以太坊迈向万级 TPS：实时证明与原生 Rollup 的关键作用

以太坊正在向每秒处理 1 万笔交易的目标迈进，而零知识证明技术正成为这一扩容进程的核心驱动力。本文将聚焦于实时证明的技术挑战、证明者的参与机制、主网架构切换面临的安全问题，以及"原生 Rollup"如何成为零知识扩容的最终形态。

实时证明：以太坊扩容的关键技术

实时证明是指在不到 12 秒内，对以太坊主网的一个区块完成零知识证明的生成过程。一旦实现，以太坊就能将区块验证逻辑纳入协议本身，在保证可验证性的同时大幅提高 Gas 上限，从而实现主网的大规模扩容。

实现实时证明不仅需要先进的 zkVM 技术，还需要对以太坊协议层进行调整。预计明年的网络升级将引入"区块验证与立即执行的解耦"机制，为证明者提供更充足的时间生成 zkEVM 证明。

某区块链项目已发布最新的 zkVM，在 200 张 GPU 的集群下，能够对 93% 的主网区块实时生成证明。他们有信心在年底前将这一比例提高到 99%。对于无法及时生成证明的极少数区块，协议设计中已考虑容错机制。

以太坊还在考虑将区块时间从 12 秒缩短至 6 秒，这将显著提升用户体验，但也给证明者带来了更大的挑战。不过，考虑到零知识技术每年性能都能提升 10 倍，业内人士对此并不担心。

以太坊证明者的硬件要求

为实现实时证明，以太坊基金会为证明者设定了初步技术目标：硬件成本控制在 10 万美元以内，电力消耗低于 10 千瓦。这个要求虽然看似不低，但实际上比运行大型数据中心的门槛要低得多。

需要注意的是，证明者和验证者是两个不同的角色。验证者运行节点参与共识，而证明者的任务是生成零知识证明。一旦某笔交易的证明被正确生成，网络中只需验证该证明的正确性，无需重复执行交易。

业内预计，到明年初，证明者的硬件需求可能降低至 16 张显卡左右，总成本控制在 1 万至 3 万美元之间。同时，已有项目在测试网上搭建了由数百个证明者组成的去中心化网络，采用竞争式证明机制，让时间更短、成本更低的参与者胜出。

主网切换为零知识架构的挑战

将以太坊主网切换为零知识证明架构，是继去年从工作量证明过渡到权益证明之后的又一次重大技术挑战。这个过程不仅需要重构协议层，还必须考虑各种潜在的安全风险。

可能的风险包括恶意攻击者插入"证明者杀手"导致网络验证机制失效，或网络活跃度骤降导致交易手续费不足以支付证明成本等。整个过渡过程可能需要几年时间，特别需要关注安全方面的隐患。

以太坊还计划对共识层进行根本性的架构重构，构建名为"Beam Chain"的新型结构，目标是在设计之初就为零知识证明优化。未来整个以太坊的数据验证工作可能在一台普通笔记本电脑的 CPU 上完成。

原生 Rollup：零知识扩容的终极形态

随着主网集成 zkEVM，"原生 Rollup"的概念开始浮现。通过将 zkEVM 集成至主网，让以太坊验证者直接验证 Rollup 的状态转换证明，实现真正由主网验证、保障安全的二层网络。

这需要在以太坊客户端中新增"execute precompile"代码，允许验证者直接校验二层网络生成的零知识状态转移证明。如果实现，未来无论是发生在主网还是原生 Rollup 上的交易，其最终结算与安全性都将由同一组以太坊验证者保障。

原生 Rollup 被视为 ETH 2.0 分片方案的升级版，不再是运行 64 个结构相同的分片链，而是以高度可编程、可定制的方式构建异构 Rollup 系统，服务不同场景与用户需求。

虽然原生 Rollup 尚未正式写入以太坊路线图，但随着 zkEVM 启动、主网架构重构，为其预设接口与预编译逻辑已成为可预见的技术趋势。如果进展顺利，相关改进提案可能在年底提交，并在后续的网络升级中落地部署。