以太坊2.0如何解決區(qū)塊鏈的擴展性問題

以太坊2.0當前正在實施前三個階段：PoS、分片以及eWASM。目前看，這至少需要一年半以上的時間。以太坊2.0能否順利落地直接決定了它未來在整個區(qū)塊鏈領域中的江湖地位，因為其他的擴展方案，比如Polkadot、Cosmos和Harmony等本質上都是做擴展和做應用生態(tài)的。誰能率先走出來，誰就獲得先機。

2013年11月， 滑鐵盧大學一名俄羅斯裔加拿大年輕的大學生和比特幣雜志的聯(lián)合創(chuàng)始人，發(fā)表了一份白皮書， 提議開發(fā)一個支持通用腳本語言和應用程序開發(fā)的區(qū)塊鏈平臺。

他的名字叫Vitalik Buterin， 他的想法很快就火了起來。布特林與其他7位創(chuàng)始人一起創(chuàng)建了以太坊， 這是一個構建去中心化應用程序的智能合約平臺 。他們發(fā)起了眾籌， 為開發(fā)提供資金， 在12小時內籌集了3700個比特幣， 當時價值約230萬美元。一年后， 該項目于2015年開始運行。

以太坊的早期承諾是創(chuàng)建一臺世界計算機——一臺去中心化的世界計算機——它將執(zhí)行任何人的代碼以換取費用， 比如進行代幣銷售或去中心化的貸款。在早期的演講中， Buterin 將以太坊比作為Google Play： 以太坊將允許開發(fā)人員將應用程序上傳到區(qū)塊鏈， 以便在世界任何地方使用。

快進四年后， 在很多方面， 我們仍在等待這一承諾的實現(xiàn)。雖然從Augur的預測市場到像Cryptokitties 這樣的收藏類游戲的應用已經(jīng)在以太坊上推出， 但大多數(shù)應用都未能得到持續(xù)使用， 也未能接近于成為像Facebook和Google等開發(fā)的消費應用，這些應用能吸引數(shù)十億用戶。

目前的dApps 的狀態(tài)顯示， 當前頂級的以太坊dApp 在過去24小時內只有 3000個活躍用戶。即使dApp 是在吸引主流采用， 目前還不清楚網(wǎng)絡是否有能力支持它 ——在Cryptokitties熱潮的高峰期， 以太坊的交易費用在當時上升到了0.02 eth， 即20美元。由于核心項目停滯不前， dApps 未能吸引到用戶， 整個加密貨幣市場逐漸冷卻， 以太的價格已從2018年1月比特幣市值的51% 左右降至如今的17% 左右。（藍狐筆記注：目前約30%左右）

為了實現(xiàn)其潛力， 并將去中心化應用擴展到數(shù)百萬甚至數(shù)億用戶， 以太坊必須解決與可擴展性和性能相關的關鍵問題。為此， 以太坊 開發(fā)人員推出了一個雄心勃勃的ETH2.0路線圖， 其中包括PoS、分片等。以下是投資者需要了解的內容——以及相應的時間范圍——這些開發(fā)可能會影響ETH的基本面。

以太坊2.0路線圖

以太坊的許多問題都與速度和可擴展性方面的內在缺陷有關。解決這些問題， 同時保持協(xié)議的去中心化， 是ETH2.0 的核心優(yōu)先事項。

當人們說以太坊是一個“去中心化的智能合約平臺” 時， 他們的意思是智能合約的代碼存儲在網(wǎng)絡上的每個全節(jié)點上， 并且代碼必須在所有全節(jié)點上執(zhí)行。以太坊的PoW共識模型意味著， 這可能需要 3到18分鐘， 具體取決于網(wǎng)絡擁擠程度。因此， 在以太坊上部署代碼的成本比使用亞馬遜網(wǎng)絡服務（AWS）這樣的中心化服務要昂貴得多， 而且速度要慢得多。

以太坊2.0 旨在實現(xiàn)擴展， 它有兩個主要目標：

1. 引入PoS共識機制， 這將消除對昂貴的PoW挖礦的需求。

2. 引入分片， 這將提高 ETH 交易的速度和吞吐量。

以太坊2.0 將構建一個新的、獨立的平臺， 并在未來逐漸取代現(xiàn)有的系統(tǒng)， 而不是試圖將這些升級直接構建到主網(wǎng)絡上。

以太坊的wiki為ETH2.0 繪制了七個不同的階段 ， 這可能需要幾年的時間才能實現(xiàn)。大多數(shù)仍處于研究階段， 沒有明確的技術規(guī)格。在開發(fā)人員可以在以太坊2.0 上實際構建之前， 需要完成前三個階段：

· 第0階段——信標鏈：信標鏈是一個資產證明鏈， 將與以太坊 的PoW鏈平行運行。開始時，信標鏈為了簡潔起見， 既不支持智能合約， 也不支持賬戶。

· 第1階段——基本分片： 分片旨在通過將網(wǎng)絡劃分為多個分片來來幫助交易擴展， 從而允許網(wǎng)絡同時處理多個交易。

· 第2階段-eWASM： eWASM本質上是一個重建的以太坊虛擬機（EVM）， 支持PoS和分片。它將向ETH2.0中引入智能合約、帳戶等。

以太坊2.0 的分階段推出是為了在安全環(huán)境中測試對協(xié)議的每次升級， 而不會影響安全性。

正如以太坊研究員Ben Edgington 所寫：

“在這樣的一個新平臺—— 信標鏈上構建，它允許我們能夠在不受如今主網(wǎng)的約束下無限地引入巨大的創(chuàng)新， 最關鍵的是， 無需在當前運行的網(wǎng)絡上進行開胸手術?！?/p>

在本文的其余部分中， 我們將介紹路線圖的前三個階段， 也就是PoS和以太坊分片。

信標鏈： 將PoS帶給以太坊

信標鏈旨在作為以太坊2.0 的神經(jīng)系統(tǒng)， 并引入PoS鏈， 它在開始時將與以太坊的PoW鏈平行運行。信標鏈預計將于2019年推出。

目前， 以太坊運行在一個PoW區(qū)塊鏈上， 礦工們在其中競相解決一個困難的密碼學問題。這一問題的答案很容易驗證， 但很難找到， 這意味著證明共識需要在硬件和電力方面進行大量投資。有PoS， 就可以通過一組被稱為驗證者的節(jié)點來達成共識。這些驗證者中的每一個都“質押” 一定數(shù)量的 ETH 參與共識的進程。驗證者提議新區(qū)塊以添加到鏈中， 并通過投票過程驗證新的交易。驗證者會因為良好行為而受到獎勵， 同時也因為不良行為（例如， 對無效交易投票） 而受到懲罰。

信標鏈的主要職責是維護一組PoS共識的驗證者，提出并驗證新區(qū)塊， 并添加到鏈中。每個驗證者須質押32 個ETH。信標鏈還隨機選擇由120個驗證者組成的委員會， 以投票決定哪個區(qū)塊寫入鏈中。Beacon 鏈的第0階段將是極其基礎的， 既不支持智能合約， 也不支持帳戶， 但它將為下一步的發(fā)展奠定基礎， 如分片和升級的以太坊虛擬機。

PoS并不是一個新概念： 早在2011年Bitcointalk論壇上， 在比特幣的早期就討論過了。對PoS的普遍批評之一是， 它可能導致一小群富有的驗證者對網(wǎng)絡的寡頭控制。ETH2.0 路線圖旨在通過嘗試經(jīng)濟激勵和博弈論來解決這一問題， 但現(xiàn)在還不知道這將如何實現(xiàn)。

分片： 以太坊2.0的可擴展性

目前在以太坊網(wǎng)絡上， 每個全節(jié)點驗證所有交易。如果將智能合約上傳到以太坊， 這意味著它必須在網(wǎng)絡上的每個節(jié)點執(zhí)行， 從而限制交易速度和吞吐量， 同時將節(jié)點的大小增加到2TB以上。

在以太坊2.0 中，分片提出了解決這一問題的方案， 以幫助以太擴容。分片是指將大型數(shù)據(jù)庫劃分為更小、更快的片段。 每個分片都有自己的交易鏈。以太坊賬戶將被分配到其中的一個分片上， 可以在該分片上與其他賬戶進行交易。

最終， 以太坊2.0的想法是促進跨分片通信——但這不會出現(xiàn)，直到第2階段或更晚階段。在以太坊2.0上， 分片用作網(wǎng)絡的共享數(shù)據(jù)層。以太坊2.0的初始分片的推出至少要等到2020年。

Vitalik Buterin 對分片的解釋如下：

“想象一下， 以太坊被分割成數(shù)千個島嶼。每個島嶼都可以做自己的事情。每個島嶼都有自己的功能， 屬于該島的每個人， 即賬戶， 都可以交互， 他們可以自由地沉溺于其所有的功能中。如果他們想與其他島嶼接觸， 就必須使用某種協(xié)議?！?/p>

第1.0 階段的以太坊分片將在PoS信標鏈上引入。分片將由一組由信標鏈隨機分配的驗證者進行驗證。分片的驗證者只需驗證信標鏈分配給他們的分片上的交易。第1.0 階段將引入100個并行工作的分片， 最初， 在此階段， 它們不會處理帳戶、資產或智能合約。

通過跨分片拆分大量網(wǎng)絡交易，分片給網(wǎng)絡帶來了可擴展性優(yōu)勢， 但它也帶來一組新的安全問題。在PoW中， 攻擊者需要累積51% 的哈希率才能成功發(fā)起攻擊。例如， 如果將網(wǎng)絡拆分為100個分片， 則成功攻擊分片所需的網(wǎng)絡哈希率 （或在 PoS 中的質押存款） 變少。另一個批評是， 分片可能會導致更高的中心化程度， 因為每個不同的分片都由相對較小的驗證者組運行。

雖然以太坊開發(fā)人員為這些問題提出了解決方案——主要是通過確保驗證者是被隨機選擇的——但它們仍需進行測試， 這也是分片的最初實施會受到限制的原因。

eWASM： 以太虛擬機 v2

當前的以太坊虛擬機按順序處理交易。以太坊網(wǎng)絡上的每個節(jié)點執(zhí)行交易并將其存儲在區(qū)塊鏈上。為了允許通過分片進行PoS和并行交易處理， 以太坊團隊計劃構建一個名為eWASM的新虛擬機。它仍處于研究階段， 至少要到2020年才能建成——甚至可能需要更長的時間。

這是將智能合約功能引入以太坊2.0并使其執(zhí)行類似于以太坊1.0的關鍵， 只是更快、更好。

根據(jù)eWASM 的規(guī)范：

“要真正使以太坊作為世界計算機， 我們需要有一個非常高性能的虛擬機。當前的虛擬機體系結構是原始性能的最大阻礙因素之一。WebAssembly的目標是利用各種平臺上可用的通用硬件功能， 以接近本機速度執(zhí)行。這將為需要性能/吞吐量的各種用途打開大門?！?/p>

eWASM 的引入將允許以太坊2.0支持智能合約、帳戶、狀態(tài)等。然而， eWASM 仍處于開發(fā)的研究階段， 在它被推向生產之前， 可能還會發(fā)生很大的變化。

以太坊2.0 是馬拉松， 不是短跑

以太坊1.0 是一群人雜亂無章地嘗試建立世界計算機;以太坊2.0將是實際上的世界計算機。——Vitalik Buterin

對于ETH的投資者來說， 了解以太坊2.0路線圖最重要的是， 它提出對協(xié)議進行徹底的改革——這需要大量的時間和反復才能實現(xiàn)。

Kyokan 對以太坊2.0有關的多個團隊進行了訪談，根據(jù)他的一份報告， 前三個階段的交付至少需要一年半的時間。與流行媒體的說法相反， 投資者應該意識到， 開發(fā)者想在以太坊2.0上進行構建，需要等待這些階段的交付完畢。此外， 路線圖的許多后期階段仍處于研究的開發(fā)階段， 這意味著新的研究可能使路線圖的某些部分失效或造成重大延誤。

如果以太坊2.0能夠解決跟PoS和分片相關的難題， 那么它可能完全有能力保持其作為加密貨幣中最大的智能合約計算平臺的領先地位。但這肯定不會一蹴而就。