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V神公佈以太坊2.0未來 5~10 年路線圖,ETH 2.0 到底意味著什麼?


3 月19 日,以太坊創始人Vitalik Buterin 連續發布數條推文表達了自己對ETH 2.0 未來約5-10 年及以後發展的看法,隨著發現新信息或新技術,細節可能會有所改變。

Vitalik Buterin表示,過去兩年以太坊團隊已經從“blue sky”研究(試圖理解什麼是可能的)階段轉向了具體的研究和開發。團隊對權益證明的功能和限制、分片的安全模型等更加了解,類似 zk – snark 這樣以前看似遙不可及的技術,現在也越來越實際。

此外,維護兼容性、確保以太坊的平穩過渡是過去兩年裡不斷增長的一個趨勢。目前,相關的研究仍在繼續,未來比這一次升級更複雜的事情只會越來越多。但同時,Vitalik Buterin表示,許多更改實際上是在朝著降低複雜性的方向進行。

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以太坊 2.0 是一個大家經常聽到的一個詞。以太坊是世界第二大公鏈,被認為對未來區塊鏈的發展至關重要。但是,要準確地把它解釋清楚並不那麼容易。儘管如此,在這篇文章中,我會盡力把它闡釋清楚。

很難有一條公鏈能夠像在以太坊一樣,完成這麼多事情,它是絕大多數代幣和智能合約的所在地,它是對開發人員和公司最具吸引力的區塊鏈。但是,以太坊尚未正式達到其真正預期的模樣。還需要經過很多過程才能到“Serenity”版本(譯者註:以太坊的最終版本)。

事實上,向 Serenity 版本的過渡過程中計劃要進行一次簡單的硬分叉。由於這一過程比預想中的要復雜一些,因此目前可能要經過一個漫長的過程。以太坊 2.0 就是實現這一目標的途徑。我們經常在許多加密貨幣相關的媒體中讀到這個詞,甚至會發現有成百上千篇關於它的文章。但是,這些文章大多數要么過於簡單和籠統,要么過於技術和追究細節。

為什麼是以太坊 2.0

Chromatic Capital 解釋說,以太坊現在運行得很慢。以太坊鏈上每秒僅能夠處理15 條交易,他說道:“在以太坊上運行任何大規模複雜應用程序的成本都非常昂貴。相比較之下, Visa 每秒可處理數千筆交易。以太坊之所以運行緩慢是因為它是去中心化的,而且它必須保持去中心化。”

根據其設計表明,可以通過依靠超級節點(也就是“共識節點”)來解決這一問題。可以通過提高超級節點服務器的性能來加速處理每筆交易。這一方案是很簡單直接的解決方案。區塊鏈可以保持原樣,而人們只需要在客戶端加大並發量即可。

然而,以太坊的開發者們拒絕這一方案,大家主要是因為擔心這一方案會損害去中心化思想以及降低了抗審查的能力。我們都知道如下理論:去跨鏈世界中的不可能三角——去中心化、可擴展性和安全。這一問題成為包括 IOTA 在內的所有第二代區塊鏈項目的基礎,這些項目都聲稱能夠解決這一難題。這些項目中大多數採取的方法(包括以太坊 2.0)都使用了另一種共識機制代替了目前的 PoW 挖礦算法。

以太坊之前的設計或多或少被認為是失敗的。因此,根據 Chromatic Capita 稱:“以太坊2.0 是一個完全不同以往的項目,是從零到一的跨越。以太坊2.0 不僅僅是一次升級,它重塑了區塊鏈。這一新設計使得以太坊更加安全,交易處理的規模擴展至了每秒幾千條,同時還提升了可編程性。而所有這一切的提升都不會犧牲其去中心化的屬性。”

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圖片來源:Daniil Kuželev 拍攝,發佈於 Unsplash

以太坊 2.0 是如何解決的?

以太坊 2.0 通過三個主要手段來解決傳統的區塊鏈不可能三角問題:分片、權益證明(Proof of Stake)共識算法和新的合約虛擬機。

這幾個詞是什麼意思?

分片是一種在多個服務器之間拆分數據庫(換句話說,對它們進行分區)的方法。就像一台計算機在一個磁盤上有多個分區,但數據仍保留在同一磁盤上一樣。區塊鏈也應當在保證其一致性的前提下,分為多個分區。每一個“分片”的安全性應與整個系統的安全性一樣高。

權益證明共識算法中沒有用大量能源進行挖礦、組裝區塊數據的礦工了。他們被權益抵押者們(Stakers)取代了:這些節點們需要證明他們擁有一定數量的以太幣(譯者註:使用以太幣進行抵押)。這一算法這不僅具有更高的能源效率,而且還能確保更快地完成交易的確認與共識,並且最大程度地保證了這些驗證者們的去中心化。以太坊的開發人員多年來一直致力於完善共識過程,希望這一過程能夠快速完成交易的共識,並且確保抵押者們能夠遵守規則(防止節點作惡)。有了權益證明,以太坊上的交易在幾秒鐘內就可以完成確認,並且該鏈還可以抵抗 51% 攻擊。

最後,新的虛擬機能夠使開發人員創建自己的執行環境。這一設計能夠將其他區塊鏈(例如 BTC 或 Zcash)的規則引入到分片上。因此,以太坊可以成為不同區塊鏈的通用構造。

這三個目標中的每一個都是一個難題。到目前為止,還沒有可用的區塊鏈分片,許多聰明人也正在爭論權益證明算法是否真正有效。以太坊開發人員著手解決區塊鏈開發的若干挑戰,從而創造了一個架構,該架構保留了區塊鏈開發的核心約束以及包含了對應的折衷方案。

階段 0:信標鏈(Beacon Chain)

以太坊 2.0 的核心是信標鏈。新創造的這條新鏈最初可以協調多達 64 個分片鏈。 Chromatic Capital 將其描述為整個以太坊 2.0 網絡中的“命令和控制中心”。

信標鏈管理著 Casper(以太坊 2.0 的權益證明協議)。它記錄了驗證者及其抵押的以太幣數量,並且隨機選擇區塊的驗證者,並為他們隨機分配一個分片鏈。信標鏈的共識規則是,對不誠實、作惡的驗證者執行製裁,信標鏈充當著不同分片之間的鏈接。

以太坊 2.0 的驗證者們是通過 PoS 算法票選出來的,換句話說,也就是用戶使用他們的以太幣(也叫做“證明”)投票選擇出來的。當分片鏈中的某個塊收集到足夠多的此類證明之後後,就會在信標鏈上收到所謂的交叉鏈接。從這一刻起,該區塊已“完成共識”,這意味著這一區塊不可能被撤銷和回滾。分片鏈上的區塊安全性與信標鏈(即主鏈)上的相同。該過程模糊地為 Ripple 的共識算法以及 IOTA 的未來計劃提供了思路:網絡上的節點以某種方式在區塊上進行投票。

作為對他們工作的獎勵,驗證者們將獲得 ETH2 代幣。 ETH2 是信標鏈上的原生代幣。從長遠來看,它將取代目前的以太幣,並且在不受固定限制的情況下進行分配,以確保從長遠來看該鏈的安全性。

信標鏈大概會在 2020 年的第二或第三季度啟動。這將啟動向以太坊向階段 0 過渡的階段。該階段可以運行一個信標客戶端,並將目前的以太幣(現稱為 ETH1)轉移到信標鏈上,並且在這個過程中將它們轉換為 ETH2。這是一個單向過程(ETH1 只能轉換為 ETH2,ETH2 不能轉換為 ETH1),因此 ETH1 被有效地銷毀掉了。

因此,如果階段 0 成功完成,該階段將會有兩條以太坊區塊鏈:eth1(當前鏈) 和 eth2。對於用戶來說,eth2 在這時沒有任何意義,因為尚無分片鏈連接到它。它可以被形容沒有身體的骨架,或者說還沒有形成房屋的建築腳手架。

階段 1:分片鏈

預計在 2021 年,第一條分片鏈會啟動。這些分片最初將以原始格式存儲數據。他們無法根據某些共識規則對數據進行處理,甚至無法顯示用戶或地址的帳戶餘額。它們僅用作測試分片架構的實驗室,但也可能被用作數據存儲來幫助 DApp 更好地進行擴展。

信標鏈在階段 1 的工作重點是:在這一階段,它開始通過交叉鏈接引用分片的狀態,並最終對它們進行共識處理。現在,人們可以將其看做是一個區塊鏈,而其他分片鏈(此時仍不起作用)在繞著它旋轉的同時與它連接著。

對於這一階段,可能沒有特別多要說的。其中會包含成千上萬的細節、討論、或大或小的更新,幫助以太坊到達這一階段。建立並運行新的權益證明系統並且建立一個可以充當各種數據鏈的控制中心的鍊是一個巨大的挑戰。

在這一階段, eth1 鍊和 eth2 鏈依然會並行存在。從第二階段開始,後續階段會變得非常令人興奮。

階段 2:實現願景

根據以太坊路線圖,這一階段將會實現“以太坊 2.0 的真正願景”:分片鏈將會進行交易處理。從這一階段開始,ETH 2.0 網絡可以進行實際應用。在項目的後續過程中,還會在分片上激活智能合約。然後上述新的執行環境將生效,該這一環境上,允許在分片上激活自定義的規則,例如,模擬其他區塊鏈,如比特幣,Zcash 或 ETH 1.0。

Chromatic Capitals 很好地解釋了這一點:“就像ETH 1.0 從比特幣的設計中抽像出來,然後在區塊鏈上實現了智能合約一樣,ETH 2.0 也將抽像出ETH 1.0 以重新定義區塊鏈計算的本質。”第二階段結合了所有鏈的功能。分片鏈(以前是純數據存儲)現在正在變成結構化鏈,將智能合約的狀態與共識過程聯繫起來。開發人員可以在一個分片上實現他們的 DApp,以太坊成為由信標鏈控制的多鏈系統。

第二階段預計在 2021 年末或 2022 年初開始。根據以太坊路線圖,第二階段的許多部分,例如執行環境的概念化,“仍在深入研究和開發中”。

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圖片來源:Joshua Earle 拍攝,發佈於 Unsplash

階段 3~6

ETH 2.0 計劃會分為六個階段逐步推出。但是,根據路線圖的描述,從第 3 階段開始,任何一種預測都僅僅是推測,很多地方都可能會改變。有可能在這些階段的某個時候,ETH1 可能就死掉了。但是,如果這一切按計劃發生,或者因為所有以太坊和用戶都已逐步遷移,ETH 2.0 就應該取代舊的區塊鏈。只是現在,這些都無法確定。

以太坊的 Github Wiki 文檔描述了後續的四個階段:

階段 3:輕客戶端狀態協議

客戶端變得狀態極簡。這一階段將減少單個節點必須攜帶的以太坊狀態數據的大小,但是並不會完全消除節點的這一部分數據存儲。

階段 4:跨鏈交易

我認為,這一跨鏈交易指的是在分片鏈直接的跨鏈交易。

階段 5:與主鏈安全緊密連接

階段 6:超二次或者指數級的分片

分片鏈中將會有分片,並且各個分片鏈將成為其分片的信標鏈。

但是,目前還缺少有關這些階段的具體信息,並且階段性的目標在什麼時候可用也不知道,這些信息都是來自高度抽象的論文或來自在線討論的片段。因此,目前尚未對 ETH 2.0 的具體形式做出明確定義。因此,完成 Serenity 版本的以太坊可能需要一段時間(保守估計可能還有 4、5年)。

原文鏈接:
What Exactly Does Ethereum 2.0 Mean?