详解以太坊2.0

那么期待已久的以太坊 2.0 到底是怎么回事呢?什么是 PoS(Proof of Stake)权益证明,Beacon Chain(信标链),Sharding(分片)和 Docking(对接)?他们推出的不同阶段又是什么?你将在本文中找到这些问题的答案。

概览

首先让我们概述一下什么是以太坊 2.0,以及为什么需要它。

以太坊 2.0 或 Eth2 是一套连续的以太坊升级计划,旨在使以太坊更可扩展,更安全和更可持续。这些升级变化是由以太生态系统中的多个不同团队共同完成的,每个团队都专注于构建整个升级的特定部分。 

可扩展性

目前的以太网络支持每秒 15 笔交易。当涉及到接纳数百万新用户和启动更多去中心化的应用程序时,这无疑就成为一个限制因素。为了使以太坊更具可扩展性,以太坊 2.0 的目标是每秒支持 1000 笔交易。一个重要的提醒——每秒交易量的增加不应以增加网络中节点的大小为代价。 

安全性

去中心化网络的安全性一直是最优先考虑的问题之一。以太坊 2.0 旨在提高网络的安全性,防止一切形式的攻击,包括「51% 攻击」,即某人可以通过控制网络的大部分算力来强制进行欺诈性的改变。 

可持续发展性 

众所周知的当前以太坊网络是基于工作量证明(PoW)共识,需要大量的算力和能源。以太坊 2.0 旨在通过用权益证明(PoS)取代能源密集型的工作量证明,使以太坊更有利于环境。

最初,实现这些目标所需的一系列变化被称为「宁静」,但现在大多数人称之为「以太坊 2.0」或者仅仅是 Eth2。

有趣的是,所有这些目标几乎都在以太坊路线图中,甚至在网络正式启动之前就已经讨论过了。

让我们从最大的变化之一开始——共识模型从「工作证明」转变为「权益证明」(PoW to PoS)。

权益证明(PoS)

当前的以太坊共识模型——工作量证明——是一个众所周知且经过时间考验的构建加密货币的方法。

权益证明试图通过完全摆脱矿工解决电力消耗的问题。不是通过投资资源来确保网络的安全,而是用经济激励的权益证明共识模型。

权益证明试图通过完全摆脱矿工解决电力消耗的问题。不是通过投资资源来确保网络的安全,而是依靠使用经济激励的权益证明。

在权益证明中,那些想要保护网络安全的用户,通过质押他们的以太坊成为验证节点。与工作量证明中的矿工类似,每个验证节点都通过获得区块奖励和交易费用来激励验证区块网络的交易。

为了阻止验证者试图玩弄系统和验证欺诈交易,权益证明系统实施了一种称为「削减」的机制,如果验证者决定不诚实地行动,就会失去他们的一部分质押的以太坊。

为了成功的完成 PoS 的「51% 攻击」,攻击者必须控制 51% 的验证节点,这将需要拥有 51% 的验证节点量的以太坊-无疑一个巨大的资本量。

为了成为以太坊 2.0 验证节点之一,32枚以太坊代币是必需的。还有一种方法是使用质押池,例如 Rocketpool,以参与 32 个以下的节点质押(律动注,如今各平台均推出以太坊 2.0 质押活动,用户可自行选择)。

验证节点的回报取决于系统中以太坊的数量。如果系统中的以太坊不足一百万,那么回报率可以高达每年 18%,如果系统中的以太坊超过 100M,那么这个数字可以低至 1.81%,甚至更低。

权益证明解决了以太坊 2.0 的 3 个主要问题。它通过消除能源密集型矿工,使得以太坊更具可持续性。它通过加大「51% 攻击」的难度使其更加安全。而且它通过解锁分片使其更具可扩展性,而这在工作量证明模型中很难实现,因为它很可能会导致多个分片之间的计算能力减少。

这实际上也是流畅进入分片很好的方式。

分片

分片的概念并不是特定于以太坊 2.0 升级的。这实际上是计算机科学中的一个常见过程,它允许将一个数据库分割成多个部分,每个部分包含整个数据集的一部分。每个部分都被称为「分片」。

当涉及到以太坊 2.0 时,每个「分片」基本上是一个单独的新链。最初,将会有 64 个分片。这直接解决了以太坊的延展性问题,因为分片将允许扩展网络的工作量。

最重要的是,每个以太坊节点只需运行一个分片。这意味着只存储一小部分数据,使得在没有强大硬件的情况下运行节点变得更加容易。使节点更容易运行应该会吸引更多的网络参与者,这等于更多的去中心化和更多的安全性。

最初,分片只会提供额外的数据,分片链无法处理交易或智能合约。

此时,你可能有这样一个问题:分片如何在不处理交易或智能合约的情况下提高扩展性?

提高可扩展性是有可能的,因为 Layer 2 的扩展——特别是 Rollups。Rollups 允许打包交易 (和智能合约执行),生成加密证明并将其提交到链上。这个过程只需要一个可用的数据分片来存储证明,这意味着它可以与分片的初始版本一起使用。

你可以在这里了解更多关于 Layer 2 和 Rollups 的知识。

这还没有结束。尽管数据分片和 Rollups 的混合使得以太坊能够每秒处理超过 100,000 个交易,但是还有一个其他可以改进的地方。有可能升级分片并使它们完全可执行,就像当前的以太坊链一样。是否需要这种改进仍然有待观察,这取决于数据分片和 Rollups 解决方案的流行程度。

同样值得一提的是,在数据分片模型中,当前的以太坊链成为了分片之一。这是唯一能够处理交易和智能合约的分片。

信标链(The Beacon Chain)

信标链是下一个要重要的概念掌握,以充分理解以太坊 2.0。

信标链负责协调这个基于权益证明的系统,随机分配验证节点以验证不同的分片。随机性很重要,因为它可以防止节点串通和控制分片。(律动注,即为以太坊 2.0 的工作逻辑)

信标链基本上创建了一个新的权益证明网络,并与目前的以太坊网络平行运行。启动它是以太坊 2.0 路线图中的第一件事。

最初,验证节点将向信标链添加新块,但它们不会验证当前的以太坊 1.0 主网的交易。一旦当前以太坊 1.0 链成为以太坊 2.0 的一个分片,这种情况就将会反转。

对接(Docking)

这是整个以太坊 2.0 谜题的最后一个部分——对接。

对接就是,将当前的以太链(PoW)转化成为以太坊 2.0 权益证明系统(PoS)的分片之一的过程。

这个过程也将标志着我们今天所知道的以太坊工作量证明(PoW)的结束,以及向新的权益证明(PoS)模型的完全过渡。

对接意味着将智能合约运行到 PoS 网络上。最重要的是,它将提供以太坊的完整历史和现状,允许所有以太坊持有者和使用者平稳过渡。(律动注,应为以太坊 DAO 事件分叉后以太坊的完整历史。)

阶段时间表

让我们看看我们刚才讨论的所有概念,以太坊 2.0 是如何安排时间表的。整个开发过程分为多个阶段。

阶段 0 是以太坊 2.0 的第一阶段,重点是发布信标链。要实现这一点,必须达到 16,384 个验证器的阈值。所需的验证数量已经在 11 月 24 日上达到,于 12 月 1 日 20:00 成功启动。

下一个阶段,也就是第 1 阶段的重点是分片或我们前面描述的特定数据分片。

一旦第一阶段成功完成,下一个阶段是第 1.5 阶段,重点是对接——使当前的以太坊链成为以太坊2.0中的分片之一。看起来第 1 阶段和第 1.5 阶段都会在 2021 年完成。

在达到阶段 1.5 之后,有两种可能的情况。要么是数据分片和 Rollups 的组合将是足够满足需求的,没有必要进一步阶段。或者也许仍然需要完整的分片解决方案,这将把我们带到最后阶段,第 2 阶段。这将在第 1.5 阶段成功完成后继续观察。

总结 

同样值得一提的是,尽管初始阶段 0 对于当前的以太坊链没有太大的改变。它可能仍然有一些潜在的重大经济影响。这是因为发送到以太坊 2.0 的以太币被锁定并且在第 1.5 阶段完成之前无法撤销,这意味着在当前系统中有一部分以太坊被锁仓了。 

当涉及到 DeFi 时,可能大多数活动将集中在可执行分片或 Layer 2 Rollup 解决方案之上——至少在最初阶段是这样。这是因为 DeFi 充分利用了智能合约的可组合性和更复杂的交互,所以不能轻松地交互的 DeFi 协议是没有多大意义的。

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