以太坊作为全球第二大公链,其持续升级是支撑生态发展、提升性能、实现愿景（如“以太坊2.0”的完全PoS与分片）的核心动力，从早期的“伦敦升级”“合并”（The Merge）到近期的“坎昆升级”（Dencun），以太坊的升级并非随意为之，而是有一套成熟、安全且社区驱动的方法论，本文将系统梳理以太坊升级的核心方法、技术路径及背后的治理逻辑，帮助读者全面理解这一复杂但至关重要的过程。

以太坊升级的核心目标：为何需要持续升级？

在探讨“如何升级”前，需先明确“为何升级”，以太坊的升级主要围绕四大目标展开：

  1. 性能优化：提升交易处理速度（TPS）、降低Gas费用，如“伦敦升级”引入EIP-1559改进费用机制，“坎昆升级”通过proto-danksharding（EIP-4844）引入“blob交易”降低L2成本。
  2. 安全性增强：修复潜在漏洞，抵御攻击，如“合并”将共识机制从PoW转向PoS，大幅提升能源效率与安全性。
  3. 功能扩展：支持新应用场景，如“上海升级”允许质押者提取ETH，激活质押生态。
  4. 生态演进：推动以太坊向“分片 PoS”的愿景2.0架构迈进，实现高可扩展性与去中心化平衡。

以太坊升级的核心方法：硬分叉、软分叉与网络升级

以太坊的升级主要通过三种技术方法实现,其本质是对区块链协议的修改，但影响范围与执行方式存在差异。

硬分叉（Hard Fork）：不兼容的协议变更

硬分叉是对以太坊协议进行不向后兼容的修改，旧节点无法识别或验证新区块链上的数据，若网络未同步，会导致链的分裂（如以太坊经典ETC与以太坊ETH的分离）。

  • 适用场景：重大协议升级，如共识机制切换（从PoW到PoS）、核心参数调整（如区块大小、Gas上限）或引入颠覆性功能（如EIP-1559的费用模型）。
  • 典型案例：
    • “合并”（The Merge，2022年9月）：以太坊从PoW共识转向PoS共识，旧节点无法验证新的PoS区块，导致全网强制升级。
    • “伦敦升级”（2021年8月）：虽然EIP-1559是软分叉兼容的，但此次升级包含多个不兼容改进（如调整基础费用燃烧机制），被归类为硬分叉网络升级。
  • 执行流程：
    • 提案阶段：开发者通过EIP（以太坊改进提案）提出修改建议，社区讨论完善。
    • 测试网验证：在Goerli、Sepolia等测试网多次测试，确保代码稳定性。
    • 主网激活：通过“全网总难度（TD）同步”或“信标链触发”（如“合并”后由信标链统一共识），节点需升级客户端软件（如从geth升级到v1.10.0 ）。

软分叉（Soft Fork）：向后兼容的协议升级

软分叉是对协议的向后兼容修改，旧节点仍能验证新区块，但新功能需新节点才能完全支持，若旧节点未升级，可能因无法识别新规则而“被动遵守”，形成“向下兼容”的约束。

  • 适用场景：轻量级功能优化，如修复漏洞、增加交易类型（如EIP-2718的封装交易类型）、限制非法操作（如隔离见证）。
  • 优势：降低网络分裂风险，因旧节点无需强制升级即可兼容新链。
  • 典型案例：
    • EIP-1559（伦敦升级核心）：通过修改交易费机制，引入基础费用（burn）和优先费（tip），旧节点虽不识别“基础费用”字段，但仍能验证交易合法性，避免链分裂。
    • EIP-2930（伦敦升级）：增加“访问列表”（access list），优化合约交互Gas消耗，旧节点可忽略该字段，不影响交易验证。
  • 执行关键：需确保新规则被“大多数算力/验证者支持”，否则旧节点可能因拒绝无效交易而触发软分叉失败（如2016年The DAO事件后的硬分叉争议）。

网络升级（Network Upgrade）：硬分叉的“包装”概念

在以太坊语境中,“网络升级”（如“伦敦”“上海”）通常指包含多个EIP的硬分叉升级集合，是社区对重大协议变更的统称，而非独立的技术方法，其本质是通过硬分叉或软分叉组合实现协议迭代，强调的是“生态协同升级”而非技术细节。

  • 命名规则：通常以城市或开发者会议命名（如“伦敦”来自2021年开发者会议，“坎昆”来自2023年坎昆共识大会），便于社区记忆与传播。
  • 升级周期：最初每6-12个月一次，随着以太坊成熟，升级节奏趋稳（如2022-2023年连续完成“合并”“上海”“坎昆”三大升级）。

以太坊升级的“幕后推手”：治理机制与社区共识

以太坊的升级并非由核心团队“一言堂”，而是建立在开放、透明的社区治理基础上，核心参与者包括开发者、验证者、用户及企业。

开发者：技术提案与实现

以太坊核心开发者（如EF团队、客户端开发组）通过All Core Devs (ACD) 会议讨论EIP进展，确定升级时间表。“坎昆升级”的proto-danksharding提案（EIP-4844）历经2年讨论，最终在2024年3月激活，旨在降低L2数据存储成本。

验证者与节点：执行升级

验证者（PoS时代）和全节点是升级的“执行者”，需提前升级客户端软件（如Prysm、Lodestar、Teku等），若多数验证者未升级，可能导致共识停滞（如“合并”初期曾因客户端bug短暂出现同步问题）。

用户与生态：被动与主动参与

普通用户虽无需直接参与代码开发,但需通过钱包、交易所等渠道支持升级（如“上海升级”后，交易所需开放ETH提现功能），DeFi、NFT等生态项目则需提前测试兼容性，避免升级期间出现漏洞。

EIP：标准化的改进提案

以太坊升级的核心是EIP（Ethereum Improvement Proposal），任何协议修改需通过EIP流程：

  • 阶段1：Draft（草案）：社区讨论技术细节。
  • 阶段2：Review（评审）：开发者审核可行性。
  • 阶段3：Last Call（最后呼吁）：收集社区反馈。
  • 阶段4：Final（最终版）：确定纳入升级。
    EIP-4844（proto-danksharding）历经从Draft到Final的18个月，最终成为“坎昆升级”的核心。

升级风险与应对：如何避免“链分裂”？

升级过程中的核心风险是网络分裂（如旧节点拒绝升级，形成独立链），以太坊通过以下机制降低风险：

  1. 充分测试：在Goerli、Sepolia等测试网进行多轮“影子分叉”（Shadow Fork），模拟主网环境，提前发现客户端兼容性问题。
  2. 渐进式激活：通过“信标链触发”（如“合并”）或“总难度同步”（如硬分叉）确保全网节点强制升级，避免双链并存。
  3. 社区共识：重大升级需通过开发者投票（如ACD会议表决）和社区舆论（如论坛、社交媒体）达成共识，避免强行推进。

未来升级展望：向“以太坊2.0”愿景迈进

当前以太坊已实现“PoS proto-danksharding”的阶段性目标，未来升级将聚焦：

  • 分片（Sharding）：通过64条分片链并行处理交易，将TPS提升至10万 ，预计2025-2026年通过“Electra”等升级实现。
  • 虚拟机（EVM）优化：进一步提升智能合约执行效率，支持更多复杂应用。
  • 跨链互操作：通过CCIP（跨链互操作协议）连接其他公链，构建多链生态。