如何用 ZK 技術破解「不可能三角」

**編者按：**以太坊正在邁向 1 萬 TPS 的擴容新時代，而零知識證明（ZK）技術正成爲關鍵驅動力，本文是我們整理的《以太坊 1萬 TPS 路線圖》第一篇，用盡量通俗的方式拆解 ZK 技術、zkEVM 路線圖和以太坊 L1 擴容計劃，下一篇將深入探討 ZK 落地挑戰、L2 生態演化以及未來對以太坊經濟結構的影響。

2025 年 7 月 30 日，以太坊迎來了創世區塊十周年，而經過十年的探索，以太坊的擴容路線圖也正在探索新的方向和願景。

當然近期 ETH 的價格漲也重新給社區帶來了信心，但真正讓人興奮的是，在經歷了數年圍繞 L2 擴容的探索之後，以太坊 L1 終於擁有了一條在保持最大去中心化的前提下實現極致擴容的可信路徑。

簡言之，從現在開始，**以太坊的 Gas 上限和 TPS 計劃每年提升數倍，驗證者（Validators）將不再重復執行每一筆交易（編者注：也即無需從頭算一遍交易的狀態變化），而是只去驗證一份零知識證明（ZK-proof），**以證明這批交易是正確執行的，從而能夠讓底層網路的 TPS 提升至每秒上萬筆交易。

與此同時，L2 也會同步擴容，實現數十萬甚至數百萬 TPS，且一種名爲「原生 Rollup」（Native Rollup）的新型 L2 將像可編程分片一樣運行，提供與 L1 相同的安全性。

雖然這些提案還未正式得到以太坊治理流程的批準，但它們建立在 Vitalik Buterin 在 2017 年就開始探索的思路之上，並得到了以太坊基金會核心研究員 Justin Drake 的推動支持。

在 7 月的 EthCC 大會上，Drake 表示：「我們正處於以太坊擴容的關鍵轉折點，我堅信我們即將進入 L1 的 GigaGas 時代——大約 1 萬 TPS，而開啓這一時代的關鍵是 zkEVM 與實時證明（real-time proving）」。

Drake 的終極目標是在 10 年內讓以太坊生態能夠實現 1000 萬 TPS，但這意味着沒有任何單一區塊鏈能滿足這一吞吐量要求，未來必然是一個「網路中的網路」架構：不同 L2 各自承擔不同場景、權衡與優勢，共同擴展整個生態滿足全球需求。

爲什麼以太坊 L1 一直無法大規模擴容？

雖然其他區塊鏈早已開始嘗試使用更強大的硬件和計算能力來擴大吞吐量，但以太坊一直對去中心化有一種近乎意識形態，甚至有人會覺得「烏托邦式」的執着。

從 ETH 最大主義者（ETH maxis）的角度來看，**像 Solana 這樣的「數據中心鏈」擁有數百萬美元的中心化風險點，政府可以直接針對這些節點進行交易審查，即使是像 Sui 這樣硬件規格要求低一些的鏈，其成本和帶寬要求也令人望而卻步，**從而影響去中心化程度。

相比之下，以太坊甚至可以運行在樹莓派（Raspberry Pi）上，這種低門檻設計讓超過 15,000~16,000 個公開節點和上百萬萬個驗證者參與網路，因此幾乎不可能審查以太坊上的交易，並且使整個網路對攻擊具有極強的韌性。

當然，代價是速度極慢 —— 當前 TPS 約爲每秒處理 18~20 筆交易，而 Solana 的 TPS 則爲每秒約 1500 筆交易。

從某種程度上來說，區塊鏈架構天生低效，有點像一個 Google 表格，每當你修改一個單元格之前，全世界所有擁有副本的電腦都要先把整個表格重新算一遍，確認無誤後才能更新。

ZK 技術公司 Succinct Labs 的聯合創始人 Uma Roy 解釋說：「以太坊的設計是希望任何人都能跟上網路，並重新執行所有交易」，這也意味着交易量不能隨便無限放大，因爲每筆交易都需要有人重新計算。

正因爲在保持去中心化的前提下，主網擴容空間有限，以太坊在 2020 年不得不走上了 L2 分層擴容這條備受爭議的路線。

ZK 如何破解區塊鏈不可能三角？

以太坊創始人 Vitalik Buterin 曾提出過「區塊鏈不可能三角」這一概念，用來形容公鏈在安全性、可擴展性和去中心化三者間難以兼得的困境。

幾乎所有擴容方案都只能同時滿足其中兩項，必然犧牲掉第三項。

直到現在。

零知識證明（ZK-Proof），被 Drake 形容爲「登月級數學（moon math）」的技術——能夠在不泄露交易細節的前提下，數學上證明一大批復雜交易已被正確執行。

生成 ZK 證明的過程非常復雜，但驗證一份證明是否正確，卻既快又輕量。

因此，以太坊未來的構想是：與其讓一堆性能孱弱的樹莓派節點逐筆重算所有交易，不如讓驗證者只需檢查一份極小的 ZK 證明的數學結果即可。

Succinct Labs 聯合創始人 Uma Roy 繼續解釋說，「與其讓大家重新執行所有交易，不如直接給他們一份證明，告訴他們這些操作已經發生了，這樣任何人都可以驗證這份證明，而不必重新做計算」。

Drake 甚至打趣說，未來驗證 ZK 證明的計算量小到連售價 7 美元的 Raspberry Pi Pico（性能不到普通樹莓派的十分之一）都能勝任，根本不需要大型數據中心。

zkEVM：通往 1 萬 TPS 的路線圖

以太坊基金會的 Sophia Gold 最近在博客中發布的一則消息引發了社區熱議：未來一年內，L1 主網可能集成零知識證明驅動的以太坊虛擬機（zkEVM）。

值得注意的是，很多 ZK 技術的實用化探索，其實是從 L2 網路開始的，例如由以太坊聯合創始人 Joe Lubin 旗下 Consensys 孵化的 Linea，就是一條 100% 兼容 EVM 的 ZK Rollup 公鏈——任何能在以太坊上運行的應用，都能在 Linea 上無縫運行。

Linea 甚至把自己視作以太坊的延伸，最近還宣布將銷毀 20% 的 ETH 交易手續費，以支持 L1 價值回流。

Linea 負責人 Declan Fox 解釋說，ZK 技術爲區塊鏈的不可能三角提供了答案：「ZK 的魔力在於，我們可以大幅提高 L1 的 Gas 上限，而計算量的擴展並不會讓驗證變得更復雜」。

他補充說，隨着 ZK 證明生成的延遲和成本不斷下降，我們能夠處理更高的吞吐量，同時保持驗證的硬件要求極低——甚至一塊智能手表也能勝任驗證工作。

不過，社區也不必過度樂觀，即便未來一年內 zkEVM 成功集成到 L1，它也不會在第一天就直接實現 1 萬 TPS。

日拱一卒，然後一瞬間完成

以太坊目前有五個主要的軟件客戶端可用於運行網路，這意味着即便某個客戶端出現問題，網路也不會像 Solana 那樣直接停擺。

在未來的升級路線中，以太坊計劃先發布兩到三個支持 ZK 驗證的改造版客戶端，使驗證者可以選擇通過檢查零知識證明（ZK-proofs）來完成驗證，而不再重新執行每一筆交易。

最初，只有少數驗證者會率先切換到新的驗證模式，以便在早期排查和修復潛在問題。

以太坊基金會協議協調團隊的 Ladislaus 表示，「切換到 snark 化的 EVM 將是一個循序漸進的過程」——這裏的「snark」化指的是採用 SNARK 類型的零知識證明。）

用戶主要會逐步感受到 L1 的 Gas 上限提高，也就是網路的經濟活動能力增強，雖然 L1 向 ZK 驗證的過渡需要時間，但 Gas 上限的擴容幾乎已箭在弦上。

上周，L1 Gas 上限剛剛提高了 22%，達到 4500 萬，研究員 Dankrad Feist 提出了一個 EIP，建議客戶端每年自動三次上調 Gas 上限，按照該計劃，四年後以太坊主網就能實現約 2000 TPS。

而 Justin Drake 甚至進一步提出，將這一節奏延長兩年，到 2031 年可達到 1 gigagas 的吞吐量，實現約 1 萬 TPS。