詳解以太坊2.0：速度、效率和可擴展性

摘 要：對以太坊網絡的升級計劃已久，旨在解決網絡的可擴展性和安全性問題。在第一階段，區塊鏈“世界計算機”將轉向權益證明共識機制（PoS）。

這是一個漫長的過程，但以太坊2.0的第一階段終於啓動和運行了。多階段的升級旨在通過對網絡基礎設施的幾項改變來解決以太坊網絡的可擴展性和安全性——最值得注意的是，從工作證明（PoW）轉換爲權益證明（PoS）共識機制。

什麼是以太坊2.0？

以太坊2.0，也被稱爲Eth2或 "Serenity"，是以太坊的升級。該升級旨在提高以太坊網絡的速度、效率和可擴展性，使其能夠處理更多的交易。以太坊2.0分幾個階段推出，第一次升級，稱爲信標鏈，已於2020年12月1日上線。信標鏈爲以太坊引入了原鏈的概念，這是該網絡轉向PoS共識機制的一個關鍵特徵。顧名思義，它是一個獨立於以太坊主網的區塊鏈。第二階段被稱爲合併（The Merge），預計在2022年的第一或第二季度，並將信標鏈與Ethereum主網合併。

最後一個階段是分片鏈，並將在擴展以太坊網絡方面發揮關鍵作用。分片鏈不是在一個單一的區塊鏈上結算所有操作，而是將這些操作分散到64個新的鏈上。這也意味着，從硬件角度來看，運行一個以太坊節點要容易得多，因爲需要存儲在機器上的數據要少得多。分片鏈預計到2022年纔會出現，但目前還不清楚具體時間。

以太坊2.0與以太坊有什麼不同？以太坊1.0使用被稱爲工作證明（PoW）的共識機制，而以太坊2.0將使用質押證明（PoS）機制。權益證明與工作證明有什麼不同？對於像以太坊這樣的區塊鏈，需要以去中心化的方式驗證交易。以太坊，像其他加密貨幣，如比特幣，目前使用工作證明（PoW）的共識機制。在這個系統中，礦工利用機器的處理能力來解決複雜的數學難題，並驗證新的交易。第一個解開謎題的礦工在構成區塊鏈的所有交易記錄中增加了一筆新交易。然後，他們會得到網絡原生加密貨幣的獎勵。然而，這個過程可能需要耗費巨大的能源。權益證明（PoS）的不同之處在於，用戶可以用網絡的本地加密貨幣作質押，成爲驗證者，而不是礦工。驗證者與礦工類似，他們驗證交易並確保網絡不處理欺詐性交易。這些驗證者被挑選出來，根據他們質押的加密貨幣數量，以及他們質押的時間，提出一個區塊。然後，其他驗證者可以證明他們已經看到一個區塊。當有足夠的證明時，一個區塊可以被添加到區塊鏈上。然後驗證者會因爲成功的區塊命題而得到獎勵。這個過程被稱爲挖礦。PoS的主要優點是，它比PoW更節能，因爲它將能源密集型計算機處理與共識算法解耦。這也意味着，你不需要大量的計算能力來保證區塊鏈的安全。以太坊2.0將如何比以太坊1.0有更好地擴展性？升級到Ethereum 2.0的主要原因之一是可擴展性。在以太坊1.0中，網絡只能支持每秒30筆左右的交易；這導致了延遲和擁堵。以太坊2.0承諾每秒可達100,000次交易。這一增長將通過實施分片鏈來實現。

以太坊2.0將如何更加安全？以太坊2.0的設計已經考慮到了安全問題。大多數PoS網絡都有一小部分驗證者，這使得系統更加中心化，網絡安全性降低。以太坊2.0需要至少16,384個驗證人，使其更加去中心化，因此更加安全。然而，根據Jelurida的聯合創始人、Ardor和Nxt區塊鏈的首席核心開發人員Lior Yaffe的說法，存在一個潛在的漏洞，該漏洞集中在網絡的參與率水平上。包括區塊鏈安全公司Least Authority和Quantstamp在內的組織正在對Ethereum 2.0代碼進行安全審計。以太坊基金會也在爲以太坊2.0成立一個專門的安全團隊，研究加密貨幣中可能存在的網絡安全問題。以太坊2.0研究員賈斯汀-德雷克（Justin Drake)表示，該研究將包括 "模糊處理(fuzzing)、賞金獵殺(bounty hunting)、傳呼機職責(pager duty)、加密經濟建模(cryptoeconomic modeling)、應用密碼分析(applied cryptanalysis)、形式驗證(formal verification)"。

以太坊2.0的升級是如何進行的？在一系列測試網推出後，Topaz、Medalla、Spadina和Zinken，以太坊2.0的全面推廣將分三個階段進行。第0、1、2階段（開發者喜歡從零開始計算）。第0階段於2020年12月1日啓動，其他階段將在接下來的幾年內到來。第0階段看到了信標鏈的實施；它存儲和管理驗證者的註冊表，以及爲以太坊2.0部署PoS共識機制。原有的以太坊PoW鏈將與之同時運行，因此數據的連續性不會中斷。第1階段將於2022年第一季度/第二季度進行，將看到以太坊主網與信標鏈合併，正式結束網絡上的PoW。在Beacon Chain上爲Ethereum充值的用戶將被分配到驗證者角色。第2階段將爲網絡引入分片鏈，預計推出64個分片（使吞吐量比Ethereum 1.0多64倍），儘管在推出時他們不支持賬戶或智能合約。之前的路線圖迭代將合併事件置於分片鏈的推出之後，但由於每個升級的互操作性，後來決定翻轉這些推出事件。"最初，計劃是在合併之前進行分片鏈的工作--以解決可擴展性，"以太坊基金會的文件中寫道。"然而，隨着第二層擴展解決方案的蓬勃發展，優先級已經轉移到通過合併將工作證明換成權益證明。"

以太坊2.0是什麼時候發佈的？以太坊2.0的信標鏈是以太坊2.0發佈的第一個階段，於2020年12月1日12:00 UTC正式上線。以太坊基金會的核心研究員Danny Ryan在以太坊2.0的直播中指出："這個東西健康的關鍵是我們看到參與度超過三分之二"。隨着信標鏈的推出得到確認，在撰寫本文時，網絡上有超過21000個活躍的驗證者，每個紀元的成功率超過80%。信標鏈最初將與目前的以太坊主網分開存在，在主網與股權證明系統 "對接 "之前。第一個符合條件的區塊是槽位1，其驗證者用一個神秘的信息簽署了它。"F先生在這裡"。

以太坊社區的廣大成員慶祝了這一成功發佈，包括以太坊聯合創始人Vitalik Buterin和Joseph Lubin。

在推出之前也進行了緊張的一個月的準備，其中必須滿足某些標準。在2020年11月4日發佈存款合同後，到11月24日，網絡上需要有16384個驗證者，每個人質押32個以太坊，總共524288個ETH。

最初，staking的速度比預期的要慢，11月初進行的一項推特調查顯示，有一半的受訪者不打算在截止日期前進行質押；只有21.3%的人表示，他們要麼已經質押，要麼打算質押32個以太坊。

其中給出的原因是費用——32ETH當時超過19,000美元。社區團結起來，Vitalik Buterin承諾提供3200個以太坊，價值超過190萬美元，DARMA資本分配了5000萬美元的自有資產，以便機構和個人可以向以太坊2.0捐款，同時保持流動性。隨着發行的可能被推遲的迫近，在第11個小時，後期涌現了大量的驗證者承諾進行staking。就在截止日期前24小時，只達到了目標的50%；對以太坊2.0來說，幸運的是，到11月24日，就已經有足夠的驗證者承諾支持信標鏈。今天，根據以太坊分析平臺Eth2 Launchpad的數據，有超過230,841個驗證者。

以太坊2.0的未來以太坊聯合創始人Vitalik Buterin爲以太坊2.0制定了一個未來五到十年的路線圖。

他說，在過去的兩年裡，"從'藍天'研究，試圖瞭解什麼是可能的，到具體的研究和開發，試圖優化我們知道可以實現的具體基元，並實現它們，已經有了堅實的轉變。"Vitalik 說，大部分的挑戰現在 "越來越多地圍繞着開發，而開發所佔的份額只會隨着時間的推移而繼續增長"。

2020年6月，Vitalik 指出，在實現分片鏈之前，以太坊2.0至少需要依賴ZK-rollup等當前的擴展方法兩年。2021年8月，以太坊的倫敦硬分叉和以太坊改進提案1559（EIP-1559）的部署，改變了網絡上交易費用的運作方式。EIP-1559看到在網絡上進行交易的用戶支付一個基本費用，這個費用被燒掉，而不是給以太坊礦工，減少了ETH的供應，給以太坊網絡帶來通縮壓力。倫敦硬分叉已經成爲以太坊2.0下一階段的試運行，Vitalik Buterin對以太坊網絡的下一步表示了信心。Vitalik 告訴彭博社，倫敦硬分叉的成功啓動證明了以太坊生態系統 "能夠做出重大改變"，而且 "這絕對讓我對合並更有信心"。

以太坊2.0會如何影響以太坊的價格？對一些人來說，以太坊2.0的推出正是加密貨幣所需要的。"一旦以太坊通過第二層技術或ETH 2.0具有可擴展性，所有問題都會得到解答，"Nifty Orchard的創始人和倫敦以太坊的組織者Jamie Anson告訴Decrypt。"發令槍將響起"。換句話說，更多的可擴展性意味着更多的使用，這反過來又意味着更多的需求。這——至少在理論上——應該把以太坊的價格推到新的高度。"當ETH 2.0和rollups一起工作時，將有每秒10萬次的交易能力。這將意味着爲下一個10億人提供一個完全無縫的體驗，"Anson補充說。

專注於mempool複雜性的Blocknative公司的首席執行官Matt Cutler也同樣樂觀，特別是隨着以太坊2.0的推出，gas費用預計將會下降。"我們的客戶羣認爲減少交易費用和增加網絡吞吐量是前進的大機會領域，"他告訴Decrypt。此外，關注重大里程碑的生態系統將增強以太坊開發者的勢頭。"這將對ETH的價格產生長期的看漲影響--儘管有短期的波動，這也是加密資產估值的一部分。"Cutler補充說。