科普 | 五分钟看懂以太坊2.0

以太坊2.0是目前以太坊主网的一次重大升级，其目的是通过分片等技术解决以太坊的可扩展性问题。

以太坊 2.0 的历史

以太坊 2.0 在以太坊社区中并不是一个新想法。 改变以太坊底层共识机制以解决工作量证明 (PoW) 局限性的想法从一开始就存在。 自 2015 年 7 月主网 Frontier 上线后，关于以太坊 2.0 升级的讨论就从未停止过。

家园，2016 年 3 月

大都会：拜占庭，2017 年 10 月

大都市：君士坦丁堡，2019 年 2 月

伊斯坦布尔（伊斯坦布尔），2019 年 12 月

与以往以太坊的多次升级相比，以太坊2.0的推出显得尤为重要，因为其将实施的权益证明共识机制（PoS）将从现有网络中移除工作量证明（PoW）。

股权证明（PoS）

股权证明 (PoS) 是以太坊 2.0 中最重要的变化，因为它改变了区块链验证的经济激励结构。 当前的激励结构由 PoW 共识维护。 使用PoW的公链大多是知名的（包括BTC、ETC、LTC等），也是目前使用最多的共识机制。 PoW机制的矿工运行节点，消耗算力解决复杂的数学问题，争夺下一个区块的打包权。

矿工在 PoW 链上运行硬件和耗电所需的时间和金钱通过区块奖励来补偿，奖励分配给成功挖出区块的矿工。 PoW共识算法是非常安全的，一个人摧毁像BTC或者以太坊这样成熟的PoW公链需要的算力是非常大的，甚至可能根本不存在这么庞大的算力。

虽然 PoW 机制非常安全，但 PoW 共识也存在可扩展性和可访问性问题。

可扩展性：由于每个区块都是按顺序开采的，每个区块可以记录的数据量是有限的（即区块大小是有限的），以太坊在给定的时间信息量下只能处理有限的数据量。 如果待处理交易的数量超过了一个区块中可以容纳的数量，那么剩余的交易必须等到下一个或后续的区块验证。 可扩展性问题将通过在 PoS 网络上实施分片（见下文）来解决。

可访问性。 PoW 矿工在我们过去十年中看到的去中心化技术的诞生和发展中发挥了基础性作用。 PoW公链虽然有很多优势，但是成为矿工的入门门槛还是相当高的。 个人必须购买和设置所有必要的硬件才能成为矿工，并且可能还必须住在电力成本低的地区才能从区块链奖励中获得显着的整体收益。 此外，对于企业和公司而言，电力成本往往较低，这意味着矿工如果想获得最大利润，可能需要组建公司并购买足够的挖矿硬件来增加挖矿能力。 挖矿概率。 几个最大的矿工集团将阻止大多数普通区块链用户真正参与网络的维护，从而导致矿工中心化。 在以太坊 2.0 中，PoS 的目标之一是通过公平竞争，让更多的个体验证者参与进来，分享维护网络的回报。

权益证明取代了 PoW 的两个最重要的组成部分：矿工和电力，分别使用验证器和质押。 从广义上讲，验证者取代矿工成为维持网络约定状态的节点，并因随机选择下一个区块而获得奖励。 不同于 PoW（矿工通过消耗电力实现区块确认），PoS 系统中的验证者只需要投入 32 ETH 就可以将收益绑定到系统中。

在以太坊 2.0 中，验证者将资金（至少质押 32 个 ETH）存入以太坊基金会制定的官方存款合约（official deposit contract）。 验证者将下载并运行以太坊 2.0 客户端软件。 在运行客户端软件时，会随机选择它们来打包或验证链上的区块。 正确打包并验证区块的验证者将获得ETH（数量为验证者质押的ETH占所有验证者的比例）作为奖励。

在以太坊 2.0 中，如果验证者未能保持在线并履行其计算职责，其区块奖励将相应减少以太坊是有准入门槛的，以激励验证者尽可能长时间保持在线。 如果验证者恶意尝试破坏网络（例如验证错误的数据记录），则 32 ETH 或部分质押将被没收。 在 PoS 网络中，对恶意行为者的经济激励机制更强（即让恶意行为者做事的积极性降低），而在 PoW 中，攻击失败的经济风险只是达到一定算力的成本所需电力，对 PoS 系统发起攻击的成本等于质押的 ETH 数量（即罚金）。 与更抽象的电力成本相比，损失相应金额的风险对于想要发动攻击的个人来说更为直观。 PoW 攻击失败的结果是电费的损失，验证人质押资金的没收等同于 PoW 矿工在一次失败的攻击中烧毁了整个矿场。 总之，PoS 系统可以让个人更有动力去维护整个网络。

虽然硬件成本的节省使得成为验证者的入门门槛远低于矿工，但事实上，拥有 32 ETH 或愿意冒着近 6000 美元（约合 190 美元/ETH）的风险进行质押的人并不多。 没有多少专家有足够的专业知识来保持整个系统良好运行而不停机、不赔钱。 现在我们期待两种接入问题的解决方案： 针对技术难题带来的障碍，一些公司已经开始提供质押服务，通过质押服务帮助他人质押32ETH，维持客户运营。 如果一个 ETH 持有者可以质押少于 32 个 ETH，他可以加入一个质押池，将他的资金与其他人的资金汇集起来，以达到所需的 32 个 ETH 门槛。 那么他得到的回报将与他的总投资成正比。

权益证明 (PoS) 将在以太坊 2.0 升级的第一阶段推出，即阶段 0。

阶段 0

以太坊 2.0 将在 2020 年阶段 0 之后分阶段推出。阶段 0 将启动以太坊 2.0 网络的信标链。 信标链将部署 PoS 共识算法，并将管理将开始验证以太坊 2.0 区块的验证者的注册记录。

为了使信标链产生其创世块，必须在网络上抵押至少 524,288 个 ETH 并分发给至少 16,384 个验证者（设置这些数字是为了确保足够的安全性和去中心化）。 在达到此阈值之前不会分配质押奖励，这也是第 0 阶段的早期参与者需要一些利他主义精神的部分原因。

随着信标链的推出和PoS的实现，以太坊现有的PoW链将继续存在。 事实上，Phase 0 Beacon Chain 对大多数以太坊用户来说并不是特别有用，因为它无法处理交易、执行智能合约或支持去中心化应用程序 (DApps)。 这其实是出于设计上的考虑，即保证以太坊2.0在运行状态下能够经受住足够多的考验，才能支持百万级交易量的DApp。 为了保证以太坊2.0的推出不会扰乱现有的以太坊生态，原有的以太坊区块链将继续并行运行，并在阶段0继续接受各种升级。在阶段1.5，两条链将实现整合以实现连续且单一的以太坊网络。

阶段1

目前还没有确定第 1 阶段的启动日期，但预计将在第 0 阶段信标链启动后的一年内启动。 第一阶段的主要改进是分片链的实现，这是我们在本文前面看到的。 提到可扩展性解决方案。 对于以太坊 2.0，分片将导致以太坊被拆分成 64 条独立的链（即分片链），这些链并行运行并相互无缝互操作。 分片将通过让以太坊同时处理多个交易来解决可扩展性问题：理论上，64 个分片链意味着一次可以处理 64 个区块。 目前以太坊（和其他 PoW 链）一次只能处理一个区块，这意味着后续交易必须等到一个区块被处理后才能在下一个区块中得到确认。 由于数十个块同时处理并无缝互操作，因此处理数据的工作量可以分布在同时处理的多个块中。

阶段 1.5

第一阶段的一个重要时刻是原始 PoW 区块链与新 PoS 链的合并。 这一刻在以太坊社区中被称为阶段 1.5。 具体来说，PoW链将被带入以太坊2.0，与信标链作为分片链共存于64个区块链中，这意味着数据历史不会中断，即ETH持有者也无需进行任何操作以太坊 1.0 和 2.0 之间的代币转移或交换形式； 相反，他们将能够在以太坊 2.0 中继续使用他们的 ETH，无需额外的操作步骤，并且没有原始 ETH 失效的风险。 虽然原 PoW 链的历史仍然存在，但不再需要 PoW 共识机制来维护； 它将像以太坊 2.0 上的其他 PoS 分片链一样运行。

阶段2

Phase 2目前并不定义为Phase 0或Phase 1。但是，我们知道随着PoS和分片链的落地，第二阶段将实现以下功能（包括但不限于）：ETH开户、交易、转账和提款，以及智能合约执行。

第二阶段后

在 Phase 2 之后，以太坊的进化不会结束。 在第二阶段之后的几年里，以太坊网络的覆盖范围和功能将得到极大改善。

以太坊 1.x

虽然上面提到了，但值得再次强调的是以太坊是有准入门槛的，以太坊 2.0 预计要到第 2 阶段才能完全发挥作用。在此期间，区块链生态系统将继续发展，以太坊仍需要满足开发者、去中心化应用构建、企业、政府等。因此，在真正进入Phase 1之前，以太坊PoW链至少会以“Ethereum 1.x”的形式存在。 尽管以太坊 2.0 的未来建设计划仍在完善中，但开发者仍将致力于提高以太坊 1.x 的性能。

综上所述

以太坊2.0在区块链生态中已经被期待已久，在区块链生态中有着大量的讨论。 PoS 和分片将在可扩展性、安全性和可访问性方面带来巨大的改进。 对于ETH持有者来说，以太坊2.0意味着一个全新的机会，即可以参与并获得维护网络的奖励。 对于想要质押32个ETH成为验证人的，可以通过第三方质押32个ETH，或者与他人共享资金来降低进入门槛，以太坊生态将承载更多的产品和解决方案，包括ConsenSys PegaSys和Codefi团队。