以太坊 2.0 前途光明！

作者 | Grant Hummer

译者 | 孙薇

编辑 | 阿司匹林

出品 | 区块链大本营（ID：blockchain_camp）

关注以太坊有一段时间的人都知道，以太坊的发展史一路伴随着承诺延期、跳票和对未来计划的沟通不畅。这导致很多人将以太坊归入实验失败的范畴。这种悲观情绪可以理解，如今的以太坊（ETH1）运行缓慢，整个网络的速度受限，每秒只能处理 15 笔交易（TPS），而且进行大规模的复杂运算花费不斐。相比之下，Visa 每秒能处理的交易多达成千上万笔。

以太坊为何又慢又贵？简单来说，是因为（目前）高昂的去中心化成本。去中心化很贵，就像如今大多区块链一样，以太坊上的每个节点（定义为连接到网络的计算机，如运行以太坊软件的计算机）都必须联网进行所有运算，以确保所有参与者都遵守规则。这会消耗实际能量与资源。就时间成本而言，运行以太坊的节点遍布全球——毕竟这是个为参与者提供无数激励机制的公共网络——同时，不同节点间的通信延迟很高，算力有所差异。因此，网络需要保持足够的延迟，以便较慢的节点能够“跟得上”，并继续为网络去中心化投票做出贡献。如果按照目前的架构设计，以太坊网络要在极短时间内处理太多数据，用户的硬件（如笔记本或个人服务器）是无法跟上的，而网络上的唯一功能性节点就只有大数据中心了。这将严重损害到以太坊的去中心化，因为这些数据中心节点可以轻易构成垄断，并接管网络或对网络进行审查控制。如今有许多加密网络（如EOS）都在实际中遇到此问题。

在公共区块链中保持足够层级的去中心化非常重要。没有去中心化，使用区块链就没有太大意义了，因为中心化式区块链可以轻松审查大众的交易，并且效率还比常规的分布式数据库要低得多。针对区块链新手读者，我们可以回忆一下：在中本聪 (Satoshi Nakamoto)在比特币中发明去中心化管理这种新形式之前，实际上任何系统都无法做到实施「去信任的控制」——因为所有的参与者都会对决策施加影响，但没有任何一方能拥有全部或大多的控制权。以太坊的创造者 Vitalik Buterin 关于权衡去中心化和性能的**回答便指出，任何人都能建立高TPS系统，只要让它成为“冒着热气的中心化式垃圾堆”

假设有可能在各个节点无需处理其他节点交易的情况下，构建一个区块链，还能通过仅处理整个网络交易的一小部分来降低通信消耗，会怎么样呢？

我们就有了ETH2。

ETH2是下一代以太坊，甚至来说，将其称为以太坊有点不恰当了。这是一个完全不同的项目，在区块链的大规模运行方式上采用了新的0-1范式。ETH2目标在于，提高以太坊的可扩展性、安全性和可编程性。单个链处理15个交易成为历史，ETH2能在不损耗去中心化的情况下，每秒通过单个链处理成千上万乃至数以万计的交易（甚至更多）。实际上，与目前比特币和ETH1中使用的工作量证明（PoW）机制不同，ETH2将引入一种更加经济安全的共识机制，即权益证明（PoS）。在传统的PoW区块链（如比特币）中，新比特币的生产和交易都是通过矿工处理的，也就是使用昂贵硬件来解决复杂数学难题的个人及组织。矿工保障网络安全性，以此换取交易费。在PoS机制的区块链（如ETH2）中，情况则不同，新以太坊是由锁定自身以太坊，为网络提供安全性的验证者生产和交易。实际上，验证者所提供的安全性取决于网络本身的价值，如果某个验证者行为不当（如批准恶意交易），就可以大幅削减其以太坊。这种机制令验证者有激励去遵守协议规则。

PoS安全性很卓著的另一个重要原因在于，PoW机制容易受到所谓的“spawn camping”攻击。如果攻击者能够积累足够的挖矿硬件，来攻击比特币或者其他PoW链的话，比特币是无法阻止进一步攻击的，因为网络会不断重启或者硬分叉，最终只会被同一批挖矿硬件无限次攻击。相比之下，以太坊在应对这类攻击时具有更大的弹性——它可以对攻击者的权益进行硬分叉和削减，相当于烧毁攻击者的比特币挖矿场。

此外，ETH2令开发者能够创建自己的交易处理方法，即执行环境。从而，开发者可以在需要的时候，在以太坊内使用不同区块链规则。为了极大地简化执行环境，ETH2赋予使用者权利，对交易使用比特币规则、ZCash规则、ETH1规则以及许多其他可能的规则集，其规模比目前高出多个数量级，且同时由同一批大、资本化的验证者提供安全性保护。ETH2可以通过“分片”实现这一目标：ETH2中的每个分片都类似于区块链，具有自己特有的生成者和验证者，但每个分片与其他分片紧密连接，可以互相通信，从而构成一个大的网络分片链。这样一来，ETH2上的指定验证者就无需处理整个网络中的单个交易了，只需处理和验证单个分片上的交易。这是一项创新性技术，使得使用客户端硬件的参与者们在ETH2网络上更有意义地参与进来。

这一点很重要：ETH2中的每个分片将与其他分片共享同等安全性，为了破坏单个分片，不得不破坏整个系统。Coos上，每个链都负责自身的安全性，从而形成了一个去中心化且易于被攻击的网络。与Coos这样的平台相比，这种安全模提供了更佳的安全保障。这样一来，为了破坏ETH2，攻击者必须购买并抵押价值数十亿美元的以太坊，而且如果以太坊价格上涨的话，金额还会增加。

这是传统区块链网络的图像——由数据块构成的单个“链”无需费心理解 block header 或transactions list 的含义，此图片仅用于说明：

这是ETH2的图像，不过实际中不止两个分片链，而是64个。所有分片都使用信标链（beacon chain）互相协调。与上图类似，不必关心其中的技术细节：

ETH2由9只不同的工程团队构建，他们都获得了以太坊基金会的拨款资助，并收到了以太坊社区的广泛支持。这些团队正在构建客户端——类似于网络浏览器（比如Chrome或Firefox）的东西，只不过客户端是用来在访问并参与到以太坊网络。客户端的多样性是以太坊的核心原则之一，前提性准则：即如果一两个客户端崩溃或者存在bug，整个网络不会崩溃。每个客户端都针对不同的利基用法，但所有客户端都能参与到网络中。例如，一个客户端针对智能手机做了优化，另一个则是为企业使用构建的。工程团队根据以太坊基金会、ConsenSys和更广泛的学术社区那些才华横溢的研究者（大多是计算机科学博士之类）所创建的规范来构建ETH2。许多研究都是以开源方式在ETHresear.ch网站上进行的，全世界任何人都可以发表有效的技术想法、建议或者批评。经过数年的反复迭代，这些规范才达到目前的状态：有一阵子研究人员认为已经有了切实有效的设计，但之后又发现了一些缺陷，导致部分甚至整个系统需要重新设计。毫不夸张的说，ETH2的研究团队是整个区块链领域中最有经验和才华的协议设计团队。

下面是ETH2的研究团队名单（随机顺序）：

ChainSafe Systems

• 总部位于安大略省多伦多市，公司有30多人，其中有5名开发者负责ETH2客户端的研究；

• 草根开发者，于多伦多以太坊开发者交流会上结识；

• 构建了以编写的Lodestar客户端。

PegaSys

• ConsenSys（以太坊生态系统的**的公司）的50多人团队，成员去中心化在全世界；

• 构建了对企业友好的ETH1客户端Pantheon；

• 有一支研究者团队主攻ETH2规范；

• 构建了基于Jaa的客户端Artemis，针对企业用途优化。

Harmony

• 位于俄罗斯的4人团队；

• 构建Jaa以太坊客户端；

• 迄今***息有限；

• 可能会与PegaSys/Artemis合并。

Parity Technologies

• 位于柏林的60+人团队，有大量远程员工（不是所有人都从事ETH2的工作）；

• 从以太坊基金会获得了500万美元，用于构建ETH2客户端Substrate Shasper；

• 同时也是互操作性区块链项目Polkadot的幕后团队，这个项目有人认为是以太坊的竞争对手；

• 构建并维护着第二大热的ETH1客户端Parity

Pryatic Labs

• 去中心化在美国各地的6人团队；

• 更新博客很积极，其博客是更多了解和跟进ETH2的良好途径；

• 构建了客户端Pry，可用于多种主流用途，类似于ETH1中的GETH。

Sigma Prime

• 总部位于澳洲悉尼的4人团队；

• 具有强大的学术及软件开发背景；

• 构建了客户端Lighthouse，适用于主流用例。

Status

• 去中心化在欧洲的8人团队；

• 研发轻量级客户端Nimbus，针对智能手机或其他“轻”环境用途。

Trinity

• 与以太坊基金会签约的4人团队；

• 构建的轻量级客户端将用于更**实现的原。

NETHermind

• 位于伦敦和波兰的7人团队；

• 在.NET中为ETH2构建Windows客户端。

ETH2的发布分为多个阶段，但其中最重要的是前三个阶段。这些阶段交错推出了ETH2的各个组件，不但由于正确构建各个组件很花时间，还因为逐渐引入更改会大幅降低技术风险。对于价值数十亿美元的加密网络来说，“快速行动打破困境”并不明智。与可以迅速推出修复程序的中心化技术公司不同，包含严重bug的加密网络可能会由于网络参与者都必须手动更新到**的客户端版本，而在很长一段时间内遇到严重破坏，最糟的情况下（如攻击者设法凭空搞出新的以太坊）必须回滚大量交易以确保网络的安全性。这将产生极大的负面影响，就如DAO黑客在2016年造成的那样，导致以太坊开发者和用户分出了自己的链ETHereum Classic。

阶段0：可能会在2020年第二季度末，或者第三季度初交付。引入信标链，用作整个ETH2网络的某种“命令与控制”中心。这个信标链将组织验证者，将其分配到不同的分片链上，并且在随机改组到另一个分片之前，负责处理该分片的交易。改组是ETH2安全性的重要组成部分，缺乏改组会导致一小部分验证者可能被贿赂或破坏，感染ETH2的运行。信标链还负责证明不同分片所生成的数据块的准确性，以便可以在不同分片间交换以太坊、token和数据。用一句1970年代的加州术语来形容：信标链是管理其他区块链的区块链。

如果信标链是命令和控制，则验证者是处理施工作业的。验证者是PoS网络上的参与者，负责处理和预订网络交易，并将这些内容在彼此间转发，并转给其他参与者。他们可以为此获得交易费和新生产的货币。验证者可以说是加密网络中最重要的角色，为他们设计激励机制也是ETH2想要解决的核心挑战。信标链也负责削减行为不当的验证者。

阶段1：将于2021年交付，自行启动分片链，但不能在分片上处理或构建数据。这些数据将以原始形式（即data blob）形式存在于分片上，主要是为了确保分片链能够互相通信，并将信息传递给信标链。分片无法对数据进行任何计算。阶段1一开始感觉像是优化过的测试网，用途有限，但事实并非如此。新的或现有的DApp可以利用这些数据存储，增加可扩展性。例如：去中心化的Twitter DApp能够将数据存储在分片链上，并在链外执行大部分计算，同时ETH1为其提供了很高的安全性保障。在阶段1，ETH1仍将正常运行，同时1.0和2.0链将同时运行。

在2019年12月末，Vitalik曾提议加快将ETH1移入信标链，以便让以太坊可以实现PoS的用处，并且更快与ETH2融合。最初，ETH1将以特殊分片（而非执行环境）存在，但在阶段2将转为执行环境。目前尚无计划指出实现的时间，但看起来似乎会在阶段1出现。

阶段2：预计将于2021年或2022年启动，这也将实现ETH2真实愿景。到时候，分片可以处理交易，且ETH2网络可用于实际的商务应用程序中。分片的智能契约将在阶段2引入，伴随着运行智能契约的相应执行环境。正如早前提过的，执行环境使得开发者能够创建处理其交易的任意规则集。这也意味着协议开发者能够创建模仿比特币、Zcash、ETH1或其他任何想得到的方法，为区块链交易的计算创建执行环境。与ETH1总结比特币以启动智能契约的方式相同，ETH2将总结ETH1以重新定义区块链计算的本质。

ETH2的某些组件仍存在大量未解决的研究问题，像如何以去中心化的方式（避免小撮数据提供者垄断并控制网络）保持提供和存储数据，跨分片的交易如何运行，执行环境如何管理等等。但是这些问题的相关研究正在迅速推进中。

再次重申ETH2的三个阶段：

阶段0：

• 于2020年第二季度末或第三季度初交付；

• 启用信标链，并实现在信标链上的PoS验证；

• ETH1会继续正常运行。

阶段1：

• 于2021年交付；

• 启动分片链，允许在这些分片链上存储数据，但分片上不处理交易；

• ETH1或可继续正常运行，或作为特殊分片并入ETH2。

阶段2：

• 于2021年末或2022年初交付；

• 允许在分片上交易；

• 一段时间后，ETH1将作为执行环境并入ETH2。

以太坊会在阶段2之后继续发展，但未来蓝图仍旧不甚清晰。一些可能的方向包括：使用ZK-SNARK增加可扩展性，轻量级客户端的进一步研发，二次分片（基本上指的是在分片内再分片）。在远期，可望使用CBC Casper这样的共识机制来抽象化分片本身。

从笔者角度来看，以太坊的前景一片光明。以太坊拥有大量的研究人员、开发人员、用户和项目，没有其他的智能契约链能与之媲美，现在介入正是时机。以太坊正面临可能**最重要的升级，如果成功实现，将会为整个世界创造大量价值。

原文链接：

https://medium.com/@chromaticcapital/ETH2-for-dummies-11ff9b11509f

【END】

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