坎昆升級來臨在即，盤點以太坊歷史的關鍵節點
本文將回顧並梳理以太坊歷史上重要的硬分叉和升級，以及介紹坎昆升級可能帶來的變化。作者： veDAO 研究院
直到今天，區塊鏈技術依舊可以說是個新興的技術，儘管區塊鏈相關的基本概念（密碼學、去中心化、點對點網絡和交易）已經被研究了數十年，但直到 2008 年比特幣誕生之後，人們才相信這些概念確實可以組合到一起、創造出可用的產品。尤其是以太坊，直到 2015 年才以一種公開的、可用的面貌出現在人們的視野中。儘管預期的發展時間線和具體細節有所變化，以太坊仍堅持按照計劃推進，不斷升級協議，以確保提升可用性、安全性、功能性以及去中心化程度。
今年以太坊按照計劃共會進行兩次重要升級，分別是已在4月12日完成的上海升級，與預計第四季度進行的坎昆升級。按照以太坊官方文檔，自2013年白皮書發布至今，共產生了24個里程碑事件，其中大多為分叉升級，相對重要的為12個升級。本文將回顧並梳理以太坊歷史上重要的硬分叉和升級，以及介紹坎昆升級可能帶來的變化。
前沿（Frontier）升級 - 2015年7月30日
2015 年 7 月 30 日，這是以太坊創世區塊生成的日期，也是以太坊第一階段開始的日期。Frontier的上線標誌著以太坊區塊鏈網絡的正式啟動。此階段主要面向區塊鏈開發者，節點參與者以挖礦形式參與，此階段已支持上傳智能合約。
Frontier 協議包含以下幾個關鍵特性：
區塊獎勵：當礦工們在以太坊區塊鏈上成功挖到一個區塊時，他們將收到以 ETH 發放的獎勵。在 Frontier 階段，礦工的區塊獎勵是每區塊 5 ETH。
Gas：在 Frontier 發布後的初期，每個區塊的 Gas 上限被硬編碼為 5000 gas。說白了，這就意味著網絡上不會有什麼大動作。這樣就留出了一段緩衝期，以便礦工開始在以太坊上工作，並讓早期用戶安裝客戶端。幾天後，該 Gas 上限自動解除，網絡可以按照計劃開始處理交易和智能合約。
Canary 合約：該合約用以告知用戶哪些鏈已遭受或易遭受攻擊。Canary 合約被會賦予 0 或 1 的值。如果合約被賦值 1，客戶端就能識別出這是一條出錯的鏈，並在挖礦時避開這條無效鏈。本質上來說，Canary 合約的這些功能使得以太坊核心開發團隊在網絡出現問題時能夠暫停網絡的運行。在以太坊早期階段，Canary 合約是一個極度中心化卻又不可或缺的保護機制。
可用性：所有開發者的操作均通過命令行來執行，因為沒有圖形用戶界面。整個網絡是可用的，但用戶界面非常粗糙，只有熟悉以太坊並具備操作經驗的人才有能力使用。
前沿版本內通過硬編碼的方式將每個區塊的Gas限制在5000Gas，緊接著在兩個月後的前沿解凍（Frontier thawing）升級中取消了5000Gas的限制，並將Gas默認價格設置為50gwei，並且就在本次升級中引入了難度炸彈，引入難度炸彈的目的是為了給網絡提供一個從 PoW 遷移至 PoS 的機制，當算力太高導致礦工無法挖出任何一個區塊的時候，將是網絡轉換為 PoS 的最好時機。可以說在以太坊的初始階段，就已有轉PoS的計劃。
自此，以太坊開始正式進入準可用的PoW挖礦時代，此時以太坊價格為每個1.24美元。
家園（Homestead）升級 - 2016年3月14日
家園升級是以太坊發布的第二個主要版本，這是以太坊第一次硬分叉，也是路線圖第二階段開始的日期。該版本中最重要的功能是優化了智能合約並為智能合約語言 Solidity 引入了全新的代碼。另外還在該版本中發布了桌面端錢包 Mist，讓用戶能持有/交易 ETH 並編寫/部署智能合約。後來 Mist 項目在 2019 年初宣布終止。
家園升級是最早實施的以太坊改進提案（EIP）之一，共包含3個EIP分別為2、7、8： EIP-2：將通過交易創建智能合約的成本從 21000 Gas 提高到 53000 Gas。之前，通過合約來創建合約（推薦辦法）的成本比通過交易創建合約的成本更高。由於通過交易創建合約的 gas 成本提高，EIP 2 激勵用戶重新採用通過合約來創建合約的方法。
EIP-7：增加了新的函數DELEGATECALL，便於代碼重用。該操作碼與 CALLCODE 類似，不同之處在於它將發送方和數值從父作用域發送到子作用域，也就是說，被創建的調用與原始調用擁有相同的發送方和數值。
EIP-8：是一項著眼於未來的網絡升級計劃改進提案，對網絡協議devp2p進行了向前兼容。這一改進確保以太坊網絡上所有的客戶端軟件都能適應未來的網絡協議升級。
此時以太坊價格為每個12.5美元。
DAO 分叉（DAO Fork） - 2016年7月20日
除了計劃內的以太坊升級和硬分叉之外，還有一次計劃外的分叉事件值得被銘記。2016 年一個名為 The DAO 的去中心化自治組織項目通過發行代幣融資 1.5 億美元。在 6 月，The DAO 的合約被黑客利用，價值數千萬美元的 ETH 被未知的黑客竊取。以太坊社區的大多數參與者決定實行硬分叉，恢復錢包中被盜的 ETH 並修補漏洞。然而，硬分叉沒有得到社區內所有參與者的一致認可，還有部分參與者繼續在那條原始鏈上挖礦並交易。被盜 ETH 未恢復的原始鏈被稱為以太經典（ETC）。自此以太坊分道揚鑣形成了ETH與ETC，這是為什麼以太坊有兩個網絡的原因。
此時以太坊價格為每個12.54美元。
大都會：拜占庭升級 - 2017年10月16日
此時以太坊已經經歷了前沿與家園兩個重大里程碑升級，按照計劃下一步是大都會（Metropolis）升級，但大都會升級內容較多，故當時計劃分為兩個階段進行：拜占庭（Byzantium）和君士坦丁堡（Constantinople）。
此次硬分叉包含了 9 個改進提案（EIP 100、658、649、140、196、197、198、211、214）。除了與操作碼、智能合約等底層相關的更新之外，還將"難度炸彈"推遲至一年半之後，並將區塊獎勵從 5 ETH 減少為 3 ETH。在拆除難度炸彈之前，區塊生成時間接近 30 秒。增加了對其他合約進行非狀態變化調用的能力；增加了一些密碼學方法以允許以太坊的 Layer2 擴展。
此時以太坊價格為每個334.32美元。
大都會：君士坦丁堡升級 - 2019年2月28日
大都會升級的第二階段君士坦丁堡（Constantinople）原定於 2019 年 1 月中旬在第 708 萬個區塊高度上線。1 月 15 日，一家名為 ChainSecurity 的獨立安全審計公司發布了一份報告，指出五個主要的系統升級中有一個會讓攻擊者有竊取資金的機會。針對該報告提出的問題，以太坊核心開發者和社區的其他成員投票決定暫緩升級，直到該安全問題得到解決。
最終，以太坊基金會決定在 2019 年 2 月 28 日進行"大都會"的最後一步，也就是名為"君士坦丁堡"的硬分叉，共包含 6 個改進：確保了區塊鏈在實施 PoS 工作機制之前不會被凍結；優化了以太坊虛擬機中的 Gas 成本問題；添加了地址創建的交互能力。有意思的事，此次升級中還有一個名為"聖彼得堡"（Petersburg）的硬分叉會同時進行，去除了之前在君士坦丁堡中的一個改進提案（EIP-1283）。在此次的 5 大更新中，除了技術相關的調整之外，再次推遲難度炸彈 12 個月，並將區塊獎勵從 3 ETH 減少為 2 ETH。
同時，EIP1014中引入的一種能在合約被正式部署前，就預先計算出合約地址的新的指令CREATE2，從而將類似比特幣閃電網絡的狀態通道概念引入以太坊，可以先在鏈下計算再將對應合約部署至鏈上結算。
此時以太坊價格為每個136.29美元。
伊斯坦布爾（Istanbul）升級 - 2019年12月8日
以太坊 2.0 計劃在 2020 年啟動第一階段（phase 0），在 2.0 沒有完全上線之前，大多數用戶和開發者可能會主要使用以太坊 1.X，所以後續 1.X 的更新也是非常重要的。本次的伊斯坦布爾硬分叉在 12 月 8 日激活，包含了 6 項改進：繼續優化以太坊虛擬機中的 Gas 成本問題；改進應對分佈式拒絕服務攻擊的復原能力；提升基於 SNARKs 和 STARKs 驗證機制開發的 Layer2 擴展解決方案的性能；實現以太坊和零幣（Zcash）的互操作性；允許以太坊智能合約引入更多創造性的功能。
Vitalik Buterin 表示，在本次升級後，普通的每秒交易數（TPS）會提高約 5% 到 10%，而對於 Layer 2 技術 Rollup 來說，可以提高約 4 倍。此時以太坊價格為每個151.06美元。
謨爾冰川（Muir Glacier）升級 - 2020年1月2日
在僅僅完成伊斯坦布爾升級後不到一個月，以太坊又緊急臨時進行了一次升級，一個月內進行兩次硬分叉是非常罕見的，原因是不斷有用戶和開發者發現最近以太坊的區塊生成間隔有略微提升，這將導致以太坊網絡的 TPS 下降。以太坊開發者進行了討論，有人提議在區塊高度 9,200,000 進行代號為「謨爾冰川」的硬分叉以移除難度炸彈，預計發生在 2019 年 12 月 31 日前後。根據開發者在討論組中的數據來看，以太坊的區塊生成時間在移除難度炸彈之前將一直保持增長，到 1 月 6 日左右可能會達到 25 至 30 秒時間。
此時以太坊價格為每個127.18美元。
柏林（Berlin）升級 - 2021年4月15日
從這個版本開始，升級代號將會遵從以太坊開發者大會 Devcon 的順序，而第一屆 Devcon 0 就是在柏林舉辦的。以太坊之前為伊斯坦布爾升級規劃了很多的改進，但是由於各種原因，最終部分沒有來得及放在伊斯坦布爾中的改進提案將會移至柏林。此次優化以太坊虛擬機中的 Gas 成本問題；並增加了對多種交易類型的支持。
此時以太坊價格為每個2454美元。
倫敦（London）升級 - 2021年8月5日
本次升級共涉及五項提案：EIP-1559、EIP-3198、EIP-3529、EIP-3541 以及 EIP-3554。其中對以太坊影響最大的EIP之一為EIP1559，該提案旨在通過改變現有的以太坊手續費結構，將手續費拆分為基礎費（basefee）及礦工費，並藉由銷毀部分基礎費來降低ETH的流通量。
它直接改變了以太坊的經濟模型，之前區塊打包是拍賣機制，Gas價高者得且全部給到礦工，EIP1559將Gas費分為兩部分，一部分給到礦工，另一部分燃燒，從而將以太坊帶入通縮時代。
此時以太坊價格為每個2621美元。
巴黎升級（The Merge）- 2022年9月15日
此次升級（合併）是直接修改以太坊執行層和共識層的升級，是將以太坊主網從PoW共識機制轉變為PoS共識機制的重要升級。這次升級對以太坊網絡產生了一些規則上的改變，具體改變如下：
驗證節點變更：原有的礦工節點將被替換成驗證節點。驗證節點需要擁有32個ETH作為押金，並運行相應的軟件來參與網絡驗證和打包區塊。
出塊獎勵變更：原有的出塊獎勵將被取消，取而代之的是通過交易費用獲取收益。
交易費用機制變更：在新版本中，交易費用將直接支付給驗證節點，而不是以太坊基金會。
動態手續費機制改善：新版本中增加了一個名為"EIP-1559"的新特性，它可以動態調整手續費價格，使得用戶可以更快地完成交易並減少過高的手續費。
狀態存儲方式優化：新版本採用了一種名為"Rollups"的技術，在側鏈上存儲大量數據，並將其匯總到主鏈上，從而減輕了主鏈的負擔，提高了整個系統的效率和可擴展性。
合約執行方式改善：新版本增加了一種名為"EVM 384"的虛擬機，它可以提高合約執行效率和安全性。
總的來說，以太坊巴黎升級通過改進共識機制、優化交易費用機制、改善狀態存儲方式、提高合約執行效率等方面，大幅度提高了以太坊網絡的可擴展性和效率。
此時以太坊價格為每個1472美元。
上海升級 - 2023年4月12日
上海升級將是以太坊網絡實現合併後的首次重大升級，亦是以太坊路線圖上的一個重要里程碑。其中帶來的主要變化有 3 點：
上海升級解鎖了以太坊的質押提款功能。這不僅有利於保持以太坊網絡活力，還有利於以太坊未來可持續性發展，繼續吸引更多的驗證者進入以太坊網絡。
降低運行在以太坊區塊鏈之上的 Layer-2 解決方案的 Gas 費用，這在一定程度上讓以太坊變得更快、更便宜，上海升級將進一步優化以太坊上交易的 Gas 費用。
以太坊作為最大的支持智能合約的區塊鏈網絡，上海升級將通過引入EOF（EVM Object Format）來保持以太坊在該領域的領先地位。
此時以太坊價格為每個1917美元。
坎昆（Cancun）升級 - 2023年 第四季度（預計）
坎昆升級是繼上海升級之後對 ETH 區塊鏈的額外升級，具有 EIP-4844 和可能的 EIP-6969 主要是推動以太坊 L2 得以實現成本降低、速度提高的目標：屆時，將使得以太坊 Layer2 的速度提高 10 倍，甚至有機會提高 100 倍且成本更低。
以太坊 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，以太坊上的擴展解決方案主要是 Layer2 的 Rollups。Rollups 確實幫助用戶節約了很多 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數據壓縮性能，並且不需要包含簽名數據，費用更低，甚至可以降至以太網第 1 層主網的百分之一。但是，對於更廣泛的用戶而言，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，每秒鐘最多只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展性。
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，找到了一个能够适用于现阶段以太坊的权衡之计，为以太坊未来实现整体数据分片奠定前期的技术基础。因此，EIP-4844 又被稱為 "Proto-danksharding"。
EIP4844向以太坊引入了一種新的交易類型，可以在一個稱為Blob的空間中以更便宜的費用存儲數據，從而Layer2之前存儲在Layer1中的數據可以存在Blob中，極大的降低Layer2的費用。
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：添加瞬態存儲操作碼（Transient Storage Opcodes）。瞬態存儲是專門用來解決區塊內部通訊的解決方案。
EIP-6780：修改 SELFDESTRUCT 操作碼的功能，為未來以太坊應用 Verkle Tree 架構做準備。
除了ETH本身，坎昆升級下還有一些值得佈局的項目：
Layer2
坎昆升級最大的受益者無疑是Layer2，具備足夠的先發優勢、作為L2龍頭的Arbitrum和Optimism值得關注；同時像是GMX、RDNT、Magic這類Arbitrum生態中的龍頭應用，也會隨著L2的爆發而水漲船高。除此之外還有基於 OptimisticRollup 構建並改進的Metis，以及Boba Network這類模仿 Optimism 的項目也有望得到坎昆升級的紅利。
ZK-Rollups
zkRollup作為業界認為更高級的解決方案，也有望隨著坎昆升級發光發熱。zkSync、StarkNet和Scroll正是該領域最知名的3個項目；這3個項目目前尚未發幣，但潛力不可小覷。
zkSync是 Matter Labs 開發的基於 ZK-Rollup 架構的擴展方案。主要針對支付用途的1.0主網和全面兼容EVM的通用2.0測試網。近期zkSync還升級了2.0入口，支持使用任意代幣支付網絡費用，大大提高了用戶的靈活性。
Starknet是一種去中心化的 Validity-Rollup，它作為L2在以太坊上運行，使任何應用程序都可以大規模擴展，而不會影響以太坊的可組合性和安全性。
Scroll是以太坊上基於 zkEVM 的 zkRollup，作為L2解決方案，解決以太坊的擁堵問題。
其他
除了上述兩個大類，坎昆升級還會利好其他集中類型的項目。包括和L2功能相近的跨鏈協議；由於Blob數據保存時間短，因此會利好數據可用性層項目。其中的代表有：Layerzero是目前最火的跨鏈協議。它是一種跨鏈通信協議，可以將一條鏈上的"信息"傳遞到另一條鏈上，通過在鏈上部署一系列智能合約（Endpoints）實現去中心化的信息跨鏈服務。
Celestia是一個數據可用性層項目。基於Cosmos架構，為其他L1和L2提供數據層和共識層，構建模塊化區塊鏈。原理與以太坊分片方案相同，可以在一定程度上降低 Rollup 目前的交易手續費瓶頸"數據存儲成本"。
伴隨 EIP-4844 實施， L2 將與其他 L1 相比更具有競爭力，未來的發展前景也相對較大。除了大大降低 L2 的交易費用外，EIP-4844 還為 Danksharding 未來的應用提供了良好的土壤，以便在未來輕鬆實現數據分片。更低的交易費用、更好的交易體驗，甚至催生更多的應用場景，坎昆升級將成為以太坊 L2 的轉折點。
