把故事从头讲,关于以太坊2.0的10个关键问题

2019-09-30

2019注定是对以太坊重要的一年。自今年2月份以太坊君士坦丁堡升级的完成开始,以太坊就进入了2.0进程中。在一系列硬分叉和阶段性升级完成后,以太坊2.0 (ETH 2.0) 就会正式到来。

1.以太坊的基本理念

2013 年,Vitalik 加入 Mastercoin 团队,他希望创造出类似智能手机的平台——通用的计算机,任何东西都可以通过编程在这里运行。

Vitalik 说“以太坊的理念不在于支持更多的应用,而是支持一种编程语言的区块链,用户可以用这种语言来写应用和程序,区块链可以处理这些程序,区块链上处理并发布的交易可以接受并运行这些程序。”

与 4 年前相比,除了在可扩展性、效率方面的改进之外,以太坊的基本理念从未改变。

2.以太坊的应用不限于支付

Vitalik近期曾在演讲中也列举了一些以太坊基金会对该区块链的简单应用,包括4个方面。

首先是加密货币支付。这是出现最早也是普及度最广的应用,以太坊基金会通常用 ETH 支付成员薪水。

第二项应用是去中心化的域名系统 ENS(以太坊域名系统),Vitalik 在这个系统里就持有 vitalik.eth 的域名。

第三是用数字代币代表各种资产,但数字代币所代表的不仅限于金融资产。以太坊基金会就曾通过智能合约出售大会门票以及一些纪念章。

最后是对智能合约的探索,比如DAO(去中心化自治组织),这种机制会将一定的资金锁定在智能合约里,由成员来决定资金的分配和使用方式。

2021年,以太坊2.0时代将会到来。


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以太坊2.0预计在2021年正式落地,在分片链能够实现完整的功能后,1.0 将把以太坊的实际运行权交给 2.0,作为 2.0 的一个分片或一个主存储合约而存在。以太坊 2.0 的三大创新是:权益证明的共识机制、分片和 eWASM虚拟机。

3.从PoW转至PoS,挖矿权将出现马太效应

现在以太坊采用的是PoW工作量证明共识机制,工作量证明的最大好处是由高昂的作恶成本带来的高信息安全性与正确性,但最大的缺点是对电力与网络资源的大量消耗。


与PoW用工作量争取挖矿权不同,PoS使用资产来证明用户的挖矿权,即拥有资产越多的人就拥有越大的挖矿权,也越容易通过付出少量努力赚到钱,但难度低的前提是你足够有钱。可以预料以太坊2.0将出现强者愈强、弱者愈弱的现象。

4.利用Sharding分片技术处理效率问题

扩展性将通过Sharding分片技术来提高,Sharding分片技术是区块链中的各计算机分别在网络上验证数据任务,目的是提高总体效率。


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扩展性主要包括两个方面:区块存储的扩展以及交易吞吐量的扩展。因此,区块链的扩容解决方案可以主要分为两种,即链上扩容以及链下扩容。

链上扩容直接发生在区块链上,通过改变区块大小与数据结构来提高处理交易能力,而链下扩容发生在主链外,通过建立外围或第二层交易网络进行容量扩大。此次使用的Sharding分片就是由区块内分裂出不同链,是链上扩容。

5.ETH 2.0直接支持多种编程语,eWASM将替代EVM

VM优化采用虚拟机EWASM支持更多开发语言。目前以太坊的核心是EVM虚拟机,作为引擎驱动着整个以太坊的运转,承载着以太坊上所有的通证、DAPP、DAO组织和游戏等。但由于EVM臃肿繁复的编译工作会消耗大量gas燃料费,以太坊团队提出使用eWASM替代EVM,使以太坊可以省去编译工作,直接支持Solidity,C++,Rust,AssemblyScript等多种编程语言,大幅提升工作性能,让以太坊的开发变得更加简单。

6.2.0分三个阶段上线,目前零阶段规范已冻结

以太坊2.0将会主要运行在Beacon链上,它是以太坊2.0的核心组件,却不是以太坊2.0的全部。Beacon是一条PoS链,运行以太坊的PoS协议Casper,主要完成执行PoS共识与实现分片通信。

Beacon链与以太坊1.0的PoW链会彼此独立地运行大约两年,在以太坊2.0可以独立完整工作前以太坊都将一直运行在1.0上。


从现在到2021年的以太坊2.0正式上线前分为四个阶段:阶段0,阶段1,阶段2,阶段3,本文只集中介绍前三个阶段。


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阶段0:启动Beacon链

开始用于并仅能允许Beacon链上的验证者运行,该阶段不支持账户、资产转移和智能合约。以太坊基金会开发人员 Danny Ryan 今年7月宣布,以太坊 2.0 第一个阶段的规范已经冻结。根据以太坊 2.0 项目的 GitHub 存储库,阶段 0 规范的 v0.8.0 版本将作为一个稳定的目标,并努力在 2020 年 1 月前完成Beacon链的正式上线。


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图片来源:Hsiao-Wei Wang

阶段1:启动分片链

加入分片链组件,实现Beacon链+分片链,支持1024条分片链。但仅用于试运行分片结构,并不是真正完成分片扩展,因此依旧不可用账户、资产和智能合约。


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分片会将区块链分成多个部分,每个部分都只需要网络中的一部分计算机来进行交易验证。至于由谁来验证哪些区块,系统会随机进行选择。由于每次只需要进行部分交易验证,分片帮助区块链在可扩展性问题上实现了突破。

阶段2:启动虚拟机层

这是以太坊2.0的最后一个重要组件,实现Beacon链+分片链+虚拟机层。一个完整的公链就此被打造完成,可用性也将在这个阶段正式上线。

在阶段2完成后,以太坊就会完成将PoW链迁移至PoS链,这标志着以太坊正式进入2.0时代,进入到下一个阶段的升级。


7.以太坊为何要 从 PoW 走向 PoS ?

在过去的几年时间里,以太坊最重磅的研究就是从 PoW 到 PoS 的切换。

Vitalik 曾提到“PoW 系统只会变得越来越贵,效率会越来越低。”正是以太坊选择切换到 PoS 的主要原因。PoS 将衡量投票权的方式从算力的大小转移到了持币量的大小。PoS 的算法多种多样,以太坊采用的是 Vitalik 在 2017 年发布的 Casper FFG,灵感源于 PBFT。

8.如何确保分片的安全?

Vitalik谈到这个问题是,表示“以太坊 2.0 的运作基于:部分节点被随机选中来验证分片。因此,除非攻击者掌握了网络中 40% 以上的节点,否则其被选中或者控制分片的几率是微乎其微的。另外我们还有防伪以及数据有效性检查机制,这就意味着即使作恶者试图创建无效区块,其行为是可以被检测到的。”

9.以太坊 2.0 如何避免沦为中心化的系统?

Vitalik认为扩容的方式有两种,一种是很简单但很恶劣(bad)的;另一种是好的但很困难的。前者只需要提高区块容量及交易数量,这就是 BSV 和 EOS 等区块链选择的路。因为这条路很简单,就算你不是一个优秀的开发者也可以做到。但这个方法的问题在于,当区块容量上升到一定的高度时,运行节点需要处理大量的交易,那么运行节点的成本就会提高,运行节点的人会变少,越来越多的人会选择合并节点。EOS 就是这样的,很多节点都不会验证交易。以太坊 2.0 的分片之所以能够避免这些问题是因为参与以太坊 2.0 网络不需要验证所有交易。假设你是一个验证者(validator),而你只有 32 个以太坊,那你可能只需要验证一个分片,你验证的分片数量会随着持币量的增加而增加。我们希望通过这个方式来让这场比赛变得更加公平,让更多人参与其中,实现更高程度的去中心化。

10.以太坊如何在众多加密货币中脱颖而出?

Vitalik认为比特币和以太坊这样『纯粹的加密货币』(pure cryptocurrency)在市场中有独特的地位,是不可能被机构发行的加密货币取代的,无论对方是央行数字货币还是 Libra。因为去中心化的加密货币有能力说服全世界它是一个中立的平台,不会站在任何人那边。相比之下,机构发行的币做不到这一点,因此它们将始终面临信任问题。但机构币将会更稳定,有机构的支持,这是加密货币所没有的,因此我认为两者在很长的时间里都是可以共存的。