以太坊升級時間軸：從創世到未來完整指南

概述

以太坊的發展历程是一部持續演進的技術史詩。從 2015 年的創世區塊到 2024 年的 Dencun 升級，以太坊經歷了多次重大升級，每一次都為網路帶來深遠的變化。本文詳細記錄以太坊的主要升級時間軸，解釋每個升級的技術背景、內容及其對生態的影響，並展望未來的發展方向。

創世時期（2015 年以前）

以太坊白皮書發布（2013-2014）

以太坊的概念最初由 Vitalik Buterin 於 2013 年提出。當時，Vitalik 在一篇題為「以太坊：下一代智慧合約和去中心化應用平台」的白皮書中闡述了以太坊的願景。

此後，Vitalik 與 Gavin Wood、Joseph Lubin 等人共同創建了以太坊開發團隊。2014 年，以太坊進行了首次代幣銷售（ICO），籌集了約 31,500 比特幣（當時價值約 1,800 萬美元）。

Frontier 時代（2015 年）

2015 年 7 月 30 日，以太坊創世區塊誕生，標誌著主網正式上線。這個階段被稱為 Frontier，是以太坊的初始版本。

Frontier 提供了基本的智慧合約功能，允許開發者部署和執行智慧合約。然而，這個版本的功能相對基礎，僅支持命令行界面，對開發者技術要求較高。

早期升級（2016-2019）

Homestead（2016 年 3 月）

Homestead 是以太坊的第一個升級版本，於區塊高度 1,150,000 正式激活。這次升級帶來了多項改進：

智慧合約語言 Solidity 從 0.1.0 升級至 0.2.0，增加了更多功能和安全性。

引入了 Metropolis 升級的預備功能，為後續升級做準備。

改善了客戶端的穩定性和性能。

Homestead 升級是以太坊首個順利完成的硬分叉，確立了以太坊的升級治理模式。

The DAO 事件與硬分叉（2016 年 6 月）

2016 年 6 月，The DAO（一個基於以太坊的去中心化自治組織）遭受黑客攻擊，損失了約 360 萬 ETH。這個事件是以太坊歷史上最具爭議性的事件之一。

社群對如何處理這個事件產生了分歧：

支持硬分叉的一方認為應該回滾交易，追回被盜資金。

反對方認為區塊鏈應該是不可變的，不應該人為干預。

最終，以太坊進行了硬分叉，创建了兩條鏈：ETC（以太坊經典）和 ETH（以太坊）。ETH 保留了被盜資金的回滾，而 ETC 堅持區塊鏈的不可變性。這次分叉至今仍然存在，ETC 成為了一條獨立的區塊鏈。

Metropolis（2017 年 10 月）

Metropolis 升級於 2017 年 10 月 16 日激活，分兩個階段進行：拜占庭（Byzantium）在區塊高度 4,370,000 激活。

這次升級帶來的主要改進包括：

延遲「炸彈」：將難度炸彈（Difficulty Bomb）推遲約兩年，確保工作量證明挖礦可以繼續進行。

zk-SNARKs 準備：為未來的零知識證明應用奠定基礎。

新增操作碼：引入了 REVERT 和 RETURNDATASIZE 等操作碼，改進了智慧合約的錯誤處理。

Constantinople / St. Petersburg（2019 年 2 月）

Constantinople 升級原定於 2018 年中期進行，但在最後一刻發現了安全漏洞而被推遲。最終於 2019 年 2 月在區塊高度 7,280,000 激活。

這次升級帶來的改進包括：

降低區塊獎勵：從每區塊 3 ETH 降至 2 ETH。

改進合約執行效率：新增 SHL、SHR 等位操作操作碼。

帳戶抽象的進展：為未來的帳戶抽象做準備。

St. Petersburg 升級在 Constantinople 激活後不久進行，修復了發現的漏洞。

PoW 最後時期（2019-2022）

Istanbul（2019 年 12 月）

Istanbul 升級於 2019 年 12 月 8 日在區塊高度 9,069,000 激活。這次升級主要增加了對 zk-SNARKs 和 zk-STARKs 的支持，並優化了某些操作的 gas 成本。

主要改進包括：

EIP-152：增加了 EVM 執行 Blake2 壓縮函數的能力，為跨鏈隱私協議奠定基礎。

EIP-1108：降低某些預編譯合約的 gas 成本。

EIP-1344：添加了 CHAINID 操作碼，讓智慧合約可以識別當前區塊鏈。

Berlin（2021 年 4 月）

Berlin 升級於 2021 年 4 月 15 日在區塊高度 12,244,000 激活。這次升級優化了 gas 成本，並引入了新的交易類型。

主要改進包括：

EIP-2929：增加某些操作碼的 gas 成本，防止 DoS 攻擊。

EIP-2930：引入訪問列表（Access List），允許交易預先指定要訪問的存儲槽，降低 gas 成本。

London（2021 年 8 月）

London 升級是以太坊歷史上最重要的升級之一，於 2021 年 8 月 5 日在區塊高度 12,965,000 激活。這次升級最核心的變化是 EIP-1559。

EIP-1559 的主要特點：

基礎費用（Base Fee）被燃燒：每筆交易的基礎費用不再分配給礦工，而是被銷毀。

優先費用（Priority Fee）：用戶可以支付小費給驗證者以加速交易確認。

動態區塊大小：區塊大小目標為 1500 萬 gas，但可以擴展到 3000 萬 gas。

EIP-1559 的實施帶來了深遠的影響：

ETH 成為潛在的通縮資產：在網路繁忙時，燃燒的 ETH 可能超過新發行的數量。

費用可預測性：用戶可以設定最大費用（Max Fee），更容易預估交易成本。

礦工收入結構變化：礦工收入從區塊獎勵 + 全部費用轉變為區塊獎勵 + 優先費用。

The Merge（2022 年 9 月）

合併（The Merge）是以太坊從工作量證明（PoW）過渡到權益證明（PoS）的歷史性升級，於 2022 年 9 月 15 日完成。這次升級是以太坊白皮書發布九年來的願景實現。

合併的主要特點：

廢除工作量證明：不再需要挖礦，所有區塊由驗證者產生。

質押機制：驗證者需要質押 32 ETH 才能參與區塊生產。

節能環保：能源消耗降低約 99.95%。

合併的實施是分階段進行的：

信標鏈（Beacon Chain）於 2020 年 12 月上線，作為獨立的 PoS 區塊鏈運行。

合併當天，信標鏈與主網合併，結束了 PoW 挖礦時代。

合併的影響：

ETH 發行率大幅下降：從每年約 4-5% 降至約 0.5-1%。

質押收益成為可能：ETH 持有者可以質押獲得約 3-5% 的年化收益。

網路安全性提升：攻擊 PoS 網路的成本遠高於 PoW。

Shanghai / Capella（2023 年 4 月）

Shanghai 升級（執行層）和 Capella 升級（共識層）於 2023 年 4 月 12 日同步激活。這是合併後的首次重大升級。

主要改進包括：

質押提款：驗證者可以提取其質押的 ETH 和獎勵，這在合併後一直無法實現。

Gas 優化：多項 EIP 降低了某些操作的 gas 成本。

擴展 Blob 空間：為未來的 Proto-Danksharding 做準備。

Shanghai 升級解決了合併以來的一個關鍵痛點：質押資金的流動性問題。質押者終於可以提取其質押的 ETH，這促進了質押率的提升。

Cancun / Deneb（2024 年 3 月）

Cancun 升級（執行層）和 Deneb 升級（共識層）於 2024 年 3 月 13 日激活。這次升級的核心是 EIP-4844（Proto-Danksharding）。

Proto-Danksharding 的主要特點：

引入 Blob：區塊可以攜帶名為 Blob 的數據類型，用於存儲 Layer 2 的交易數據。

資料可用性：Blob 數據在一定時間後可被刪除，減少了節點的存儲負擔。

降低 L2 成本：L2 可以在 Blob 中發布數據，大幅降低費用。

EIP-4844 讓以太坊在不分片的情況下獲得了類似的擴容效果。Layer 2 的費用因此大幅下降，從原來的數美元降至不到一美元。

未來升級規劃

Full Danksharding（完全分片）

Full Danksharding 是以太坊擴容路線圖的下一個里程碑。在 Proto-Danksharding 之後，以太坊將進一步擴展 Blob 空間的數量。

預計實現時間：2024 年或 2025 年

主要目標：將 Blob 數量從每區塊 1 個逐步增加到 64 個，進一步降低 L2 費用。

Verkle Trees

Verkle Trees 是取代 Merkle Patricia Trie 的新一代狀態存儲結構。與 Merkle Trees 相比，Verkle Trees 的證明大小更小，允許更高效的狀態驗證。

預計實現時間：2025 年或更晚

主要目標：減少狀態證明的大小，支援無狀態客戶端。

Stateless Execution

無狀態執行是區塊驗證的一種新範式。驗證者不需要存儲完整的區塊鏈狀態，而是透過證明來驗證區塊的有效性。

這將大幅降低運行驗證節點的硬體要求，提高網路的去中心化程度。

EOF（EVM Object Format）

EOF 是對以太坊虛擬機（EVM）的重大重構，旨在提高 EVM 的效率和安全性。

主要特點：

更好的合約代碼組織。

更低的 gas 成本。

更好的安全性。

Single Slot Finality

目前，以太坊的最終確定性（Finality）需要約 12-15 分鐘（兩個 Epoch）。Single Slot Finality 旨在將最終確定時間縮短到一個 Slot（12 秒）。

這將大幅提升以太坊的用戶體驗，特別是對於需要快速確認的金融應用。

升級治理模式

EIP 流程

以太坊的升級通過以太坊改進提案（Ethereum Improvement Proposals, EIPs）進行。EIP 流程包括以下階段：

概念驗證（Idea）：提出改進想法。

草稿（Draft）：詳細的技術規範。

審查（Review）：社區審查和測試。

最終呼叫（Last Call）：最終審查。

最終（Final）：確認納入下一次升級。

客戶端團隊

以太坊採用多客戶端策略，防止單一客戶端錯誤導致網路分割。主要客戶端團隊包括：

Geth (EthereumJS)：最流行的執行層客戶端。

Besu：企業級客戶端，支援許可網路。

Erigon：注重性能的客戶端。

Nethermind：另一個主流執行層客戶端。

共識層客戶端：

Prysm：最流行的共識層客戶端。

Lighthouse：由 Sigma Prime 開發。

Nimbus：注重效率的客戶端。

Teku：企業級共識層客戶端。

結論

以太坊的升級歷程展示了區塊鏈技術的持續演進能力。從 2015 年的 Frontier 到 2024 年的 Cancun，以太坊經歷了從 PoW 到 PoS 的根本性轉變，並在不斷擴容和改進的道路上前進。

理解這些升級的技術背景和影響，有助於開發者和投資者更好地把握以太坊生態的發展方向。隨著 Full Danksharding、Verkle Trees 等未來升級的實施，以太坊將繼續朝著更高效、更可擴展、更去中心化的目標邁進。