自以太坊创始人 Vitalik Buterin 提出以太坊2.0(Eth2.0 或 Serenity)的宏伟蓝图以来,社区对其性能提升,尤其是交易处理能力(TPS,Transactions Per Second)的期待从未停歇,以太坊1.0受困于PoW共识机制和区块容量限制,TPS常年徘徊在15-30左右,难以支撑大规模应用落地,而Eth2.0通过转向权益证明(PoS)、分片技术(Sharding)等核心升级,理论上将TPS提升至数万级别,在实测中,Eth2.0的TPS表现究竟如何?它是否真正实现了预期的性能飞跃?
理论上的“星辰大海”:Eth2.0的性能蓝图
要理解Eth2.0的实测TPS,首先需回顾其理论设计:
- PoS共识的效率提升:相较于PoW需要大量算力竞争打包权,PoS依赖验证者质押ETH参与共识,能耗极低,且出块时间更短(目前信标链出块约12秒),理论上能更快确认交易。
- 分片技术的并行处理:这是Eth2.0提升TPS的核心,通过将网络分割成多个并行的“分片链”(Shards),每个分片可以独立处理交易和智能合约,从而将总吞吐量提升至分片数量的倍数,最初规划为64个分片,每个分片理论上能达到数千TPS,总TPS有望突破10万。
- Rollups等Layer2的协同:虽然Eth2.0本身(信标链+分片)是Layer1,但Layer2解决方案如Rollups(Optimistic Rollups, ZK-Rollups)通过在L1上批量提交交易数据,极大地提升了L2的TPS,并依赖L1的安全性,Eth2.0的升级为Layer2提供了更坚实的基础。
基于此,Eth2.0的TPS目标远非1.0可比。
实测中的“冰与火”:当前Eth2.0的TPS表现
自2020年12月Eth2.0信标链(Beacon Chain)成功启动,以及2022年9月合并(The Merge)完成,以太坊正式从PoW转向PoS,Eth2.0的“完整版”——包含分片的阶段仍在推进中(下一个重大升级是Dencun升级,将引入EIP-4844以优化Rolls成本),当前的Eth2.0实测TPS主要指信标链的TPS以及作为其基础的执行层(目前仍是执行层与信标链合并后的状态,尚未完全启用分片并行处理交易)。
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信标链(Beacon Chain)的TPS:
- 信标链本身主要负责PoS共识、验证者管理、跨分片通信等,不直接处理用户交易(这些仍由执行层处理,如我们现在使用的以太坊主网,在合并后已成为信标链的一个执行层客户端)。
- 信标链的交易类型主要是验证者存款、提款(目前尚未完全开放)、提案、 attestations(证明)等共识相关操作,其TPS与用户交易的TPS是不同的概念。
- 根据Ultrasound.money等数据平台,信标链的TPS通常在几到十几之间波动,这与1.0主网的TPS数值相近,但性质完全不同,这些是共识内部操作,不是用户发起的转账或合约调用。
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当前执行层(合并后以太坊主网)的TPS:
- 在分片技术完全落地之前,当前的以太坊主网(作为信标链的一个执行层)其TPS能力并未因合并而发生数量级的提升,它仍然受到区块 Gas 限制(目前约3000万 Gas)、出块时间(约12-15秒,因PoS出块更灵活但网络传播等因素)的限制。
- 实测显示,当前以太坊主网的平均TPS大约在15-30左右,与1.0时代相比没有显著变化,在拥堵时期,TPS可能略有提升(因为用户愿意支付更高Gas费,促使打包更多交易),但用户体验依然不佳,Gas费高昂。
- 关键点:我们目前使用的“以太坊2.0”严格来说是“以太坊PoS升级”,其核心是共识机制的改变和安全性提升,而TPS的大幅提升依赖于分片(Sharding)的全面启用。
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分片测试网的TPS初体验:
- 为了测试分片功能,以太坊团队已经部署了多个测试网,如Sepolia、Goerli(即将退役)以及最新的Holesky测试网。
- 在这些测试网上,开发者可以对分片功能进行压力测试,在某个特定时间点,通过多个分片并行处理交易,可以观察到单个分片的TPS可以达到数百甚至上千,如果所有分片同时运行,理论总TPS可以达到数千。
- 测试网的环境与主网差异巨大:节点数量少、用户活动少、交易类型简单、缺乏真实的经济激励和攻击压力,测试网的TPS数据更多是技术可行性的验证,不能直接等同于主网表现,但它们为未来主网分片上线后的性能提供了重要参考。
