详解以太坊2.0：速度、效率和可扩展性

摘 要：对以太坊网络的升级计划已久，旨在解决网络的可扩展性和安全性问题。在第一阶段，区块链“世界计算机”将转向权益证明共识机制（PoS）。

这是一个漫长的过程，但以太坊2.0的第一阶段终于启动和运行了。多阶段的升级旨在通过对网络基础设施的几项改变来解决以太坊网络的可扩展性和安全性——最值得注意的是，从工作证明（PoW）转换为权益证明（PoS）共识机制。

什么是以太坊2.0？

以太坊2.0，也被称为Eth2或 "Serenity"，是以太坊的升级。该升级旨在提高以太坊网络的速度、效率和可扩展性，使其能够处理更多的交易。以太坊2.0分几个阶段推出，第一次升级，称为信标链，已于2020年12月1日上线。信标链为以太坊引入了原链的概念，这是该网络转向PoS共识机制的一个关键特征。顾名思义，它是一个独立于以太坊主网的区块链。第二阶段被称为合并（The Merge），预计在2022年的第一或第二季度，并将信标链与Ethereum主网合并。

最后一个阶段是分片链，并将在扩展以太坊网络方面发挥关键作用。分片链不是在一个单一的区块链上结算所有操作，而是将这些操作分散到64个新的链上。这也意味着，从硬件角度来看，运行一个以太坊节点要容易得多，因为需要存储在机器上的数据要少得多。分片链预计到2022年才会出现，但目前还不清楚具体时间。

以太坊2.0与以太坊有什么不同？以太坊1.0使用被称为工作证明（PoW）的共识机制，而以太坊2.0将使用质押证明（PoS）机制。权益证明与工作证明有什么不同？对于像以太坊这样的区块链，需要以去中心化的方式验证交易。以太坊，像其他加密货币，如比特币，目前使用工作证明（PoW）的共识机制。在这个系统中，矿工利用机器的处理能力来解决复杂的数学难题，并验证新的交易。第一个解开谜题的矿工在构成区块链的所有交易记录中增加了一笔新交易。然后，他们会得到网络原生加密货币的奖励。然而，这个过程可能需要耗费巨大的能源。权益证明（PoS）的不同之处在于，用户可以用网络的本地加密货币作质押，成为验证者，而不是矿工。验证者与矿工类似，他们验证交易并确保网络不处理欺诈性交易。这些验证者被挑选出来，根据他们质押的加密货币数量，以及他们质押的时间，提出一个区块。然后，其他验证者可以证明他们已经看到一个区块。当有足够的证明时，一个区块可以被添加到区块链上。然后验证者会因为成功的区块命题而得到奖励。这个过程被称为挖矿。PoS的主要优点是，它比PoW更节能，因为它将能源密集型计算机处理与共识算法解耦。这也意味着，你不需要大量的计算能力来保证区块链的安全。以太坊2.0将如何比以太坊1.0有更好地扩展性？升级到Ethereum 2.0的主要原因之一是可扩展性。在以太坊1.0中，网络只能支持每秒30笔左右的交易；这导致了延迟和拥堵。以太坊2.0承诺每秒可达100,000次交易。这一增长将通过实施分片链来实现。

以太坊2.0将如何更加安全？以太坊2.0的设计已经考虑到了安全问题。大多数PoS网络都有一小部分验证者，这使得系统更加中心化，网络安全性降低。以太坊2.0需要至少16,384个验证人，使其更加去中心化，因此更加安全。然而，根据Jelurida的联合创始人、Ardor和Nxt区块链的首席核心开发人员Lior Yaffe的说法，存在一个潜在的漏洞，该漏洞集中在网络的参与率水平上。包括区块链安全公司Least Authority和Quantstamp在内的组织正在对Ethereum 2.0代码进行安全审计。以太坊基金会也在为以太坊2.0成立一个专门的安全团队，研究加密货币中可能存在的网络安全问题。以太坊2.0研究员贾斯汀-德雷克（Justin Drake)表示，该研究将包括 "模糊处理(fuzzing)、赏金猎杀(bounty hunting)、传呼机职责(pager duty)、加密经济建模(cryptoeconomic modeling)、应用密码分析(applied cryptanalysis)、形式验证(formal verification)"。

以太坊2.0的升级是如何进行的？在一系列测试网推出后，Topaz、Medalla、Spadina和Zinken，以太坊2.0的全面推广将分三个阶段进行。第0、1、2阶段（开发者喜欢从零开始计算）。第0阶段于2020年12月1日启动，其他阶段将在接下来的几年内到来。第0阶段看到了信标链的实施；它存储和管理验证者的注册表，以及为以太坊2.0部署PoS共识机制。原有的以太坊PoW链将与之同时运行，因此数据的连续性不会中断。第1阶段将于2022年第一季度/第二季度进行，将看到以太坊主网与信标链合并，正式结束网络上的PoW。在Beacon Chain上为Ethereum充值的用户将被分配到验证者角色。第2阶段将为网络引入分片链，预计推出64个分片（使吞吐量比Ethereum 1.0多64倍），尽管在推出时他们不支持账户或智能合约。之前的路线图迭代将合并事件置于分片链的推出之后，但由于每个升级的互操作性，后来决定翻转这些推出事件。"最初，计划是在合并之前进行分片链的工作--以解决可扩展性，"以太坊基金会的文件中写道。"然而，随着第二层扩展解决方案的蓬勃发展，优先级已经转移到通过合并将工作证明换成权益证明。"

以太坊2.0是什么时候发布的？以太坊2.0的信标链是以太坊2.0发布的第一个阶段，于2020年12月1日12:00 UTC正式上线。以太坊基金会的核心研究员Danny Ryan在以太坊2.0的直播中指出："这个东西健康的关键是我们看到参与度超过三分之二"。随着信标链的推出得到确认，在撰写本文时，网络上有超过21000个活跃的验证者，每个纪元的成功率超过80%。信标链最初将与目前的以太坊主网分开存在，在主网与股权证明系统 "对接 "之前。第一个符合条件的区块是槽位1，其验证者用一个神秘的信息签署了它。"F先生在这里"。

以太坊社区的广大成员庆祝了这一成功发布，包括以太坊联合创始人Vitalik Buterin和Joseph Lubin。

在推出之前也进行了紧张的一个月的准备，其中必须满足某些标准。在2020年11月4日发布存款合同后，到11月24日，网络上需要有16384个验证者，每个人质押32个以太坊，总共524288个ETH。

最初，staking的速度比预期的要慢，11月初进行的一项推特调查显示，有一半的受访者不打算在截止日期前进行质押；只有21.3%的人表示，他们要么已经质押，要么打算质押32个以太坊。

其中给出的原因是费用——32ETH当时超过19,000美元。社区团结起来，Vitalik Buterin承诺提供3200个以太坊，价值超过190万美元，DARMA资本分配了5000万美元的自有资产，以便机构和个人可以向以太坊2.0捐款，同时保持流动性。随着发行的可能被推迟的迫近，在第11个小时，后期涌现了大量的验证者承诺进行staking。就在截止日期前24小时，只达到了目标的50%；对以太坊2.0来说，幸运的是，到11月24日，就已经有足够的验证者承诺支持信标链。今天，根据以太坊分析平台Eth2 Launchpad的数据，有超过230,841个验证者。

以太坊2.0的未来以太坊联合创始人Vitalik Buterin为以太坊2.0制定了一个未来五到十年的路线图。

他说，在过去的两年里，"从'蓝天'研究，试图了解什么是可能的，到具体的研究和开发，试图优化我们知道可以实现的具体基元，并实现它们，已经有了坚实的转变。"Vitalik 说，大部分的挑战现在 "越来越多地围绕着开发，而开发所占的份额只会随着时间的推移而继续增长"。

2020年6月，Vitalik 指出，在实现分片链之前，以太坊2.0至少需要依赖ZK-rollup等当前的扩展方法两年。2021年8月，以太坊的伦敦硬分叉和以太坊改进提案1559（EIP-1559）的部署，改变了网络上交易费用的运作方式。EIP-1559看到在网络上进行交易的用户支付一个基本费用，这个费用被烧掉，而不是给以太坊矿工，减少了ETH的供应，给以太坊网络带来通缩压力。伦敦硬分叉已经成为以太坊2.0下一阶段的试运行，Vitalik Buterin对以太坊网络的下一步表示了信心。Vitalik 告诉彭博社，伦敦硬分叉的成功启动证明了以太坊生态系统 "能够做出重大改变"，而且 "这绝对让我对合并更有信心"。

以太坊2.0会如何影响以太坊的价格？对一些人来说，以太坊2.0的推出正是加密货币所需要的。"一旦以太坊通过第二层技术或ETH 2.0具有可扩展性，所有问题都会得到解答，"Nifty Orchard的创始人和伦敦以太坊的组织者Jamie Anson告诉Decrypt。"发令枪将响起"。换句话说，更多的可扩展性意味着更多的使用，这反过来又意味着更多的需求。这——至少在理论上——应该把以太坊的价格推到新的高度。"当ETH 2.0和rollups一起工作时，将有每秒10万次的交易能力。这将意味着为下一个10亿人提供一个完全无缝的体验，"Anson补充说。

专注于mempool复杂性的Blocknative公司的首席执行官Matt Cutler也同样乐观，特别是随着以太坊2.0的推出，gas费用预计将会下降。"我们的客户群认为减少交易费用和增加网络吞吐量是前进的大机会领域，"他告诉Decrypt。此外，关注重大里程碑的生态系统将增强以太坊开发者的势头。"这将对ETH的价格产生长期的看涨影响--尽管有短期的波动，这也是加密资产估值的一部分。"Cutler补充说。