。

EIP-7045 增加以太坊區塊證明槽中的包含範圍，以降低區塊確認時間和減少以太坊用戶延遲。

此外，還有解決以太坊執行層和共識層通信的 EIP-4788，和專注降低數據存儲成本的 EIP-1153。

EIP-4788 主要用於改善以太坊執行層和共識層的跨鏈信息互通問題，即在執行層 EVM 中放置了一個共識層信標鏈 Beacon 區塊根，即父區塊的摘要信息等，以實現在太坊主網 EVM 層上傳遞以太坊的共識狀態，而無需依賴第三方傳遞信息和數據，消除了外部預言機提供這些數據的需要，從而減少了潛在的故障或操縱，從而改善了以太坊網絡的互操作性和穩定性。

EIP-4788 本質上引入了協議級預言機，它將以太坊的共識狀態傳遞到以太坊主網，部署在以太坊主網上的智能合約和協議將不再需要可信的預言機解決方案來獲取有關以太坊共識狀態的信息。

這一變化對於 Lido、Rocket Pool 等流動質押協議和 Eigenlayer 重新抵押解決方案，及跨鏈橋特別有利，因為這些部署在以太坊主網上的智能合約，可直接訪問共識層驗證者余額和狀態等關鍵數據，減少重新質押中的信任假設從而增強其安全性和運營效率。

EIP-1153 提案專注於降低合約執行期間數據存儲的成本和優化區塊空間，使交易更具成本效益和效率。

本次坎昆升級將專注於降低 Layer2 網絡數據上鏈的成本、執行層 EVM 性能的改進和以太坊質押體驗的優化等。

關於坎昆升級的時間

按照前期以太坊 ACDE 會議提供的路线，坎昆升級測試將按 Goerli、Holesky、Sepolia 等測試網順序進行。

根據 1 月 24 日，以太坊博客發布的坎昆升級進程顯示，坎昆升級已於 1 月 17 日在以太坊 Goerli 測試網絡上激活。並計劃在 1 月 30 日和 2 月 7 日分別激活 Sepolia 測試網和 Holesky 測試網升級。

等 Dencun 升級在這三個測試網全部完成時，接下來就會在以太坊主網進行激活，預計激活時間為 2 月底。

不過，在 1 月 18 日最新一期的 ACDE 以太坊核心开發者電話會議中，被問及开發人員對 Dencun Layer2 升級的信心如何？

一位網名為「Protolambda」的 Optimism L2 網絡开發人員表示，Optimism 團隊的目標是在幾周內开始在 Goerli 上進行測試。雖然 Optimism 團隊似乎能夠支持 Dencun，但對 Blob 交易的基礎設施和工具的准備情況感到擔憂，另外，在 Layer1 以太坊主網上也有很多基礎設施需要更新。