以太坊运算速度进化史，从区块链宠物到世界计算机的加速之路
区块链技术自诞生以来，其可扩展性问题——即交易处理速度（TPS，Transactions Per Second）——一直是制约其大规模应用的关键瓶颈，作为全球第二大加密货币平台和智能合约领域的领军者，以太坊（Ethereum）的发展史，在很大程度上就是一部不断突破运算速度限制、追求更高效率与可扩展性的进化史，本文将回顾以太坊运算速度的历史沿革，探讨其面临的挑战与采取的解决方案,以及这些演进对未来互联网格局的深远影响。
初创期：奠定基础，“区块链宠物”的繁荣与拥堵
以太坊由 Vitalik Buterin 于2013年提出构想，2015年正式上线，其最初的愿景是打造一个“世界计算机”，允许开发者在其上构建和部署去中心化应用（DApps），与比特币专注于点对点电子现金系统不同，以太坊引入了智能合约功能,极大地扩展了区块链的应用场景。
初期的以太坊网络运算速度并不快，其共识机制采用了工作量证明（PoW），与比特币类似，但区块时间设定为约15秒（相比之下比特币为10分钟），理论上初始TPS约为7-15，这在当时看来已远超比特币，但随着DApp生态的爆发式增长，尤其是“加密猫”（CryptoKitties）这类现象级应用的涌现，以太坊网络迅速暴露出性能短板，2017年底到2018年初，“加密猫”的流行导致网络交易拥堵，Gas费（交易费用）飙升，大量交易被积压，用户体验急剧下降，这一时期，以太坊的运算速度成为其发展的“阿喀琉斯之踵”,也催生了社区对扩容方案的迫切需求。
探索期：Layer 1扩容的尝试与“冰河期”的反思
面对日益增长的交易需求和拥堵问题，以太坊社区开始积极探索各种Layer 1（第一层，即主网本身）的扩容方案。
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区块大小与Gas限制调整：最直接的扩容方式是增加区块大小或提高Gas限制，以在每个区块中容纳更多交易，以太坊团队确实进行过多次Gas限制的渐进式调整，在一定程度上提升了TPS，但这种调整并非没有代价，更大的区块需要更强的节点硬件支持，可能导致中心化风险，且对网络同步速度提出更高要求，单纯依靠此方法,效果有限且存在瓶颈。
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分片技术（Sharding）的提出：分片被认为是实现以太坊大规模扩容的根本性方案之一，其核心思想是将区块链网络分割成多个并行的“分片”（Shards），每个分片处理一部分交易和智能合约，从而将网络的整体处理能力提升数倍甚至数十倍，分片技术早在以太坊的 roadmap 中就被列为重要里程碑，但其技术实现复杂度高，涉及跨分片通信、数据可用性、安全性保障等诸多难题,开发周期较长。
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PoW向PoS的过渡——“The Merge”的酝酿：PoW机制虽然安全，但能源效率低下，且在算力集中的情况下也面临中心化风险，权益证明（PoS）机制通过验证者质押代币来产生新区块，理论上能显著提高能源效率，并可能通过优化共识算法来提升TPS，将PoW转向PoS（即“The Merge”）是以太坊2.0的核心，也是为后续更复杂的扩容方案（如分片）铺平道路的关键一步，在“The Merge”之前，以太坊网络经历了较长的“冰河期”，开发重心转向了信标链（Beacon Chain）的建设,为PoS的上线做准备。
转型期：“The Merge”与“Dencun”升级，运算效率的革命性飞跃
2022年9月15日，以太坊完成了从PoW向PoS的共识机制转换，即“The Merge”，这一历史性事件不仅极大地降低了以太坊的能源消耗（约99.95%），也为后续的性能提升奠定了基础，PoS机制下，区块时间更稳定,理论上也为更快的区块出块和更高的TPS提供了可能性。
“The Merge”之后，以太坊并未止步，2024年3月，又一项重要的网络升级——“Dencun”升级成功实施，这次升级引入了“proto-danksharding”技术（通常称为EIP-4844），这是实现数据分片（Danksharding）的前奏和关键一步。
EIP-4844的核心是引入“blob交易”（blob transactions），这种交易方式允许rollups（Layer 2扩容方案）将大量数据以较低的成本发布到以太坊主网，而无需将这些数据全部存储在主链的状态中，这直接解决了Layer 2方案因依赖主网数据可用性而导致的成本高昂问题，使得Layer 2的交易费用可以大幅降低，同时显著提升其处理速度，在“The Merge”和“Dencun”升级的双重作用下，以太坊主网的TPS本身虽然没有数量级的跃升（PoS下TPS约15-30），但通过Layer 2的赋能，整个以太坊生态系统的整体运算速度和吞吐量得到了革命性的提升，主流的Layer 2解决方案如Arbitrum、Optimism、zkSync等，其TPS已可达数千甚至上万,交易费用也降至原来的几十分之一甚至更低。
展望期：迈向“分片时代”，以太坊的终极速度与可扩展性愿景
尽管“The Merge”和“Dencun”已经为以太坊带来了显著的性能提升，但这并非终点，以太坊的最终目标是实现完整的分片技术，届时，以太坊主网将被分割成多达64个（或更多）并行的分片链,每个分片都能独立处理交易和执行智能合约。
通过分片，以太坊主网本身的TPS有望实现数量级的增长，达到数千甚至更高的水平，同时保持去中心化和安全性，这将彻底解决以太坊的可扩展性问题，使其真正能够承载全球范围内的去中心化应用，成为高效、低成本的“世界计算机”，以太坊开发团队正朝着实现“单插槽分片”（Single Slot Finality, SSF）和完整的 Danksharding 的方向努力,这些将是未来几年以太坊发展的重点。
