以太坊 Pectra 升级：主要改进及影响

Pectra，下一次重大的以太坊升级，带来了对执行层和共识层的显著增强。这个双层硬分叉——Prague（执行层）和Electra（共识层）——引入了集中于可扩展性、安全性、质押操作和开发者工具的改进。

Pectra 升级当前正在以太坊测试网进行测试。它于2025年2月在 Holesky 线上，并计划于3月在 Sepolia 上线。如果一切顺利，该升级预计将在2025年4月安排在以太坊主网上。

在本指南中，我们将分解 Pectra 对以太坊用户、开发者和验证者的意义，以及如何为其变化做准备。

背景

在深入技术细节之前，了解 Pectra 背后的动机很重要。这个升级建立在 Dencun 硬分叉之上，该分叉引入了 blob 交易（EIP-4844）并为更可扩展的 Rollup 打下了基础。Pectra 在此基础上进一步优化质押操作、层间通信和数据可用性机制。

然而，可扩展性只是以太坊演变的一部分。另一个主要目标是通过 账户抽象 改善用户与以太坊的互动，使钱包更灵活，减少交易复杂性。此努力的一个关键里程碑是 EIP-4337，它通过智能合约钱包引入了账户抽象，而无需更改协议。Pectra 通过 EIP-7702 继续这一进程，使外部拥有账户（EOA）能够暂时执行智能合约代码，进一步缩小传统钱包与智能账户之间的差距。

概述

Pectra 带来了一整套综合性的改进，包括：

• 增强的验证者灵活性：验证者现在可以质押 32 至 2048 ETH 之间的任意金额。这不仅改变了奖励动态，还简化了验证者管理。
• 简化的质押操作：新机制允许质押者直接从执行层触发退出和存款，减少延迟和复杂性。
• 可编程的 EOA - 智能账户：EIP-7702 为 EOA（外部拥有账户，如标准的以太坊钱包）带来了新的功能，能够在交易过程中暂时执行智能合约逻辑。这为批量交易、Gas赞助和替代密钥方案等用例打开了大门。
• 先进的开发者工具：新引入的高效密码学预编译（例如，针对 BLS12-381 曲线）和扩展的 blob 功能为开发者提供了构建成本效益高、创新性强的去中心化应用（dApps）的新途径。
• 改进的层间通信：一个统一的框架用于在 Eth1 和信标链之间移动请求（例如存款、提取和整合），使网络更高效。

Pectra 一览：按功能划分的 EIP

为了帮助你更好地了解全局，我们已将 Pectra 的 EIP 按其主要焦点分组。

1. 验证者和质押增强

这些更改解决了管理质押操作和验证者交互中的核心挑战。

EIP-7251：增加有效余额的上限

• 问题：验证者的质押限制为固定的 32 ETH，限制了灵活性。
• EIP-7251 的工作方式：EIP-7251 将验证者的有效余额上限从 32 ETH 提高到 2048 ETH，使验证者能够在此范围内质押任何金额，并减少需要多个验证者实例的情况。
• 好处：小额质押者因额外的 ETH 收获增量奖励，而大型运营商可以整合质押以简化管理。更少的验证者意味着每个epoch 需处理更少的签名，从而减轻以太坊共识系统的负担，提高整体网络效率。

EIP-7002：执行层可触发的退出

• 问题：要停止质押并提取 ETH，验证者使用其 活动验证者密钥（BLS 密钥）向信标链发送消息；而 提取密钥 仅能接收资金，无法启动退出。因此，如果 验证者 和 提取密钥 由不同人持有，或者验证者密钥丢失，这种设置将变得复杂。
• EIP-7002 的工作方式：该提案在以太坊的执行层上增加了一个新合约，使质押者可以使用其提取密钥触发退出。通过该提案，质押者可以调用合约中的函数退出，而无需验证者密钥或甚至信标链的访问。
• 好处：增强安全性，简化退出程序，减少对活动验证者基础设施的依赖。

EIP-6110：在链上供应验证者存款

• 问题：目前，验证者存款依赖于共识层内部的投票机制，其中信标链提议者根据执行层数据进行验证和包括存款。这引入了延迟（最长可达约12小时）并增加了由于JSON-RPC API 实现不一致而带来的复杂性，以及对外部数据投票的依赖。
• EIP-6110 的工作方式：该提案通过将验证者存款直接附加到执行块结构，将存款处理完全移入执行层。
• 好处：加快了验证者激活速度，将存款处理延迟从约12小时减少至约13分钟，并通过消除提议者投票的需求，减少客户端软件的复杂性。

EIP-7685：通用执行层请求

• 问题：以太坊缺乏处理执行层（Eth1）和共识层（信标链）之间的层间操作的标准化机制。目前，存款、提取和验证者整合分别遵循不同的流程，导致低效。
• EIP-7685 的工作方式：该 EIP 引入一个通用框架，使执行层和共识层之间能够直接通信，简化存款、提取和验证者整合等请求的处理。
• 好处：通过确保一致的层间请求处理，该提案消除了质押操作中的低效。同时，它还使智能合约能够直接与共识层交互。

2. 数据效率与 Blob 采用

这些 EIP 协同工作，优化链上数据的存储和处理，鼓励使用 blobs 而非 calldata。

EIP-7623：提高 calldata 成本

• 问题：在 Dencun 升级引入 blobs 之前，Layer 2（L2）使用 calldata 在以太坊虚拟机（EVM）中永久存储数据，虽然效率较低。即使现在，calldata 有时比 blobs 更便宜，尽管 blobs 是更优选的数据存储方法。
• EIP-7623 的工作方式：提高使用 calldata 的成本，以鼓励 L2 完全转换为 blobs。
• 好处：数据存储更高效，总交易费用更低。

EIP-7691：增加 Blob 吞吐量

• 问题：保守的 blob 上限可能很快阻碍可扩展性，特别是在 Rollup 采用增加的情况下。
• EIP-7691 的工作方式：该 EIP 将目标每个区块的 blob 数量从 3 增加到 6，最大数量从 6 增加到 9，允许更大规模的 Rollup 数据高效存储和处理。
• 好处：更好的可扩展性和降低的费用。

EIP-7840：在执行层配置文件中添加 Blob 调度

• 问题：动态调整 blob 参数一直很具挑战性。
• EIP-7840 的工作方式：在客户端配置文件中引入可配置的目标和最大 blob 数量参数。
• 好处：简化网络调优，并为 blob 交易创建更可预测的费用市场。

以太坊客户端需要为不同的分叉配置 blob 调度参数。以下是 Prague 和 Cancun 分叉如何定义与 blob 相关的参数的示例，包括每个区块的目标 blob 数量和基本费用更新比例。

示例 Blob 调度配置

// 客户端必须根据分叉配置目标、最大和 baseFeeUpdateFraction
"blobSchedule": {
  "cancun": {
    "target": 3,
    "max": 6,
    "baseFeeUpdateFraction": 3338477
  },
  "prague": {
    "target": 6,
    "max": 9,
    "baseFeeUpdateFraction": 5007716
  }
}

3. 先进的密码学操作

增强密码学功能是高效且成本效益高的验证过程的关键。

EIP-2537：用于 BLS12-381 曲线操作的预编译

• 问题：在智能合约中验证 BLS 签名和 zkSNARK 证明的计算成本较高。
• EIP-2537 的工作方式：针对 BLS12-381 曲线操作引入本地预编译。
• 好处：显著降低 gas 成本，使多签名验证和证明检查更高效。

4. 扩展历史数据

提供更广泛的历史数据访问对无状态客户端和跨链应用有利。

EIP-2935：将历史区块哈希存储在状态中

• 问题：BLOCKHASH 操作码目前仅限于检索最后 256 个区块哈希（约 51 分钟），限制智能合约和 Rollup 的历史数据访问。
• EIP-2935 的工作方式：在系统合约的存储中保存多达 8192 个区块哈希（约 27.3 小时），同时保持现有的 BLOCKHASH 操作码行为。
• 好处：Rollup 和跨链应用现在可以 直接查询历史区块哈希，而无需依赖离链源或外部数据聚合。

5. 智能账户与账户抽象

EIP-7702 是向账户抽象迈进的一步，通过允许 EOA 暂时执行智能合约逻辑来改善钱包功能，支持Gas赞助、交易批量处理和替代身份验证方案。随着时间的推移，这可能缩小 EOA 和智能合约钱包之间的差距，使以太坊交易对用户更为无缝。

EIP-7702：设置 EOA 账户代码

• 问题：传统的 EOA 仅限于简单的交易签名，无法执行代码。
• EIP-7702 的工作方式：引入一种新的交易类型，允许在交易期间暂时将智能合约代码赋予 EOA。
• 好处：启用高级功能，例如交易批量处理、Gas赞助和替代密钥方案的委托——为账户抽象铺平道路。

关于 EIP-7702 的技术指南

要深入了解 EIP-7702 的工作原理及其对钱包开发的影响，请查看 EIP-7702 实现指南：构建和测试智能账户 技术指南和 EIP-7702 解析：以太坊的未来 博客文章。

Pectra 对用户、开发者和验证者的影响

对用户

• 更智能的钱包：通过 EIP-7702，你的钱包最终可以支持交易批量处理和Gas赞助等功能。（这些好处将在钱包提供商整合 EIP-7702 后显现。）
• 更低的 Rollup 费用：随着 EIP-7691 提高 blob 容量，Rollup 将有更多空间以更低的成本有效存储数据。这意味着依赖 L2 解决方案（如乐观和 ZK Rollups）的用户能够进行更便宜的交易。
• 无需操作：你的 ETH 在升级期间保持不变。你无需手动“升级”——只需在新功能推出后享受改善的体验。

对开发者

• 创新工具：新的预编译（EIP-2537）显著降低了验证密码学证明的 gas 成本，而统一的框架简化了层间操作的处理。
• 优化的数据存储：通过增加的 blob 吞吐量（EIP-7691）和提高手续费（EIP-7623），你被鼓励采用 blob 存储 Rollup 数据，从而提高可扩展性并降低成本。
• 扩展的功能：可编程 EOA（EIP-7702）使 EOA 能够像智能合约账户一样工作，打开了批量交易和替代密钥方案的大门。要深入了解这些功能，请查看 EIP-7702 实现指南：构建和测试智能账户 技术指南。

对验证者

• 灵活的质押：将最大有效余额提高至 2048 ETH（EIP-7251）使你能够更高效地扩展操作，无论你是独立质押者还是大型服务提供商的一部分。
• 简化的操作：对链上存款和退出的新机制（EIPs 7002、6110 和 7685）减少了行政开销，简化了密钥管理挑战。

结论

Pectra 是迈向完全 Danksharding 的另一步，为便捷性、安全性和可扩展性带来了改进。无论你是享受更流畅钱包体验的用户、建立下一代 dApps 的开发者，还是寻求操作效率的验证者，Pectra 都带来了显著的改善。

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