与 Vitalik Buterin 的 ETH 2.0之约

今年2月19日，V神在斯坦福区块链会议上透露，

ETH 2.0在2020年的主要发展是阶段0（Phrase 0）的启动。

他表示Phrase 0是ETH 2.0发布的第一阶段，届时PoS网络将正式上线。

ETH 2.0最大的变化是从PoW（工作量证明）到PoS（权益证明）的完全过渡。

ETH 2.0计划分多个阶段推出，与其说是系统升级，其实更像是产品发布。

这次升级将大概分四个阶段实施：

Phrase 0（阶段0）：信标链（Beacon Chain）

Phrase 1（阶段1）：分片链（Shard Chain）

Phrase 2（阶段2）：eWASM取代以太坊虚拟机（EVM）

Phrase 3（阶段3）：持续改进

V神的规划路线中，Phrase 0的Beacon Chain

以及Phrase 1的Shard Chain是按顺序部署的。

在Phrase 1发布后，其实就可以实现从ETH 1.0到ETH 2.0的过渡，

而Phrase 2和Phrase 3则是进一步地完善和改进。

Phrase 0中引入了Beacon Chain，

Beacon Chain将是ETH 2.0中的主链，

V神希望它成为未来ETH 2.0生态的中心，

成为所有其他分片安全和验证的根源。

Beacon Chain使用的是Casper共识机制，

而Casper又可以分为Casper FFG和CBC Casper机制，

一旦部署好，Beacon Chain将使用 Casper FFG算法运行PoS证明。

Casper FFG 是V神提出来的一个PoW/PoS混合的算法，

也就是Casper the Friendly Finality Gadget，

目的是为了让以太坊平滑过渡到纯PoS。

Casper FFG在当前PoW基础上，添加了一层PoS投票过程，

进一步增强了不可篡改性。

Casper FFG是一个没有侵入性的算法，它没有改变当前以太坊的PoW算法，

只是在这一层PoW上添加了PoS，也就是说所有的块，还是PoW矿工挖出来的。

但在这个基础上，每挖出100个块，PoS的验证节点们会对最后一个块进行投票，

三分之二的验证者通过后，这最后一个块称为Checkpoint（检查点）。

凡是被最后定下来的检查点，不可撤销。

总结一句话，就是保留了PoW出块的机制，同时每隔100个块来一次PoS投票，

进一步增强了以太坊的安全性或者说是不可篡改性。

Beacon Chain的初始版本将设计得尽可能简单，

因此Phrase 0将不会支持智能合约，账户，资产转移，同时也没有包含任何分片。

Beacon Chain上的 ETH 是无法在链上转移，所以用户将不能把它存放在交易所里。

即将到来的Phase 0中，ETH 1.0上的用户只需在保证金合约中存入32ETH，

就可以获得验证者资格，便可参与Beacon Chain的出块过程。

对于Beacon Chain上的惩罚措施，目前以太坊2.0有两种惩罚措施，

一种是面向不参与验证的验证者，而另一种则是面向恶意行为者。

不参与验证的验证者一般就是掉线网络故障这种短时间无法进行工作的地址，

这个惩罚相对是很轻的，只有当很多验证者（超过三分之一）同时掉线较长时间，导致Beacon Chain无法做最终确认时，才会受到较大的惩罚。

起初惩罚力度也不会太高，但会随离线时间的上升而不断递增，最高达 60.8%。

而恶意行为者（比如重复投票），则会直接收到较大的惩罚，直接罚没质押的ETH。

Phrase 1主要针对在对Shard Chain的内容建立共识。

换句话说，就是对分片结构进行实验性的运行，而不是直接尝试用分片进行扩展。

Beacon Chain将分片的区块看作没有结构或或者说是没有意义的简单比特集合。

Shard Chain现在还没有账户，资产或者是智能合约。

分片的验证者通过交联（Crosslink）的过程去验证分片的内容和状态。

分片是指将数据库中多个节点的数据处理职责分开，

从而允许同时进行交易、存储和信息的处理。

分片的概念与当前ETH 1.0的模型有很大不同，

ETH 1.0需要所有全节点来处理和验证每个交易。

而在ETH 2.0上Beacon Chain

在每个时间段为每个分片随机选择的分片验证者，

他们只需负责对每个区块的内容达成共识。

至于分片的区块中有什么样的信息是无关紧要的，

只要所有的委员会成员能在分片上定期地达成共识并更新Beacon Chain就可以。

对于 ETH 2.0 的分片系统来说，因为每个分片都是独立的地址空间，

所以如果系统中处理的所有交易都不是跨片交易，也就是不依赖于其他分片的数据，

那么整体处理速度理论上确实能提高了1000倍。

但整体性能是会随着跨片交易比例的提高而显著降低的。

关于跨片交易的处理是分片系统中最复杂的部分，目前也还没有确定的技术方案。

Shard Chain是ETH 2.0未来可扩展性的核心特征。

而Phrase 2最终会带来一个类似以太坊的新系统。

伴随着Phrase 2的发布，Shard Chain从简单的数据容器过渡到结构化的链状态。

这一阶段开始，系统将会重新引入智能合约，

而BETH（Beacon Chain上的ETH）也会变成可以转让的资产。

每个分片会管理一个基于 eWASM的虚拟机。

EVM是一个轻量级的虚拟机，其设计是用于在以太坊网络上运行智能合约。

作为虚拟机，EVM的功能与传统的操作系统（如Windows、Linux）稍有不同。

一般来说，虚拟机是建立在本机操作系统上模拟物理机的高级抽象。

它们允许同一平台，但可以在许多不同的硬件体系结构和操作系统上运行，

这使得虚拟机非常适合像以太坊这样的分布式网络。

EVM的构建是为了模拟可由物理CPU执行的操作，当然它还负责以太坊诸多的关键功能。

EVM负责促进以太坊网络上的大多数交易和操作，包括执行智能合约。

它负责包含指令和操作数的各种数据结构，以及由指令处理的数据。

EVM还包括一个指令调度程序或“虚拟GPU”，

用于获取和执行指令并对操作数进行解码。

换个说法，EVM就是负责跟踪的网络组件，如世界状态、存储状态和区块信息。

当然EVM还处理例如区块编号、Gas价格、地址和余额有关的账户信息。

但近年来以太坊网络负荷的增加，

使得EVM本身成为了一个瓶颈，

常常会降低网络吞吐量，增加交易时间。

针对效率低下的问题，正是以太坊从EVM过渡到eWASM的主要原因之一。

而状态租金（State Rent）这个东西很可能会被包含在Phrase 2中，

State Rent不再是无限期地存储代码和数据，

而是要求合约开发者和用户随时间推移为eWASM存储付费。

通过确保未使用的信息随时间推移而废弃，这可以防止状态膨胀。

目的是让用户，而不是全节点来为状态付费。

Phrase 3会尽可能地把链上的状态转移到链下，从而最小化链上状态。

链上会存储一些状态信息和一个聚合器，而用户则负责在链下存储所有的状态。

当用户想和链上状态交互时，会在交易中包含一个当前状态的证据。

通过这种方式，运行一个验证节点的资源要求就会少得多。

对于ETH 2.0 版本的合约，虽然它们还是和ETH 1.0版本的合约一样强大，

但被限定在一个分片里，不能够和其他分片上的合约直接交互，这就是分片的直接后果。

分片的目标是在分片之间分割状态，而不需要对其他分片的直接支持。

它通过分割状态和最小化每个验证者的负载来实现扩展，

但是直接的交互需要直接的支持。

从理论上来讲，一个分片没有其他分片的直接支持，

只能通过交联到Beacon Chain上得到关于其他分片的支持。

因此，无论何时，我们想要跨片交联，都要等待Beacon Chain来确认。

虽然 ETH 2.0的设计堪称卓越，PoS+信标链+分片+eWASM，

ETH2.0性能远远将超越现在的以太坊，但是，就算比现有 TPS 强上千倍，

仍会有极限，假设未来各类Dapp的生态大爆发，

ETH2.0 迟早有一天也将面临再扩容挑战。

然后PoS 和 PoW 共识之争仍在发酵，

社区内支持 PoW 共识绝对去中心化的开发者和持币者并非少数。

虽然说ETH 2.0的路线图中曾经明确，在 ETH2.0 所有阶段部署完成之后，基金会将评估 ETH1.0 的计算可用性，以决定社区是否仍然支持ETH 1.0。

如果基金会和社区最终决定不再支持ETH 1.0，以太坊社区可能难免再次面对硬分叉。

而社区分裂的结果就是两败俱伤，必然会有一些开发者和 Dapp转到其他公链之上。

目前的新一代竞争链几乎都是主打和以太坊一样的高性能分片方案，

比如 Polkadot、Near Protocol等，

Near Protocol 团队之前在高性能分布式数据库上就已经实现了分片，

是全球首个实现分片的分布式系统，

但与ETH 2.0相比，谁的分片方案更好，其实还不得而知。

反正之前挑战以太坊地位的公链现在要么就是挂了要么就是半死不活的状态。

而现在的公链里面，以太坊的研究和开发力量也算得上是最强的那个，

生态也是最丰富的，社区就更不用说了，

所以我觉得没有什么理由不看好ETH 2.0的。

期待ETH 2.0将带给我们惊艳

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编译者/作者：Oliver_z

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