ETH zkEVM-L1 100倍扩展：以太坊公布其达到1000万TPS的路线图

ETH zkEVM-L1 100 倍扩展：以太坊公布其 10M TPS 的路线图

如何实时 ZK 证明释放以太坊的 Teragas 愿景

执行摘要

本报告对以太坊旨在成倍增加其基础层（L1）吞吐量的根本性转变进行了技术分析。其核心论点是从每个网络节点必须执行所有交易的模型，转变为节点只需验证单个零知识证明（ZKP）的模型。战略目标是在 L1 上实现 1 Gigagas/s（1 万 TPS）的吞吐量，这将为数千个 L2 的 Teragas/s（1 千万 TPS）生态系统奠定基础。实时证明的技术突破使得这种转变成为可能，Succinct 及其 zkVM SP1 等公司在其中发挥了关键作用。这种转变是协调努力的结果，包括以太坊基金会（EF）的战略转向，专门 zkEVM 团队的组建，以及发布公开基准以刺激创新。该报告分析了所有措施：从哲学基础和架构决策（例如 Type 0 zkVM），到最终目标是创建基于 RISC-V 的简单高效 L1 的多阶段路线图。

TL;DR（主要要点）

• 新范例：以太坊正在从“执行区块”模型转变为“验证证明”模型，这允许 L1 在不牺牲去中心化的前提下进行扩展。

• 规模目标：在 L1 上实现 1 Ggas/s（约 10,000 TPS），并通过 L2 总体实现 1 Tgas/s（约 100 万 TPS）。

• 关键技术：实时证明（RTP）的突破，即在 12 秒内为一个区块生成 ZK 证明。Succinct 的 SP1 Hypercube 是第一个公开展示这一成就的。

• 以太坊基金会的作用：EF 通过公开基准发起了一场“实时竞赛”，并创建了一个专门的 zkEVM 团队来实施 ZK-L1。

• 去中心化目标：最终目标是实现在最低硬件上运行完整的验证节点，例如 10 美元的 Raspberry Pi Pico。

• 长期最终目标：用 RISC-V 替换 EVM，以实现最大的证明效率（>100 倍）并从根本上简化 L1 协议。

第一部分：为什么以太坊必须扩展 L1

以太坊向 ZK 技术的过渡不仅仅是一项技术升级，而是一项基于哲学、经济和战略必然性的战略调整。要理解这一事件的重要性，首先必须回答“为什么”——为什么以太坊将 ZK 视为其未来。

1.1. 哲学基础：密码朋克使命

@VitalikButerin 以太坊需要的是很多怀有密码朋克愿景的年轻人。所有的 OG 都厌倦了。现在要靠下一代了。

以太坊 ZK 转型的意识形态基础在于 1990 年代的密码朋克运动。他们的宣言呼吁创建基于“物理和数学，而不是法律”的保证的系统。这一原则在现代的“以太坊密码朋克宣言”中得到了复兴和改编。从技术上讲，这意味着用密码验证模型（正确性的确定性数学证明）取代社会经济信任模型（相信验证者诚实地重新执行交易）。Vitalik Buterin 的帖子“让以太坊再次成为密码朋克”催化了这一转变，该帖子成为了让协议回归其最初理念的呼吁。

1.2. 从 Gigagas L1 到 Teragas 生态系统

Gigagas ETH L1 (10K TPS) 扩展以太坊的愿景是让 L1 成为一个完整的 ZKL1，这是一个由 zKVM（如 @SuccinctLabs 的 SP1）和实时证明解锁的未来。在 @EthCC 上，来自 @ethereumfndn 的 @drakefjustin 提出了一个路线图，该路线图将允许主网

该路线图的目标是在 L1 基础层上实现 1 Ggas/s（每秒 10 亿 gas，或约 10,000 TPS）的吞吐量。然而，正如 EF 研究员 Justin Drake 指出的，这只是“冰山一角”。最终目标是创建一个总吞吐量为 1 Tgas/s（约 1000 万 TPS）的 Teragas 生态系统，这将通过约 1000 个 L2 的协作来实现，每个 L2 的容量为 1 Ggas/s。在这种模型中，L1 充当最有价值操作（L2 结算、资产发行、桥）的高性能中心，而主要用户活动发生在 L2 上。

“10,000 TPS 没什么。对于整个世界，我们需要每秒大约 1000 万次交易，每秒 1 teragas。我们如何实现这一目标？好吧，通过 L2。”

所以我从 Justin Drake 在 EthCC 上的演讲中记下的要点（Gigagas ETH L1 / 10K TPS）：L1 作为 ZKL1 - 将 L1 扩展到 1 gigagas/sec，这大约是 ~10,000 TPS - 这一愿景的基础是 zkVM（如 @SuccinctLabs 的 SP1）和实时证明 L2 - 强大的 L1

1.3. 最终目标作为架构计划

扩展 L1 是维持以太坊“经济引力”的战略必需品。正如 Dankrad Feist 所说，如果基础层停滞不前，高价值应用程序和流动性可能会迁移到其他平台。为了解决这一挑战，提出了一项经济政策，其形式为 EIP-7938，该政策引入了一种通过默认客户端行为自动、指数级增加 gas 限制的机制（每年约 3 倍）。这创建了一个可预测且雄心勃勃的路线图，使开发人员充满信心并刺激生态系统创建与网络增长相匹配的解决方案。

ZK 转型的战略基础在 Vitalik Buterin 的 ENDGAME 概念中概述：只有在去中心化验证的情况下，区块生产的中心化才是可接受的。ZK 证明是解决这个问题的方法。最终目标是在最低硬件上实现完整的网络验证。Justin Drake 这样描述这个目标：

“目标是从 Raspberry Pi 发展到 Raspberry Pi Pico……你可以在最低硬件上运行完全验证的执行层客户端……这与移动钱包和与其他 L1 的免信任桥梁有关。”

第二部分：以太坊基金会的“全力以赴”转型

以太坊向 ZK 验证的转变不仅仅是独立团队的自发运动，而是一项由以太坊基金会（EF）精心策划的深思熟虑的协调任务。认识到该技术的潜力，EF 进行了战略调整，分配了资源，并为整个生态系统设定了明确的目标，将理论研究转化为工程竞赛。

“……对于 L1 扩展的未来，EF 正在‘全力投入，全力以赴 ZKVM’。”

2.1. 为 ZK 重组的组织

此方向变更的最重要信号之一是以太坊基金会内部的重组。一个新的、专门的 ZKEVM 团队成立，由 Kev Wedderburn 领导，由大约 7 个人组成。该团队的任务以最清晰的方式制定：“尽一切努力使 ZKEVM 在 L1 上运行”。

该团队包括负责关键领域的专家：

• @sophiagold – 协调和公共沟通。
• @ignaciohagopian – 基准测试和性能分析。
• Kev - zkEVM 使命。
• @codytouchgrass – 安全和测试工具的开发。

这样一个专注团队的创建证实了 ZK 不再是一个实验性的方向，而是成为未来 L1 架构的核心。

2.2. 发布 L1 zkEVM #1：实时证明

正式确定 EF 转型的关键事件是在官方博客上发表的文章“发布 L1 zkEVM #1：实时证明”，该文章由 Sophia Gold 撰写。这篇文章充当了官方宣言，将抽象目标转化为具体的整套技术要求，并在生态系统中发起“实时竞赛”。

L1 zkEVM 即将登陆以太坊主网。它们将允许我们显著扩展 gas 限制，并实现原生 zk-rollups，而不会牺牲使以太坊独一无二的安全性、活跃性和抗审查性水平。

发布 L1 zkEVM #1：实时证明 | 以太坊基金会博客

该文章为任何旨在 L1 集成的 zkVM 建立了明确的公共基准：

• 延迟：≤10 秒，适用于 99% 的主网区块。
• 现场资本支出：≤100,000 美元。
• 现场功耗：≤10 千瓦。
• 安全性：≥128 位。
• 证明大小：≤300 KB。
• 代码：完全开源。
• 可信设置：不允许（通用设置除外）。

这些要求的公布为所有开发人员创建了一个统一的参考框架，并成为加速创新的强大刺激。

2.3. 加固堆栈

意识到一个拥有数十亿美元市值的网络的安全性岌岌可危，@ethereumfndn 部署了一项多层战略，以确保 ZK 系统的可靠性。

• 基准测试 Prover Killers：由 Ignacio Hagopian 领导的团队系统地测试了专门制作的区块上的 zkVM，以识别最坏情况下的性能场景（“prover killers”）。早期测试表明，主要罪魁祸首是密码学预编译，特别是 MODEXP 和 BLAKE2。此数据对于未来重新评估 gas 成本至关重要。
• 形式化验证：EF 在一项为期三年的 zkEVM 形式化验证计划中投资了 2000 万美元。该领域的一项重大突破是来自 @VeridiseInc 的 Picus 工具，该工具被证明在发现 ZK 系统中最常见的漏洞类型（“约束不足的电路”）方面非常有效 - 检测到 89 个已知公共漏洞中的 86 个。包括 @SuccinctLabs 在内的领先团队已经在使用 Picus 来审计他们的系统。

"这两类错误是约束不足和约束过度……事实证明，约束不足的电路是大多数错误。89 个错误中的 86 个是约束不足的错误，这些错误基本上可能被这个工具 Picus 发现。所以我对这一发展感到非常非常满意。" - Justin Drake，EF

• 进攻性安全：由 Cody Gunton 领导的小组正在开发内部工具，用于主动搜索漏洞，包括 Cascade fuzzer 和用于完全符合 RISC-V 架构的测试。

第三部分：技术突破

如果没有 ZK 技术本身的基本突破，以太坊基金会的战略转型是不可能实现的。生态系统内激烈的竞争和创新导致了新一代 zkVM 的诞生，这些 zkVM 解决了关键的性能和可持续性挑战，使实时证明成为现实。

Succinct 的 SP1 证明了这个 RISC-V 程序的正确执行。推动这种方法的愿景是由 Succinct 首席执行官 @pumatheuma 阐述的：

“我们的目标是消除密码学的所有复杂性，以便开发人员可以用 Rust 等标准语言‘只编写普通代码’并获得 ZK 证明。”

3.1. Type 0 和 RISC-V 的作用

创建 zkEVM 的早期方法（1-3 型）需要为每个 EVM 操作码手动创建密码电路，这使得系统脆弱且极其难以升级。突破性的解决方案是“0 型”架构，该架构证明了现有、未修改的 L1 客户端的执行。

标准化的 RISC-V 指令集架构（ISA）在这种方法中起着关键作用。不是模拟 EVM，而是将用通用语言（例如，Rust 中的 reth）编写的 L1 客户端编译为 RISC-V。然后，通用 zkVM（例如，Succinct 的 SP1）证明了这个 RISC-V 程序的正确执行。这种巧妙的解决方案将 ZK 系统的开发与 L1 客户端的开发分离，使它们能够并行且可持续地发展。

3.2. 解构证明管道

生成 ZK 证明是一个多阶段的管道，生态系统已经优化了每个步骤：

• 获取：检索区块数据和状态 witness。@thezkcloud 团队的一项突破将此时间从几分钟缩短到不到一秒。
• 拆分：将一个区块分解为小的、并行处理的部分（“子区块”）。Succinct 团队首先成功应用并推广了这种策略，用于 SP1，这成为处理大型区块的关键。

: 关键的是，@SuccinctLabs 的“子区块”不仅仅是一笔交易。它是一个独立的包：子区块 = 交易 + 状态上下文。这种“状态上下文”是证明特定交易的必要数据（例如帐户余额、合约代码和存储） 显示更多

• 跟踪：执行指令并创建执行“跟踪”。
  • 计算：GPU 上的主要密码学工作。ZKsync 的 Airbender 展示了 15 MHz 的性能。
  • 聚合和包装：将证明递归地组合成一个最终证明。

3.3. 使用 SP1 实现 RTP

技术竞赛的顶峰是 Succinct 发布的 SP1 Hypercube。这是第一个公开演示 EF 在其“宣言”中设定的目标是可以实现的。

• 主要成就：SP1 展示了在 12 秒内证明 93% 的实时以太坊主网区块的能力。
• 技术创新：此结果是通过从基于单变量多项式的传统 STARK 迁移到完全基于多线性多项式和新的 Jagged PCS 承诺方案的新架构来实现的。

“实时证明就在这里。主网 EVM 区块在 1 个以太坊Slot（12 秒）内得到证明。起鸡皮疙瘩。”

这一事件被称为 ZK 的登月时刻，并明确证实实时证明不是一种理论，而是一种工程现实。

3.4. 运行中的 Succinct Prover 网络

这种技术不仅仅是一种演示。它已经可以运行并可用于测试。在 Sepolia 测试网上启动的 Succinct Prover 网络是开放、去中心化证明生成市场的实际实现。重要的是，任何人都可以参与——任何拥有合适 GPU 硬件的用户都可以连接到网络并开始实时证明交易，为可验证的以太坊的未来做出贡献。

“我们正在构建一个双边市场：Succinct Prover 网络。它旨在将 ZK 证明的生成商品化。”

第四部分：可持续 ZK-L1 的系统设计

拥有快速的 ZK 技术只是解决方案的一半。对于一个处理数千亿美元交易的 L1 来说，要依赖它，该技术必须嵌入到强大的系统架构中。这种架构解决了延迟、活跃性和安全性的基本问题，而不会牺牲以太坊的核心原则：去中心化。

4.1. 弹性网络的机制设计

ZK-L1 架构使用一套优雅的协议级别规则，这些规则对齐了参与者的激励，并从可能不完美的组件中创建了一个弹性的系统。

• 解决延迟 → 延迟证明：根本性的改变是转移到同Slot证明模型。在此模型中，区块 n 的证明在Slot n 期间生成，并包含在区块 n+1 中。这给了 Prover 几乎完整的 12 秒的工作时间，解决了时间限制问题。
• 解决活跃性 → “你构建它，你证明它”：此原则消除了 Prover Killer 攻击。根据此模型，区块的创建者还负责生成其证明。因此，区块构建者没有攻击系统的动机，因为他们只会攻击自己并冒着损失奖励的风险。
• 解决安全性 → k-of-n 多样性：系统的安全性不依赖于单个、完美的 zkVM。相反，使用 k-of-n 模型，其中网络并行运行 n 个（例如，5 个）不同的“zkVM + 执行客户端”对。如果 k 个（例如，3 个）对提供正确的证明，则认为该区块有效。安全性成为多样性的涌现属性。

虽然运行 n 个对可确保冗余，但它也带来了一个挑战：管理这些多样化组合的性能以防止慢速对瓶颈网络。为此提出的一个简单但优雅的解决方案是慢速-快速配对。此机制解决了如何形成配对以平衡系统的整体性能。

zkVM 按其证明速度从最快到最慢排序，而执行客户端按相反的方向排序，从最慢到最快。然后将它们相应地配对：最快的 zkVM 与最慢的客户端一起工作，第二快的 zkVM 与第二慢的客户端一起工作，依此类推。目标是确保每个生成的对都具有大致相同的端到端证明时间。这使得 k-of-n 模型不仅安全，而且性能良好且可持续。

• 解决审查 → 强制包含列表（FOCIL，EIP-7805）：除了技术挑战之外，构建者和验证者（PBS）的角色分离还会带来中心化和交易审查的风险。为了应对这种风险，提出了 FOCIL（分叉选择强制包含列表）机制，如 EIP-7805 中所述。
  • 工作原理：在每个Slot中，一个特殊的验证者委员会从 mempool 中等待的交易中形成包含列表。区块构建者有义务在其区块中包含来自这些列表的所有有效交易。
  • 分叉选择实施：该机制直接嵌入到分叉选择规则中。证明者只会投票支持已正确处理包含列表的区块。任何忽略 FOCIL 的区块都将无法成为规范链的一部分。
  • 主要属性：FOCIL 基于委员会（降低了贿赂风险），与区块创建同Slot运行（没有延迟），并且依赖于至少 1/N 的委员会成员将诚实行事以提供包含保证的假设。

因此，FOCIL 是 ZK-L1 架构的关键补充，确保了以太坊的基本原则（抗审查性）的保留。

4.2. 硬件和去中心化：家庭证明势在必行

扩展的主要风险之一一直是硬件要求的中心化。ZK-L1 路线图通过家庭证明势在必行直接解决了这个问题。目标是确保参与网络安全不会成为公司数据中心的专属领域。

为了实现这一目标，以太坊基金会为独立 Prover 设定了明确的硬件要求：

• 资本支出 (CAPEX)：≤100,000 美元。
• 功耗（Power）：≤10 千瓦。

10 千瓦的限制是关键，因为它对应于标准家用电力系统可以提供的用于为电动汽车充电的功率，这使得家庭证明成为现实。由于“功率启发式”，实现此目标成为可能：如果今天需要大约 16 个 GPU（例如，NVIDIA 4090）的集群在 1 个Slot中证明一个区块，那么考虑到摩尔定律和新一代的出现（例如，5090），这个数字将减少到大约 10 个 GPU - 适合指定功率限制的配置。

“我希望今年能做到这一点：证明每个以太坊区块，其中大部分……都是实时的。并在我家做。” -

@drakefjustin

第五部分：多阶段路线图

过渡到 ZK-L1 不是一个单一的事件，而是一个精心计划的、多年的过程。该路线图分为几个阶段，每个阶段都解决各自的一系列挑战：从克服当前的限制到长期完全改造虚拟机架构。

5.1. 中期：ZK 证明的阶段性推广

ZK 证明集成到协议中将在 2025 年至 2028 年的四个阶段进行，从而可以逐步测试和实施新架构。

• 第 0 阶段（2025 年）：早期采用者。启动可选的 ZK 客户端。参与证明是利他的。
• 第 1 阶段（2026 年）：延迟证明。将延迟执行引入协议。证明的激励变得半理性。
• 第 2 阶段（2027 年）：强制证明。对分叉选择规则的更改使提供证明成为强制性的。证明完全变得理性和经济动机。
• 第 3 阶段（2028 年）：封装证明。添加一个 EXECUTE 预编译，允许智能合约以原生方式验证 ZK 证明。这为原生 rollups 和 validiums 打开了大门。

5.2. 远期：用 RISC-V 替换 EVM 以实现最大效率

Vitalik Buterin 提出的长期最终目标是最激进的一步，用 RISC-V 替换 EVM，旨在实现最大的简单性和 L1 性能。

• 提议：在协议级别用 RISC-V 完全替换 EVM 作为主要虚拟机。
• 理由：
  • 效率：ZK 证明者的性能分析表明，大约 50% 的计算周期都用于模拟 EVM 本身（block_execution）。在没有中间层的情况下，直接在 RISC-V 中执行合约可以提供超过 100 倍的效率提升。
  • 简单性：与 EVM 相比，RISC-V 规范要简单得多。这种转变可以通过将复杂性移出核心协议之外来简化核心协议，从而降低错误风险和维护成本。

“与 EVM 相比，RISC-V 规范非常简单。” -

@VitalikButerin

• 向后兼容性：将在保持完全向后兼容性的同时进行过渡。现有 EVM 合约将继续通过用 RISC-V 编写的链上 EVM 解释器运行。这种方法类似于 Apple 如何使用 Rosetta 转换层在新的硬件架构上支持旧软件。

这个多阶段路线图展示了一种成熟的方法，将务实的短期步骤与雄心勃勃的变革性长期愿景相结合。

第六部分：生态系统影响和结论

以太坊 L1 转型为高性能、可验证的协议将引发整个 Layer 2 生态系统的巨大转变，从根本上改变其价值主张、竞争态势和技术轨迹。

6.1. 大调整：对 L2 生态系统的影响

扩展的 L1 不会消除 L2；它迫使它们进化，从而建立一种更强大的共生关系。

• 通过使用 ZK 证明来验证自己的区块，以太坊 L1 有效地成为最安全和最具流动性的 ZK rollup 本身。这设定了一个新的性能标准，迫使其他 L2 在独特的功能（例如，隐私、特定 VM）上竞争，而不是仅仅在规模上竞争。
• 7天提款期的过时：ZK 系统的一个关键优势是即时交易终结性。这使得 7 天的提款等待期，这是 Optimistic rollups 的一个特征，无论从用户体验还是资本效率的角度来看，都变得过时且不具竞争力。

“每个 rollup 都将是一个 zk rollup”

• 通过 OP Succinct 迁移：OP Succinct 项目为 OP Stack 生态系统提供了一条务实的迁移路径。它提供模块化解决方案，允许 L2 从 SP1 完全过渡到 ZK 有效性证明，或者使用它们来创建更高效的 ZK 欺诈证明 (OP Succinct Lite)，从而大大缩短等待时间。

• 互操作性的新纪元：一个可扩展且廉价的 L1 使得共享排序器模型更可行，从而实现不同 L2 之间的原子可组合性，并创建一个更互联和统一的生态系统。

6.2. 链上富足

该路线图的成功实施标志着从计算稀缺的范式转变为链上富足的范式。定义 EVM 开发数十年的约束将被消除，从而为创新开辟广阔的全新设计空间：

• 复杂的链上计算：可以直接在智能合约中实现复杂的金融模型、CLOB，甚至机器学习模型。

• 移除协议约束：传统的 24 KB 合约大小限制是区块 gas 限制的直接结果，可以被消除。 这允许将更复杂的应用程序部署为单个模块。

6.3. 结论

这是一项全面的战略，从基础层面上解决了可扩展性三难困境，将网络转变为全球结算层。

本报告表明，这条道路是以下三大强大潮流汇聚的结果：

1. 哲学：回归去中心化和密码学真相的密码朋克理想。

2. 战略：以太坊基金会有意转变，并通过组织变革和财务承诺得到加强。

3. 技术：通过 Succinct 等领先团队的竞争和创新，实现了实时证明的突破。

L1 上达到 1 Ggas/s 的路线图已经清晰。 剩下的挑战，例如使用 Verkle 树管理状态增长和优化数据库，现在是可以解决的传统工程问题，而不是尚未解决的密码学问题。

重新执行的时代即将结束。 密码学验证的时代即将开始。 Gigagas 时代已经开始。

• 原文链接： x.com/0xJaehaerys/status...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～