以太坊共同創辦人 Vitalik Buterin 近期連續撰寫關於以太坊未來藍圖的文章，他在第四篇《The Verge》中提出了普及化區塊鏈驗證網路的概念，這也是 The Verge 的願景。

Vitalik 表示，區塊鏈技術的一個強大特點是，任何人都可以在自己的電腦上運行節點，並驗證區塊鏈的正確性。即使 95% 的節點試圖改變規則，任何運行完整驗證節點的用戶仍能拒絕接受新的區塊鏈，並繼續遵循舊的規則。這種去中心化的特性是區塊鏈相較於集中化系統的核心優勢之一。然而，這種優勢的前提是，運行一個完整驗證節點必須對大多數人來說是可行的。

目前，儘管在消費級筆記型電腦上運行節點是可能的，但這並不容易。The Verge 的使命就是要讓這一過程變得更簡單，使得運行完整驗證的成本足夠低廉，讓每一個手機錢包、瀏覽器錢包，甚至智慧手錶都可以自動進行區塊鏈驗證。

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(Vitalik 的合併後以太坊藍圖 (1) :考慮修改共識提高最終確認速度)

(Vitalik 的合併後以太坊藍圖 (2)：目標達成 10 萬 TPS、重拾 Plasma 鏈外擴展、統合 L2 生態系)

Table of Contents

Verge 的 2023 年路線圖：驗證技術革新 Verkle Trees

最初，「Verge」是指將以太坊狀態存儲轉換到 Verkle Tree，這是一種允許更壓縮證明的結構，使得區塊的無狀態驗證 (stateless validation) 成為可能。現在，Verge 不僅限於這一技術，還包括通過零知識簡潔非交互知識證明 (SNARKs) 技術來驗證整個以太坊執行的宏大願景。

(關於無狀態：不是只有區塊鏈！無狀態基礎設施如何帶來高效率的去中心化網路)

無狀態驗證：Verkle Trees 與 STARK 技術

Verkle Trees 解決什麼問題

Vitalik 表示，現在以太坊節點需要存儲數百 GB 的狀態數據來驗證區塊，這對於許多用戶來說是一個巨大的技術負擔。隨著每年數據的增長，普通用戶的電腦儲存空間有限，使得運行完整驗證節點變得困難。這不僅減少了節點的運行者數量，也使得新節點的同步過程非常繁瑣且耗時。

Verkle Trees 運作原理

無狀態驗證透過將每個區塊與證明數據 (見證) 一起傳輸，使得節點不必存儲整個狀態來驗證區塊。這樣的驗證過程需要改變當前的以太坊狀態樹結構，因為現有的 Merkle Patricia tree 並不適合進行高效的加密證明。因此，當前的焦點轉向使用 Verkle trees 或 STARKed binary hash trees。

Verkle Trees 技術的突破與挑戰

Verkle Trees 有什麼優勢？

Vitalik 解釋，Verkle Trees 透過使用橢圓曲線向量 (elliptic curve-based vector) 確保生成更短的證明，理論上使得證明的大小大幅減少。這種技術可以讓節點之間傳輸更少的數據，從而大幅降低節點同步和驗證的成本。

Verkle Trees 有什麼挑戰？

Vitalik 認為，儘管 Verkle Trees 在證明大小方面表現出色，但它對抗量子計算機的安全性較差，這可能表示將來還需要進一步升級為量子安全的技術。此外，在最壞情況下，證明數據仍然可能過大，尤其是在遇到惡意節點攻擊時，這使得這種技術在某些情境下仍具有一定的風險。

STARKed binary hash trees：另一種未來選擇

Vitalik 表示，STARKed binary hash trees 技術是一種替代方案，它透過生成證明來顯著減少驗證過程中所需的數據量。雖然這種技術具有潛力，但它的主要挑戰在於生成證明的計算時間較長，特別是在當前硬體上仍需進一步優化才能實現大規模應用。

Verge 的關鍵目標與未來應用

無論是採用 Verkle Trees 或是 STARKed binary hash trees，都朝向以下目標：

1. 無狀態客戶端：在不需要存儲大量狀態數據的情況下，讓完整驗證客戶端和驗證節點能夠運行。
2. 智慧手錶上的完全驗證：長期目標是使得智慧手錶等設備能夠下載少量數據並驗證整條鏈。

此外，Verge 技術還將應用於以下幾個關鍵領域：

• 交易池：驗證節點在轉播交易前，需要確認其有效性，而無狀態驗證技術能使這一過程更加高效。
• 輕客戶端：Verge 技術可以使輕客戶端像 Metamask 等錢包不再依賴中心化服務來驗證交易。

以太坊有效性證明優化目標

EVM 執行層的有效性證明

最終的目標是讓以太坊區塊驗證變得極為低資源化。用戶只需下載少量數據，並驗證一個小型證明，就能確認區塊的有效性，這使得輕量級客戶端的使用變得更加普及和可行。

共識層的有效性證明

以太坊的共識層證明涉及驗證質押者簽名、處理存款與提現等操作。雖然共識層相對簡單，但其驗證仍然需要解決高效計算 BLS 簽名以及 SHA256 雜湊等問題。未來的挑戰將集中於如何進一步優化這些過程，以實現低資源且高效的共識驗證。

總體來說，Verge 是以太坊未來的一個關鍵里程碑，它不僅代表著技術上的突破，也為以太坊的去中心化與可擴展性提供了新的可能。