EVM架构演进全景：以太坊的分阶段扩展战略

在以太坊生态系统快速扩展的过程中，如何在保护安全性和去中心化的同时扩展网络，已成为最重要的挑战。Vitalik Buterin所展示的这一技术路线图，提供了一种针对EVM的效率提升和扩展的综合性方法。该策略在短线和长线两个不同的层面上，逐步提高以太坊的处理能力。

以太坊EVM的短线效率化：Gas优化和区块验证的并行化

短线的扩展策略专注于在利用现有以太坊虚拟机(EVM)设计的同时，最大化其操作效率。围绕Glamsterdam升级的技术改进预计将使网络稳步提高处理能力。

通过引入区块级访问列表机制，可以实现EVM的区块验证过程并行化。以往按顺序进行的验证工作，现在可以同时由多个进程处理，从而缩短整体区块生成时间。这是直接提升整个网络交易处理速度的改进。

同样在Glamsterdam中计划引入的ePBS（加密提案者-构建者分离）具有多个重要功能。特别值得注意的是，它可以将每个插槽中用于区块验证的时间从传统的数百毫秒扩展到更大的时间比例。这将为验证过程提供更多余地，使得能够更加安全地处理更多数据。

多维气体机制：以太坊虚拟机(EVM)设计的创新

燃气的再定价机制不仅仅是费用调整，而是EVM的根本设计思想的转变。如果各种操作的燃气成本能够准确地对应其执行时间和相应的资源消耗，那么就可以实现网络资源的更有效分配。

多维气体的引入将使以往在单一维度上管理的气体机制，演变为能够对每种资源类型进行独立上限管理的结构。在第一阶段，计划在Glamsterdam升级中将“状态创建成本”从“执行和calldata成本”中分离出来。

具体的例来说，当前的SSTORE操作在将存储槽从零变为非零时消耗20000气体。在Glamsterdam的重新定价后，这一成本预计将大幅提升，达到60000气体左右。看似负面的变化实际上是有战略意图的。通过同时扩大气体上限，可以使区块验证的执行能力扩展速度大幅超过区块链状态大小扩展速度。

在EVM的现有设计中，燃料以单一维度实现。因此，所有的操作码，如GAS和CALL，都是基于这一前提。然而，向多维燃料的过渡需要在不改变这一基本假设的情况下，保持向后兼容性。

采用的解决方案必须遵守以下不变条件。首先，如果使用 X 气体发起调用，则该调用必须拥有 X 气体，并且可以用于常规操作、状态创建或将来可能添加的其他维度。其次，如果 GAS 操作码当前显示 Y 气体，则即使发出消耗 X 气体的调用，调用返回后至少必须剩余 Y − X 气体，并且必须可以用于后续操作。

具体的实现中，引入N+1个气体维度。默认情况下N=1（状态创建），额外的一个维度称为“储备”。EVM执行逻辑优先消耗专用维度的气体，只有在不足的情况下才从储备中进行额外消耗。

例如，在拥有气体(100000的情况下创建状态气体100000储备)，当使用SSTORE三次创建新状态时，气体的变化为(100000, 100000)→(45000, 95000)→(0, 80000)→(0, 20000)。这个设计中，GAS操作码返回储备，同时CALL从储备中传递指定量的气体，并同时传递所有非储备的气体。

通过引入对多个资源维度应用不同波动燃气费用的多维定价，预计将提高长期经济可持续性，并实现更优越的资源分配效率。

长期的扩展路径：ZK-EVM与Blobs的融合

短期的改善提高了现有以太坊虚拟机(EVM)的效率，而长期的扩展战略则考虑了更根本的设计变更。ZK-EVM（基于零知识证明的EVM执行验证）和 Blobs（区块）这两个主要技术方向将塑造以太坊的未来。

目前在2026年，ZK-EVM支持的客户端的出现终于要成为现实。节点即将能够使用ZK-EVM参与验证（网络的签名确认）。不过，在这个初期阶段，这些客户端尚未达到足够的安全级别，因此网络整体无法完全依赖。网络中大约5%的节点使用ZK-EVM是被允许的，但超过这个比例的采用方针将被搁置。在这个阶段，如果ZK-EVM证明出现问题，个别节点的质押奖励将不会被罚没，但可能会导致无效区块的构建，从而可能造成该节点的收益损失。

到2027年，将进入推荐更多节点运行ZK-EVM的阶段。这是一个重点关注形式验证和安全性持续提升的时期。重要的是，仅有20%的节点使用ZK-EVM，就能够为单独质押者提供低成本的验证通道，从而大幅提高燃气限制。考虑到单独质押者的总数本身少于网络的20%，这一阶段的改善将惠及许多用户。

技术在充分成熟的阶段，将引入3-of-5强制证明机制。这意味着区块被视为有效，必须包含五种不同证明系统中至少三种证明。这种多样化的证明机制可以降低依赖单一技术的风险，进一步提高网络的韧性。在后续阶段，预计除了需要索引功能的节点外，大多数节点将转向依赖ZK-EVM证明的状态。

从长期来看，旨在进一步增强ZK-EVM的稳健性，并实施更严格的形式验证。在这一阶段，也考虑到包括RISC-V在内的虚拟机级结构性变更。这暗示着EVM机器设计本身可能会根本性地演变。

Blobs和高级数据层的演变

关于Blobs，通过PeerDA传输层的持续改进，最终目标是达到约8 MB/秒的数据吞吐量。这一水平的数据处理能力足以满足以太坊自身的需求。然而，以太坊并不是打算成为全球规模的数据层，而只是满足作为独立网络的需求水平。

现在，Blobs主要用于Layer 2解决方案（L2）的数据存储。作为未来的演变，正在考虑将以太坊区块本身的数据直接写入Blobs。这一变化的目的极其重要。将能够在不下载完整链并重新执行的情况下验证高度扩展的以太坊网络。

这一目标的实现需要两项重要技术的结合。首先，ZK-SNARKs（零知识简洁非对话式证明）使得重新执行过程本身变得不必要。其次，通过PeerDAS和Blobs，可以在不下载所有数据的情况下验证数据的可用性。这些组合使得即使是轻量节点也能实现网络的完全验证参与。

以太坊的扩展战略整体上展示了一种在短线效率化与长线结构演变之间取得平衡的方式，逐步扩大网络容量。虚拟机(VM)的持续优化以及新验证技术的逐步引入，将决定未来几年以太坊网络的发展。