以太坊2.0，别让我们等太久

链得得 ChainDD.com ｜得区块链者得天下｜总体来说，以太坊2.0前三阶段做出的变化可以简单归纳为三点：共识机制、分片结构和虚拟机，而这些改变的核心都是在尝试解决以太坊现在存在的效率太低、矿池中心化严重、交易成本过高的问题。作者|大文来源|链得得

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总体来说，以太坊2.0前三阶段做出的变化可以简单归纳为三点：共识机制、分片结构和虚拟机，而这些改变的核心都是在尝试解决以太坊现在存在的效率太低、矿池中心化严重、交易成本过高的问题。

作者|大文

来源|链得得（ID：ChainDD）

根据以太坊2.0路线图，今年二季度末，以太坊 2.0 的 0 阶段（Phase 0）就将推出。
作为区块链行业的“二把手”，以太坊的升级毫无疑问将深刻影响整个区块链行业的发展节奏。
尤其在技术方面，以太坊2.0较1.0进行了大量的升级和改造，在去中心化、可扩展性和效率方面进行了优化。

那么以太坊2.0究竟进行了哪些方面的技术升级？
又对行业会产生哪些影响？
链得得App对以太坊社区开发者Zheka和OKEx高级分析师William进行了专访。

ETH2.0是以太坊的计划升级方案。与以太坊相比，以太坊2.0因为进行了大量改变，因此更像是一个全新的公有链。这个升级将是一个长期过程，分为若干个阶段。目前只有“阶段 0”有明确的规范，并定期更新。

目前可以明确的阶段包括正在进行的：

阶段 0，目标是推出信标链(Beaco
n Chain)；

阶段1，目标是引入分片(Shard Chains)结构；

阶段2，目标是启用新虚拟机 eWASM (ETHereum-flaored Web Assembly)。
其后进行的阶段目标还可能包括轻客户端状态协议、主链安全性耦合以及超二次或指数性分片等。

总体来说，以太坊2.0前三阶段做出的变化可以简单归纳为三点：
共识机制、分片结构和虚拟机，而这些改变的核心都是在尝试解决以太坊现在存在的效率太低、矿池中心化严重、交易成本过高的问题。

以太坊2.0的核心思路：分片

以太坊社区开发者Zheka告诉链得得App，去中心化在创造巨大价值的同时也会带来极高的成本。
实现去中心化的成本之所以如此之高，是因为与如今大多数区块链一样，以太坊上的每个节点都必须各自执行记载到区块中的每一个计算，以确保所有参与者都遵守规则。

这个过程要耗费能源和计算机资源。
就当前架构下的以太坊网络而言，如
果要其在很短时间内处理过多数据，笔记本电脑和个人服务器等消费级硬件就无法与网络保持同步，只有大数据中心才能在这个网络中充当节点之用。
这就会极大地降低以太坊的去中心化程度，因为数据中心节点很容易就能形成垄断，进而控制整个网络。

Zheka认为，如果失去了“去中心化”，区块链技术就失去了价值，传统的中心化手段已经足够解决大部分问题。

以太坊2.0进行的优化总体来说，是在尝试让每个节点都只需处理部分交易，这样一来，每个节点都只需处理网络中很少一部分交易，从而降低通信成本。

具体地说，以太坊 2.0拥有64条分片链，它们由信标链进行协调。
每一条分片链都有各自专属的出块者和验证者，而且这些分片链彼此之间联系紧密，可以互相通信，因此形成了一个大分片链网络。

因此，以太坊 2.0 的验证者无需处理整个网络内的所有交易，只需处理并验证某条分片链上的交易。

分片（Sharing）其实是一种传统数据库的技术，它将大数据库分成更小、更快、更容易管理的部分。
在区块链网络中，分片是将网络中的每个区块变为一个子区块链（100个），子区块链中可以容纳交易数据，并最终组成一个在主链上区块。

用V神的话说，“每个分片都像是个独立的银河：
它具有自己的账户空间，交易需要指定它们自己应该被发布到哪个分片中，并且分片间的通信是受限的。
”

OKEx高级分析师William表示，在传统分片中（以Cosmos为代表），每条链都相互独立，导致整个网络分片化，且容易遭受攻击。
而以太坊2.0 中，每条分片链都具备相同的安全性，要想破坏某条分片链，必须破坏整个系统。
而这一点正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，这也是推出信标链会被称为阶段0的原因。

在以太坊升级的第二步中，主要工作时围绕信标链构建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。
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
共识并更新信标链就可以。

更高效的虚拟机

而在第三阶段，即阶段2中，主要工作时将所有功能开始结合在一起，在第二阶段，会完成分片化，分片链从简单的数据容器过渡到结构化链状态，并将重新引入智能合约。

每个分片将管理基于 eWASM
（ETHereum flaored WebAssembly）的虚拟机，各种开发工具都会逐渐完善。换句话
来说，第三阶段之后的以太坊2.0才真正具有使用价值。

这一步的核心是更换了虚拟机。
它是一个允许智能合约彼此交互的虚拟环境，允许智能合约具有更强大的功能，而不必变得过于复杂。
简单来说，更换虚拟机的主要原因是提高性能，降低智能合约的开发难度，从而使以太坊生态更加丰富。

OKEx高级分析师William告诉链得得App，当前的以太坊虚拟机（EVM）实际上类似于Jae的虚拟机：
在部署智能合约时，先将智能合约代码编译为机器可读代码，然后，EVM 通过后进先出堆栈安排来处理此字节码代码。
而以太坊 Web Assembly （Ewasm）是基于现代标准 WebAssembly 虚拟机构建的确定性智能合约执行引擎。

从以太坊的未来开发计划看，Ewasm 是替代EVM 的主要候选方案，是ETHereum 2.0 路线图的一部分。
在去年的Crosslink 2019 Taiwan会议议程上，Hung-Ying-Ying已经明确指出了两者之间的区别（Hung-Ying-Ying 所在的Second State即负责开发以太坊从Solidity 到 Ewasm 的编译器Soll）：

EVM的特点

1)256 位元且STARKING式（staked-based）的虚拟机

2)很多高阶的指令，例如：SSTORE, SLOAD, SHA3, EC, Call/Create contract

3)与实体系统架构（通常是32/64位）有差异，而256位则需要靠模拟来完成

4)较少程序语言（Vyper, Solidity, …）

EWASM的特点

1)STARKING式（staked-based）的虚拟机：有独立的区域空间（暂存器或是内存），存取STARKING前3个物件（EVM存取16个）

2)支持32/64位的操作

3)没有高阶的指令

4)RISC指令集也可以对应到CPU ISA

5)较大的社群：主流的浏览器都支持，也有较多的程序语言（C++, Rust, GO, …）

他表示，开发EWASM，主要是为了提高以太坊性能，因为EVM操作码转换成硬
件指令的过程难度过大；
此外，EWASM 项目的设计目标之一是还支持跨多种语言和工具进行智能合约开发，即把 LLVM，C，C++，Rust，JaaScript 纳入开发周期。
因此对于开发人员而言选择EWASM是一大利好。

基于PoS的共识机制

在这三步走的过程当中，为了配合结构的转变，以太坊会将共识机制由POW转变为PoS，具体来说是专门定制的Casper共识机制。

首先需要强调的是，PoS是一类共识算法，而不是某一共识算法，是指使用权益（Stake）作为创建区块条件的
这一类共识算法。在中文社区，人们在谈到POS机制时往往都把点点币（PeERCoin，第一个使用PoS机制的公有链项目）的PoS机制当成PoS的定义，甚至大部分中文书籍都如此。实际上PoS类机制有很多种，点点币的PoS只是其中之一， Casper算法也属于PoS类算法中的一种。

目前传统的PoS类算法，主要有两大类：
一类是以点点币，Blockcoin为代表的基于链的PoS算法，这类算法模仿了PoW的机制，通过随机数来决定出块者来模拟挖矿；
另一类是以Cosmos为代表的基于拜占庭错算(BFT)的PoS。

Casper实际上也借鉴了BFT算法，但也引入了新的特性：

（1）首先是问责制，即恶意验证者进行惩罚，罚没验证者的所有抵押，这可以解决困扰 PoS 的无利害关系攻击（nothing at stake）的问题；

（2）动态的验证者，Casper引入了一种安全机制来让验证者随着时间进行动态变化；

（3）防卫，为了防卫长距离攻击和三分之一验证者离线攻击，Casper引入了一个弱平衡同步假设；

（4）模块化叠加，由于以太坊的计划是先由PoW转PoW/PoS的混合机制，最后过渡到PoS，所以Casper 被设计成叠加层，从而PoW链升级到Casper更加容易。

Casper算法实际上比以点点币为代表的PoS算法更安全，因为点点币的这类
PoS算法无法解决无利害关系攻击的问题。

Zheka认为，在传统的PoW区块链中，一些个人和机构会充当矿工的角色，利用价格高昂的硬件来解决数学难题，从而铸造新的比特币，并处理交易。
矿工通过维护网络安全性来获得增发的比特币和交易费。

相比之下，在PoS区块链中，验证者通过锁定token来为网络提供安全性，从而铸造新的以太坊，并处理交易。
那么实际上，验证者提供的安全性取决于网络本身的价值。
如果有验证者作恶，其锁定的以太坊就会被罚没。
罚没机制会激励验证者遵守协议规则。

PoS之所以具有较高的安全性，一个很大的原因是PoW系统容易遭受 “蹲点（spawn camping）” 攻击。
如果作恶者所掌握的挖矿硬件足以攻击比特币等 PoW 区块链，比特币便无力阻止后续攻击，因为网络会不断发生重组/分叉，然后又会被同一帮挖矿硬件攻击，如此无休止地循环下去。

相比之下，以太坊2.0抵御蹲点攻击的能力要强得多——以太坊2.0可以分叉并罚没攻击者
的押金。
这就好比摧毁了攻击者的比特币矿场。

总体来说，以太坊2.0的出现会为整个区块链行业带来更多可能性。
但就开发周期来说，三步走的策略虽然稳妥，但难免会在长时间的技术演变中发生各种各样的改变，路线图和计划非常有可能会发生变更。
就目前的进度而言，以太坊2.0似乎很难在2023年之前完成。
（本文独家首发链得得App；
作者/大文）