EVM架構演進的全貌：以太坊的階段性擴展戰略

在以太坊生態系統快速擴展的過程中，如何在保護安全性和去中心化的同時擴展網路，已成爲最重要的挑戰。Vitalik Buterin所展示的這一技術路線圖，提供了一種針對EVM的效率提升和擴展的綜合性方法。該策略在短線和長線兩個不同的層面上，逐步提高以太坊的處理能力。

以太坊EVM的短線效率化：Gas優化和區塊驗證的並行化

短線的擴展策略專注於在利用現有以太坊虛擬機(EVM)設計的同時，最大化其操作效率。圍繞Glamsterdam升級的技術改進預計將使網路穩步提高處理能力。

通過引入區塊級訪問列表機制，可以實現EVM的區塊驗證過程並行化。以往按順序進行的驗證工作，現在可以同時由多個進程處理，從而縮短整體區塊生成時間。這是直接提升整個網路交易處理速度的改進。

同樣在Glamsterdam中計劃引入的ePBS（加密提案者-構建者分離）具有多個重要功能。特別值得注意的是，它可以將每個插槽中用於區塊驗證的時間從傳統的數百毫秒擴展到更大的時間比例。這將爲驗證過程提供更多餘地，使得能夠更加安全地處理更多數據。

多維氣體機制：以太坊虛擬機(EVM)設計的創新

燃氣的再定價機制不僅僅是費用調整，而是EVM的根本設計思想的轉變。如果各種操作的燃氣成本能夠準確地對應其執行時間和相應的資源消耗，那麼就可以實現網路資源的更有效分配。

多維氣體的引入將使以往在單一維度上管理的氣體機制，演變爲能夠對每種資源類型進行獨立上限管理的結構。在第一階段，計劃在Glamsterdam升級中將“狀態創建成本”從“執行和calldata成本”中分離出來。

具體的例來說，當前的SSTORE操作在將存儲槽從零變爲非零時消耗20000氣體。在Glamsterdam的重新定價後，這一成本預計將大幅提升，達到60000氣體左右。看似負面的變化實際上是有戰略意圖的。通過同時擴大氣體上限，可以使區塊驗證的執行能力擴展速度大幅超過區塊鏈狀態大小擴展速度。

在EVM的現有設計中，燃料以單一維度實現。因此，所有的操作碼，如GAS和CALL，都是基於這一前提。然而，向多維燃料的過渡需要在不改變這一基本假設的情況下，保持向後兼容性。

採用的解決方案必須遵守以下不變條件。首先，如果使用 X 氣體發起調用，則該調用必須擁有 X 氣體，並且可以用於常規操作、狀態創建或將來可能添加的其他維度。其次，如果 GAS 操作碼當前顯示 Y 氣體，則即使發出消耗 X 氣體的調用，調用返回後至少必須剩餘 Y − X 氣體，並且必須可以用於後續操作。

具體的實現中，引入N+1個氣體維度。默認情況下N=1（狀態創建），額外的一個維度稱爲“儲備”。EVM執行邏輯優先消耗專用維度的氣體，只有在不足的情況下才從儲備中進行額外消耗。

例如，在擁有氣體(100000的情況下創建狀態氣體100000儲備)，當使用SSTORE三次創建新狀態時，氣體的變化爲(100000, 100000)→(45000, 95000)→(0, 80000)→(0, 20000)。這個設計中，GAS操作碼返回儲備，同時CALL從儲備中傳遞指定量的氣體，並同時傳遞所有非儲備的氣體。

通過引入對多個資源維度應用不同波動燃氣費用的多維定價，預計將提高長期經濟可持續性，並實現更優越的資源分配效率。

長期的擴展路徑：ZK-EVM與Blobs的融合

短期的改善提高了現有以太坊虛擬機(EVM)的效率，而長期的擴展戰略則考慮了更根本的設計變更。ZK-EVM（基於零知識證明的EVM執行驗證）和 Blobs（區塊）這兩個主要技術方向將塑造以太坊的未來。

目前在2026年，ZK-EVM支持的客戶端的出現終於要成爲現實。節點即將能夠使用ZK-EVM參與驗證（網路的籤名確認）。不過，在這個初期階段，這些客戶端尚未達到足夠的安全級別，因此網路整體無法完全依賴。網路中大約5%的節點使用ZK-EVM是被允許的，但超過這個比例的採用方針將被擱置。在這個階段，如果ZK-EVM證明出現問題，個別節點的質押獎勵將不會被罰沒，但可能會導致無效區塊的構建，從而可能造成該節點的收益損失。

到2027年，將進入推薦更多節點運行ZK-EVM的階段。這是一個重點關注形式驗證和安全性持續提升的時期。重要的是，僅有20%的節點使用ZK-EVM，就能夠爲單獨質押者提供低成本的驗證通道，從而大幅提高燃氣限制。考慮到單獨質押者的總數本身少於網路的20%，這一階段的改善將惠及許多用戶。

技術在充分成熟的階段，將引入3-of-5強制證明機制。這意味着區塊被視爲有效，必須包含五種不同證明系統中至少三種證明。這種多樣化的證明機制可以降低依賴單一技術的風險，進一步提高網路的韌性。在後續階段，預計除了需要索引功能的節點外，大多數節點將轉向依賴ZK-EVM證明的狀態。

從長期來看，旨在進一步增強ZK-EVM的穩健性，並實施更嚴格的形式驗證。在這一階段，也考慮到包括RISC-V在內的虛擬機級結構性變更。這暗示着EVM機器設計本身可能會根本性地演變。

Blobs和高級數據層的演變

關於Blobs，通過PeerDA傳輸層的持續改進，最終目標是達到約8 MB/秒的數據吞吐量。這一水平的數據處理能力足以滿足以太坊自身的需求。然而，以太坊並不是打算成爲全球規模的數據層，而只是滿足作爲獨立網路的需求水平。

現在，Blobs主要用於Layer解決方案（L2）的數據存儲。作爲未來的演變，正在考慮將以太坊區塊本身的數據直接寫入Blobs。這一變化的目的極其重要。將能夠在不下載完整鏈並重新執行的情況下驗證高度擴展的以太坊網路。

這一目標的實現需要兩項重要技術的結合。首先，ZK-SNARKs（零知識簡潔非對話式證明）使得重新執行過程本身變得不必要。其次，通過PeerDAS和Blobs，可以在不下載所有數據的情況下驗證數據的可用性。這些組合使得即使是輕量節點也能實現網路的完全驗證參與。

以太坊的擴展戰略整體上展示了一種在短線效率化與長線結構演變之間取得平衡的方式，逐步擴大網路容量。虛擬機(VM)的持續優化以及新驗證技術的逐步引入，將決定未來幾年以太坊網路的發展。