以太坊2.0，别让我们等太久

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总的来说，以太坊2.0前三个阶段所做的改变可以简单概括为三点：共识机制、分片结构和虚拟机，而这些改变的核心是试图解决以太坊目前存在的问题，即效率太低，矿池中心化严重，交易成本太高。

作者|文章来源|链得得（ID：链得得）

根据以太坊 2.0 路线图，今年第二季度末，以太坊 2.0 Phase 0 将启动。 作为区块链行业的“二把手”，以太​​坊的升级无疑将深刻影响整个区块链行业的发展节奏。 尤其是在技术方面，以太坊2.0相比1.0进行了大量的升级改造，在去中心化、可扩展性和效率等方面进行了优化。

那么以太坊2.0经历了哪些技术升级呢？ 会对行业产生怎样的影响？ 链得得应用专访了以太坊社区开发者哲卡和OKEx高级分析师William。

ETH2.0 是以太坊的计划升级。 与以太坊相比，以太坊 2.0 更像是一条全新的公链，因为有很多变化。 这次升级将是一个长期的过程，分为几个阶段。 目前只有“Phase 0”有明确的规范，并定期更新。

目前可识别的阶段包括正在进行的：

Phase 0，目标是推出Beacon Chain；

第一阶段，目标是介绍分片链结构；

第 2 阶段，目标是启用新的虚拟机 eWASM（Ethereum-flavored Web Assembly）。 后续阶段目标还可能包括轻客户端状态协议、主链安全耦合以及超二次或指数分片。

总的来说，以太坊2.0前三个阶段所做的改变可以简单概括为三点：共识机制、分片结构和虚拟机，而这些改变的核心是试图解决以太坊目前存在的问题，即效率太低，矿池中心化严重，交易成本太高。

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以太坊2.0的核心思想：分片

以太坊社区开发者哲卡告诉链得得应用，去中心化创造了巨大的价值，但也带来了极高的成本。 去中心化之所以如此昂贵，是因为与当今大多数区块链一样，以太坊上的每个节点都必须独立执行记录在区块中的每一次计算，以确保所有参与者都遵守规则。

此过程会消耗能源和计算机资源。 就目前架构下的以太坊网络而言，如果需要在短时间内处理过多的数据，笔记本电脑、个人服务器等消费级硬件无法跟上网络的步伐，只有大数据中心可以在这个网络中行动。 对于节点。 这会大大降低以太坊的去中心化程度，因为数据中心节点很容易形成垄断以太坊改变挖矿机制，进而控制整个网络。

哲卡认为，如果失去了“去中心化”，区块链技术也就失去了价值，传统的中心化方式足以解决大部分问题。

总的来说，以太坊2.0的优化是试图让每个节点只需要处理部分交易以太坊改变挖矿机制，让每个节点只需要处理网络中的一小部分交易，从而降低通信成本。

具体来说，以太坊 2.0 有 64 条分片链，由信标链协调。 每条分片链都有自己专属的区块生产者和验证者，这些分片链之间紧密相连，可以相互通信，从而形成一个庞大的分片链网络。

因此，以太坊 2.0 的验证者不需要处理全网所有的交易，而只需要处理和验证某条分片链上的交易。

Sharding（共享）实际上是一种传统的数据库技术，它将一个大的数据库分成更小、更快、更易于管理的部分。 在区块链网络中，分片就是将网络中的每一个区块变成一个子链（100），可以容纳交易数据，最终在主链上形成一个区块。

用V神的话来说，“每个分片就像一个独立的星系：有自己的账户空间，交易需要指定发布到哪个分片，分片之间的通信是有限的。”

OKEx高级分析师William表示，在传统的分片（以Cosmos为代表）中，每条链都是相互独立的，导致整个网络碎片化，容易受到攻击。 在以太坊 2.0 中，每条分片链都具有相同的安全性。 要销毁分片链，必须销毁整个系统。 而这是通过信标链实现的。

因此，信标链也被称为整个以太坊 2.0 的基础，这也是为什么信标链的推出会被称为 phase 0。

以太坊升级的第二步，主要工作是围绕信标链构建64条分片链。 信标链在每个时间段为每个分片随机选择的分片验证者只负责对每个区块的内容达成共识。 分片的区块中有什么样的信息并不重要，只要所有委员会成员能够定期对分片达成共识并更新信标链即可。

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更高效的虚拟机

在第三阶段，即阶段2，主要工作开始将所有功能组合在一起。 第二阶段完成分片，分片链将从简单的数据容器过渡到结构化链状态，重新引入智能合约。

每个分片会管理一个基于eWASM（Ethereum flavored WebAssembly）的虚拟机，各种开发工具也会逐步完善。 也就是说，第三阶段之后的以太坊2.0是真的有用。

这一步的核心是更换虚拟机。 它是一个允许智能合约相互交互的虚拟环境，让智能合约在不变得过于复杂的情况下更加强大。 简单来说，更换虚拟机的主要原因是为了提升性能，降低智能合约开发难度，从而丰富以太坊生态。

OKEx高级分析师William告诉链得得应用，目前的以太坊虚拟机（EVM）其实类似于Java的虚拟机：在部署智能合约时，首先将智能合约代码编译成机器可读的代码，然后将EVM这段字节码代码通过后进先出的堆栈安排进行处理。 Ethereum Web Assembly (Ewasm) 是一个建立在现代标准 WebAssembly 虚拟机上的确定性智能合约执行引擎。

从以太坊未来的发展规划来看，Ewasm 是替代 EVM 的主要候选者，是以太坊 2.0 路线图的一部分。 在去年Crosslink 2019台湾大会的议程上，洪莹莹已经明确指出了两者的区别（洪莹莹所在的Second State负责开发Soll，从Solidity到Ewasm的编译器对于以太坊）：

EVM 的特点

1) 256位和基于堆栈的虚拟机

2）许多高级指令，例如：SSTORE、SLOAD、SHA3、EC、Call/Create contract

3）与物理系统架构存在差异（一般为32/64位），而256位需要通过仿真完成

4）更少的编程语言（Vyper、Solidity、……）

EWASM 的特点

1）基于栈的虚拟机：拥有独立的区域空间（scratch register或memory），访问栈的前3个对象（EVM访问16个）

2) 支持32/64位操作

3）没有高层指令

4）RISC指令集也可以对应CPU ISA

5）更大的社区：主流浏览器支持，更多编程语言（C++、Rust、GO、……）

他表示，开发 EWASM 主要是为了提高以太坊的性能，因为将 EVM 操作码转换为硬件指令的过程太难了； 此外，EWASM项目的设计目标之一是支持跨多种语言和工具的智能合约开发，即将LLVM、C、C++、Rust、JavaScript纳入开发周期。 因此，选择EWASM对开发者来说是一大利好。

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基于PoS的共识机制

在这三步过程中，为了配合结构的改变，以太坊将共识机制从POW改为PoS，具体来说就是定制化的Casper共识机制。

首先需要强调的是，PoS是一种共识算法，并不是某种共识算法。 指的是这种以权益（Stake）作为出块条件的共识算法。 在中文社区，当人们谈到POS机制时，往往把Peercoin（第一个使用PoS机制的公链项目）的PoS机制作为PoS的定义，甚至大多数中文书籍也是如此。 其实PoS机制有很多种，Peercoin的PoS只是其中一种，Casper算法也是PoS算法之一。

目前传统的PoS算法主要有两类：一类是以比特币和区块币为代表的基于链的PoS算法。 这类算法模仿 PoW 的机制，使用随机数来确定区块生产者来模拟挖矿。 矿; 另一类是以 Cosmos 为代表的基于拜占庭误算（BFT）的 PoS。

Casper其实借鉴了BFT算法，同时也引入了新的特性：

(1) 首先是问责制，即恶意验证者将惩罚并没收验证者的所有抵押物，可以解决困扰PoS的无风险问题；

(2)动态验证者，Casper引入了一种安全机制，允许验证者随时间动态变化；

(3)防御。 为了防御远程攻击和三分之一验证者离线攻击，Casper引入了弱平衡同步假设；

(4) 模块化叠加。 由于以太坊的计划是先从PoW过渡到PoW/PoS混合机制，最后再过渡到PoS，所以将Casper设计成叠加层，这样更容易将PoW链升级到Casper。

Casper算法其实比Peercoin为代表的PoS算法更安全，因为Peercoin的PoS算法无法解决无私攻击的问题。

哲卡认为，在传统的 PoW 区块链中，一些个人和机构会充当矿工，使用昂贵的硬件来解决数学问题，从而铸造新的比特币并处理交易。 矿工通过维护网络安全赚取额外的比特币和交易费用。

相比之下，在 PoS 区块链中，验证器通过锁定令牌、铸造新的以太币和处理交易来为网络提供安全性。 那么，实际上，验证者提供的安全性取决于网络本身的价值。 如果验证者作恶，锁定的以太币将被没收。 罚没机制激励验证者遵守协议规则。

PoS 安全性高的一个很大原因是 PoW 系统容易受到“产卵露营”攻击。 如果作恶者掌握的挖矿硬件足以攻击比特币等 PoW 区块链，比特币将无力阻止后续攻击，因为网络会不断重组/分叉，然后被同一组挖矿硬件攻击，所以它不可能无限循环。

相比之下，以太坊 2.0 更能抵抗抢注攻击——以太坊 2.0 可以分叉并没收攻击者的押金。 这就像摧毁攻击者的比特币矿场。

总体而言，以太坊2.0的出现将为整个区块链行业带来更多的可能性。 但就开发周期而言，三步走策略虽然稳妥，但在长期的技术演进过程中难免会发生各种变化，路线图和计划也极有可能发生变化。 就目前进展来看，2023年之前以太坊2.0似乎很难完成。（本文为链得得App独家发布；作者/达文）

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