以太坊共同创办人 Vitalik Buterin 近期连续撰写关于以太坊未来蓝图的文章，他在第四篇《The Verge》中提出了普及化区块链验证网络的概念，这也是 The Verge 的愿景。
Vitalik 表示，区块链技术的一个强大特点是，任何人都可以在自己的电脑上运行节点，并验证区块链的正确性。即使 95% 的节点试图改变规则，任何运行完整验证节点的用户仍能拒绝接受新的区块链，并继续遵循旧的规则。这种去中心化的特性是区块链相较于集中化系统的核心优势之一。然而，这种优势的前提是，运行一个完整验证节点必须对大多数人来说是可行的。
目前，尽管在消费级笔记型电脑上运行节点是可能的，但这并不容易。The Verge 的使命就是要让这一过程变得更简单，使得运行完整验证的成本足够低廉，让每一个手机钱包、浏览器钱包，甚至智慧手表都可以自动进行区块链验证。
Verge 的 2023 年路线图：验证技术革新 Verkle Trees
最初，「Verge」是指将以太坊状态存储转换到Verkle Tree，这是一种允许更压缩证明的结构，使得区块的无状态验证 (stateless validation) 成为可能。现在，Verge 不仅限于这一技术，还包括通过零知识简洁非交互知识证明 (SNARKs) 技术来验证整个以太坊执行的宏大愿景。
无状态验证：Verkle Trees 与 STARK 技术
Verkle Trees 解决什么问题
Vitalik 表示，现在以太坊节点需要存储数百 GB 的状态数据来验证区块，这对于许多用户来说是一个巨大的技术负担。随着每年数据的增长，普通用户的电脑储存空间有限，使得运行完整验证节点变得困难。这不仅减少了节点的运行者数量，也使得新节点的同步过程非常繁琐且耗时。
Verkle Trees 运作原理
无状态验证透过将每个区块与证明数据 (见证) 一起传输，使得节点不必存储整个状态来验证区块。这样的验证过程需要改变当前的以太坊状态树结构，因为现有的 Merkle Patricia tree 并不适合进行高效的加密证明。因此，当前的焦点转向使用 Verkle trees 或 STARKed binary hash trees。
Verkle Trees 技术的突破与挑战
Verkle Trees 有什么优势？
Vitalik 解释，Verkle Trees 透过使用椭圆曲线向量 (elliptic curve-based vector) 确保生成更短的证明，理论上使得证明的大小大幅减少。这种技术可以让节点之间传输更少的数据，从而大幅降低节点同步和验证的成本。
Verkle Trees 有什么挑战？
Vitalik 认为，尽管 Verkle Trees 在证明大小方面表现出色，但它对抗量子计算机的安全性较差，这可能表示将来还需要进一步升级为量子安全的技术。此外，在最坏情况下，证明数据仍然可能过大，尤其是在遇到恶意节点攻击时，这使得这种技术在某些情境下仍具有一定的风险。
STARKed binary hash trees：另一种未来选择
Vitalik 表示，STARKed binary hash trees 技术是一种替代方案，它透过生成证明来显著减少验证过程中所需的数据量。虽然这种技术具有潜力，但它的主要挑战在于生成证明的计算时间较长，特别是在当前硬体上仍需进一步优化才能实现大规模应用。
Verge 的关键目标与未来应用
无论是采用 Verkle Trees 或是 STARKed binary hash trees，都朝向以下目标：
1. 无状态客户端：在不需要存储大量状态数据的情况下，让完整验证客户端和验证节点能够运行。
2. 智慧手表上的完全验证：长期目标是使得智慧手表等设备能够下载少量数据并验证整条链。
此外，Verge 技术还将应用于以下几个关键领域：
- 交易池：验证节点在转播交易前，需要确认其有效性，而无状态验证技术能使这一过程更加高效。
- 轻客户端：Verge 技术可以使轻客户端像 Metamask 等钱包不再依赖中心化服务来验证交易。
以太坊有效性证明优化目标
EVM 执行层的有效性证明
最终的目标是让以太坊区块验证变得极为低资源化。用户只需下载少量数据，并验证一个小型证明，就能确认区块的有效性，这使得轻量级客户端的使用变得更加普及和可行。
共识层的有效性证明
以太坊的共识层证明涉及验证质押者签名、处理存款与提现等操作。虽然共识层相对简单，但其验证仍然需要解决高效计算 BLS 签名以及 SHA256 杂凑等问题。未来的挑战将集中于如何进一步优化这些过程，以实现低资源且高效的共识验证。
总体来说，Verge 是以太坊未来的一个关键里程碑，它不仅代表着技术上的突破，也为以太坊的去中心化与可扩展性提供了新的可能。
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