ETH 2.0 抽丝剥茧，升级后将带来哪些关键变化？

原标题：《ETH 2.0 抽丝剥茧》

以太坊 2.0 是对以太坊网络的升级，它提高了网络的速度、效率和可扩展性，同时保持了安全性和去中心化。 升级对以太坊非常重要，而这将包括三个主要阶段：

• 阶段 0 — 在信标链上部署和抵押。
• 第一阶段——分片框架
• 第 2 阶段——信标链和主网之间的合并。

ETH 2.0 给网络带来的关键变化是：

• 分片——以太坊将被分成 18 个同时运行的“分片”。这将大大提高效率。
• Staking——从工作量证明到股权证明的共识协议的彻底改革。

 

以太坊的当前限制

 

以太坊目前采用工作量证明（“PoW”）共识。以太坊 2.0 的动机源于当前网络的局限性。

运行成本高

工作证明的经济问题是进入门槛很高。 实际上，除非用户加入矿池的电力成本，否则有利可图地开采以太坊所需的硬件的初始成本很高。

能源消耗大

据估计，以太坊每年使用 57.01 TWh（在撰写本文时），这相当于乌兹别克斯坦的电力消耗，使其在环境上不可持续。

中心化风险

更高的启动成本也会导致矿工加入大型矿工占主导地位的矿池或规模经济。 这导致矿工的集中化，从而抵消了 PoW 系统提供的一些安全性。

扩展限制

此外，PoW 更难扩展，因为处理能力受到每个块顺序挖掘的限制，并且块大小有限。 如果待处理事务的数量超过块大小限制，则任何剩余事务都会排队等待下一个块。 以太坊网络目前每秒只能处理大约 15 笔交易，考虑到网络不断增长的需求，这太少了。

用户成本高

由可扩展性问题引起的网络拥塞，使得用户在网络上交易的成本大大增加。

 

以太坊 2.0 上的权益证明流程

 

权益证明用验证者和权益替代了矿工和电力。 验证者取代矿工成为维护网络状态的个人。 在以太坊 2.0 上，验证者需要将 32 ETH 作为其意图的合法性提交到官方存款合约中。

PoS 如何在以太坊上运作

1.可以在每个时隙创建区块，持续 12 秒。

2.网络随机选择一个验证者作为每个时隙的提议者。

3.如果指定的验证者错过了提出区块的机会，则网络将没有该时隙的区块并进入下一个时隙。

4.在每个时隙期间，验证者将轮流提交证明（投票给主链）。

5.投票决定每个时期的区块（一个时期为 6.4 分钟，由 32 个时隙组成）。

6.每个验证者在每个 epoch 提交一次他们的证明。

7.最终确定至少需要 2 个 epoch（≈ 12.8 分钟）。

8.验证者还将相互监视恶意行为。

9.如果他们观察到另一个验证者在同一个时隙中提出两个区块或提交与自身相矛盾的证明投票，他们可以提醒网络。

10.网络将奖励告密者并惩罚违规者。

11.每个时期都会处理奖励，惩罚和削减。通货膨胀奖励是指验证者因开展工作而获得 ETH。正确提交证明并在提议区块时包括其他验证者证明会产生 2% 到 22% 的质押奖励，具体取决于整个网络的质押量。

12.如果验证者未能保持在线并执行他们的计算责任份额，他们的区块奖励将适度减少（他们离线的每个 epoch 损失 67K Gwei），以激励验证者尽可能保持在线。惩罚金额被故意设置得较低，以便具有低连接性的诚实验证者仍然可以获得积极的质押奖励。

 

相对于PoW的优势

 

更经济可行

与 PoW 机制（工作量证明）需要的电力硬件和昂贵的显卡的投资不同，矿工通过燃烧电力或其他能源来消耗物理能量（称为哈希功率）来确认。而用于质押的成本更低，并且寻求赎回投资的验证者可以撤回他们的质押的ETH流动性资源。

网络更安全

在 PoS 网络上，对恶意行为者的经济惩罚（打击）更强。在 PoW 中，攻击失败的经济风险等于电力成本和借用的算力，而在 PoS 中，发起攻击的成本等于质押的 ETH 数量。如果验证者试图发起攻击以破坏网络，那么他们质押的 32 个 ETH 将被削减（移除和烧毁）。可惩罚的罪行包括在同一位置提出两个区块或提交相互矛盾的证明投票。在成功攻击大量 ETH 被盗的情况下，网络会受到损害，ETH 的价值可能会下降，从而导致攻击在财务上不那么成功。一旦验证者被削减，该验证者将在 8,192 个时期（≈ 36 天）后自动强制退出活动验证者集。该验证者还将在每个时期减少其 ETH 余额，直到他们退出活动集。被削减的验证者将看到他们的 ETH 余额从 3% 减少到 10%，这取决于抵押率以及在相似的时间范围内被削减的验证者数量。

通过要求至少 16,384 个活动验证器节点（在信标链启动之前存在大约 8,000 个节点），更高级别的去中心化也提高了安全性。

参与门槛低

公司还为选择不运行自己的验证器节点的客户提供质押服务。与矿池一样，希望质押少于 32 ETH 的个人可以加入质押池，在那里他们的资金与其他人的资金汇集在一起以达到所需的 32 ETH。他们的奖励与总贡献成正比。

降低能耗

股权证明（PoS）中需要的密码复杂度较低，因为它不依赖于电力和计算设备的成本来阻止潜在的攻击，而是依赖于直接的经济激励。因此，在权益证明网络中，每笔交易的能耗显着降低。根据 ETH 研发团队的研究，耗能降低了近 99.9%

分片

增加的可扩展性来自称为分片的横向处理技术。分片是将数据库水平拆分以分散负载的过程，并试图解决区块链系统面临的三难困境：

在当前的区块链中，整个网络在每次交易后都必须经过所有参与节点的验证，因此处理速度受限于其最慢参与者的速度。这会造成瓶颈，增加交易成本并需要更多的计算能力和存储。

通过分片，网络会将状态和历史的验证分解为更小的部分（分片），节点专注于验证接收到的数据的子集（分片）而不是整个区块链，从而无需存储整个以太坊区块链。这种并行处理的过程优化了网络的整体处理和存储容量，大大增加了它。任何人都可以运行一个能够分片的节点，并且硬件要求低于运行一个完整节点的要求，从而增加了网络参与度。分片将继续保持网络去中心化。

与当前系统一样，验证者的严格程度仍然存在差异。

 

ETH2.0的阶段

 

Eth2 将分阶段推出，第 0 阶段已于 2020 年 12 月 1 日推出。

阶段0

• 第 0 阶段是启动信标链，它将实施 PoS 共识机制。
• 信标链协调验证者的注册。
• 随着阶段 0 的推出，出现了一个新的代币 ETH2。
• 以太坊的用户将能够通过燃烧当前钱包中的 ETH 的注册合约以 1:1 的比例转换为 ETH2。
• 用户将获得一个提款密钥和一个验证器密钥。
• 需要抵押 32 个 ETH2 才能成为信标链上的验证者。
• ETH 2.0 有一个期限，用户在第一阶段之前将无法提取它。
• 信标链目前不处理账户、交易、存储或智能合约。
• 目前是一个独立的网络，与当前的以太坊系统并行运行，确保数据连续性不会中断。

最终，信标链将与传统的以太坊链合并，成为以太坊网络的主要结算层，并协调分片链。

那么信标链共识如何形成？

至少需要 128 个验证器来证明每个分片块，这称为 委员会 。每个分片块都将在称为 slot 的时间范围内提出和验证。该委员会每次提议并验证 32 个时隙——统称为一个 纪元 ——之后委员会被解散，并将选择一组新的验证者。这样做是为了使恶意验证者无法控制新提议块的最终结果。

当分片区块提案获得委员会足够的证明时，就会与信标链共享一个 交联 。此交联是分片状态的摘要，其中包括新区块及其交易。

​阶段1

• 第一阶段将实施由信标链控制的分片链。
• 在第 2 阶段之前，将不支持帐户或智能合约。
• 预计第 1 阶段将首先从 64 个分片开始。

最终，侧链将发挥全部功能。

阶段2

• 在信标链和传统以太坊这两种环境之间架起了一座桥梁。
• 以太坊 1.0 区块链将成为 64 个分片链之一，所有这些都将使用新的以太坊 PoS 协议运行。
• 以太坊 1.0 主网分片将向信标链提供以太坊的历史和当前状态。
• 在此期间，dApp 将希望开始在 Beacon Chain 上构建。
• eWASM 来取代 EVM。
• eWASM 将允许程序员从多种语言中选择编写代码以在区块链上运行，从而增加生态系统潜在程序员的数量，而无需学习原生的以太坊专用语言。

 

结论

 

一旦 ETH2.0 启动，你将以同样的方式使用以太坊网络，但它会更快、更便宜，并允许在区块链上提供更多可能性。任何人都可以成为验证者，并通过抵押他们的ETH来赚钱，同时通过保持网络的稳定和安全来支持网络。这是朝着更好的以太坊迈出的一大步，也将会是区块链/加密货币历史上的一大步。