以太坊2.0的醍醐灌顶之处在于其革命性的双层架构，即“执行层”和“共识层”的专业化分工。执行层专注于交易处理及智能合约执行的具体任务，而共识层则构筑了强大的网络安全基础，通过信标链确保区块最终性的确认。这种高效交互机制不仅提升了以太坊生态系统的整体性能，也为未来更多复杂的应用场景提供了可能性。本文将深入探讨以太坊2.0跨层架构的核心功能、优化历程以及未来发展展望。
核心定义：执行层与共识层的角色定位
在以太坊2.0的双层架构中，执行层和共识层扮演着不可或缺的角色，各自肩负着特定的功能任务。
执行层
作为以太坊生态系统的“计算引擎”，执行层的核心职责涵盖了用户交易的打包、智能合约代码的执行，以及全网账户状态的维护（包括余额与合约存储数据等）。从技术上看，执行层延续了以太坊主链的功能逻辑，确保了系统的兼容性和连续性。它是整个网络的性能底座，承担了计算任务中最为复杂和频繁的部分。
共识层
共识层作为网络的“安全中枢”，基于权益证明（PoS）机制构建。其核心功能包括通过信标链来协调节点（验证者）达成共识，负责验证区块的合法性以及保障交易的最终性。此外，共识层利用经济激励（如区块奖励）和惩罚机制（如对不诚实验证者的“削减”）来维护网络的安全与稳定。
架构演变：从单一链到双层协作的转型
以太坊2.0的成功转型源于其在技术架构上的重大演变。尤其是2022年的“合并”及后续的Pectra升级，让这一转型步伐更为明显。
合并（The Merge）：双层架构的起点
2022年的“合并”是以太坊架构转型的重要节点。此次升级将原PoW机制下的执行层与新的PoS共识层进行了整合，形成了双层架构。执行层依旧负责交易的处理与智能合约的功能，而共识层则通过信标链完成区块的验证与安全保障，彻底取代了能耗高的PoW挖矿模式，为减少环境影响和提升网络效率奠定了坚实基础。
Pectra升级：双层协作的优化
2025年5月实施的Pectra升级进一步强化了双层架构的协同效率。该升级融合了执行层Prague和共识层Electra的改进，通过实现11项EIP提案，显著优化了执行层的存储逻辑，如包含EIP-4844的分片数据存储方案并简化了共识层的验证流程。这些变革有效降低了系统的耦合度，提高了整体性能。
关键特性：分工明确的协作机制
执行层与共识层之间通过明确的职责分离和有序的协同流程达成高效合作。
职责分离与协同流程
- 执行层负责生成候选区块。验证者节点会在执行层打包交易并计算状态转换结果，最终生成包含交易列表与状态根的区块体。
- 共识层负责验证与确认区块。执行层通过引擎API向共识层提交候选区块的哈希，供验证者节点对区块的签名、状态转换规则等合法性进行检查，与此同时，通过信标链完成投票机制来选择最长链并确认最终性。
跨层通信：引擎API的桥梁作用
引擎API作为执行层与共识层的标准化接口，支持双向的异步通信，确保了两层逻辑的解耦，从而便于独立升级与维护：
- 执行层通过API向共识层提交区块头信息（如状态根、交易根），以便验证者投票。
- 共识层则通过API向执行层反馈验证结果（如区块确认信号），指引执行层更新本地状态。
容错与安全机制
双层架构通过风险隔离与惩罚机制提升了安全性：
- 当执行层生成无效区块（如状态转换错误）时，共识层将能够识别并拒绝该区块，并对企图提交恶意区块的验证者实施“削减”惩罚，确保网络安全。
- 计算逻辑与共识逻辑的有效分离降低了单点故障的风险，即便执行层出现短暂的异常，共识层依旧能够维持网络状态的一致性。
最新动态：Pectra升级后的协作效能
自Pectra升级以来，执行层与共识层在效率上都有显著提升。
执行层优化：降低存储压力
通过EIP-4844等提案，Prague升级显著优化了执行层的数据处理逻辑，将分片交易数据由永久存储转为临时存储，因此有效降低了节点的磁盘空间需求，同时提升了交易处理的效率。
共识层效率提升
Electra改进简化了共识层的验证流程，显著减少了验证者的计算负载。优化后的投票聚合算法使得验证者能够在更短的时间内完成区块的确认，提升了区块最终性确认的时间，从原来的15秒缩短至12秒。
网络性能突破
截至2025年9月，测试数据显示以太坊网络的吞吐量已经提升至约10万TPS，较合并前惊人地增长了近百倍。这一提升得益于执行层与共识层之间的紧密协作以及多条Layer-2项目（如Optimism、ZKsync）对执行层的扩展利用。
生态适配进展
主流钱包（如huli钱包）与去中心化应用（DApp）已全面适配支持双层架构交互逻辑，用户可以有效地通过执行层提交交易，并实时从共识层获取确认状态。此外，Layer-2项目也依赖于执行层的扩展能力，通过链下计算与链上确认的模式，将交易的吞吐量推向了新的高度。
总之，以太坊2.0的双层架构通过执行层与共识层的专业化分工，成功实现了“计算效率”与“安全保障”的均衡。Pectra升级后的协同优化不仅极大地提升了网络性能，更标志着以太坊在架构设计上向模块化网络转型，为未来大规模Web3应用的落地产生了重要的技术支持。这种崭新的分工协作模式对整个区块链架构设计领域也提供了重要的借鉴，彰显了模块化设计在安全性与可扩展性之间的绝妙平衡。
