Jako druga najpopularniejsza na świecie platforma blockchain obok Bitcoina (BTC), Ethereum (ETH) ma być wszystkim tym, czym nie jest jego poprzednik. Niektóre z ograniczeń Bitcoina powstrzymują Ethereum, takie jak naleganie na algorytm konsensusu proof-of-work (PoW) i ogólny brak skalowalności. Wielofazowa aktualizacja Ethereum, w tym Beacon Chain, Merge i Shard Chains, ma na celu poprawę skalowalności i bezpieczeństwa sieci Ethereum poprzez wprowadzenie kilku modyfikacji infrastruktury. Najbardziej godną uwagi jest konwersja z metody konsensusu proof-of-work (PoW) na rzecz modelu proof-of-stake (PoS), oba oferujące różne różnice w protokole.
W 2013 roku twórca Ethereum, Vitalik Buterin, zaproponował platformę blockchain, która wspierałaby aplikacje i inne korzyści niekoniecznie skupione wokół finansów. Buterin widział świat, w którym deweloperzy mogliby wykorzystać moc decentralizacji do tworzenia systemów zarządzania, platform pożyczkowych, baz danych, reprezentowania aktywów fizycznych w przestrzeni cyfrowej i wielu innych.
Buterin postrzega Ethereum jako globalny superkomputer, ale sieć ma trudności z walidacją kilkuset transakcji w rozsądnych ramach czasowych. Użytkownicy dokonujący transakcji na niewielkie kwoty na Ethereum muszą czasami płacić ponad 100% opłat i dodatkowych kosztów. Jak na platformę, która chce zrewolucjonizować sposób, w jaki świat wchodzi w interakcje w sieci, Ethereum jest niewątpliwie zbudowane na wątpliwej technologii.
Na szczęście Buterin, różni deweloperzy sieci i Fundacja Ethereum są świadomi ograniczeń projektu. Zespół Ethereum rozumie również, że ograniczenia blockchain Ethereum uniemożliwiają inwestorom instytucjonalnym i innym zainteresowanym stronom przyjęcie Ethereum.
Aby rozwiązać problemy ze skalowalnością Ethereum, Buterin i załoga ETH opracowali aktualizację sieci o nazwie Ethereum 2.0 lub Eth2. Ethereum 2.0 wprowadza fundamentalne zmiany w sposobie działania Ethereum, ale ich wdrożenie zajmie lata. Od 2020 roku deweloperzy Ethereum niestrudzenie pracowali nad urzeczywistnieniem aktualizacji sieci, mając nadzieję, że Ethereum będzie szybsze, bezpieczniejsze i bardziej dostępne niż kiedykolwiek wcześniej.
Podział Ethereum 2.0
Ethereum 2.0 oznacza znaczącą zmianę w algorytmie konsensusu sieci. Zamiast energochłonnego algorytmu proof-of-work, aktualizacja Eth2 oznacza przejście na algorytm proof-of-stake.
Algorytm PoS przynosi wiele korzyści w porównaniu z algorytmem PoW, dostosowując różne aspekty sieci, takie jak skalowalność, bezpieczeństwo i dostępność.
Proof-of-stake vs. proof-of-work
Pod względem konsensusu blockchain, proof-of-work był oryginalną metodą wdrożoną przez Bitcoina (pierwszą na świecie kryptowalutę). W PoW górnicy, użytkownicy, którzy użyczają swojej mocy obliczeniowej, takiej jak procesory graficzne (GPU) i jednostki centralne (CPU), rozwiązują złożone algorytmy i zatwierdzają bloki. Bloki przechowują określoną liczbę transakcji w sieci blockchain. Gdy blok jest pełny, zostaje zatwierdzony i zarejestrowany w łańcuchu bloków przez górników.
Zasadniczo każdy blok transakcji musi być unikalny, aby zapobiec podwójnym wydatkom lub zduplikowanym transakcjom. Każdy blok ma swój własny 64-cyfrowy kod szesnastkowy potwierdzający jego unikalność, ale górnicy muszą znaleźć ten kod. Moc użyczana przez komputery górnicze jest wykorzystywana do rozwiązania kodu szesnastkowego, stąd nazwa proof-of-work. Komputer wykorzystuje prawdziwą moc, aby włożyć pracę i rozwiązać blok.
Niestety, wydobywanie bloków nie jest zbyt przyjazne dla środowiska. Zużywa tonę energii i znacznie podnosi rachunki za energię elektryczną górnika. Ponadto, wydobywanie kryptowalut jest konkurencją. Górnicy z jedną kartą graficzną konkurują z operacjami z setkami, jeśli nie tysiącami kart. Tylko pierwszy górnik, który znajdzie kod, otrzymuje nagrodę wypłacaną w Bitcoinach, co ogranicza użytkowników bez dużych środków na zainwestowanie w odpowiednią platformę wydobywczą. Istnieją alternatywy dla samodzielnego wydobywania, takie jak dołączenie do puli wydobywczej, ale nagroda za wydobycie jest dzielona między dziesiątki uczestników.
Proof-of-stake rozwiązuje jednak wiele problemów związanych z algorytmem konsensusu PoW. Proof-of-stake jest podobny do miningu, ponieważ wymaga od użytkowników walidacji transakcji. Uczestnicy sieci PoS nazywani są jednak walidatorami. Walidatorzy to użytkownicy, którzy stawiają lub blokują kwotę kryptowaluty w sieci. Aby zablokować środki, użytkownicy ci sygnalizują sieci, że chcą być walidatorami, a im więcej środków postawionych przez walidatora, tym więcej ci użytkownicy zarabiają w nagrodach za swój udział.
Jako walidator, użytkownicy są odpowiedzialni za walidację transakcji dokonywanych w sieci, w której uczestniczą. Gdy walidator zweryfikuje transakcję, jest ona wysyłana do łańcucha bloków, a walidator otrzymuje nagrodę. W porównaniu z systemem PoW, PoS jest bardziej dostępny, ponieważ każdy może w nim uczestniczyć, jeśli ma fundusze, zamiast wymagać drogiego sprzętu.
Dostępność sieci prowadzi do lepszej skalowalności, ponieważ więcej użytkowników jest podłączonych do sieci, walidując transakcje. Większa liczba użytkowników walidujących sieć prowadzi również do lepszego bezpieczeństwa i decentralizacji. W sieci PoS jest coraz więcej punktów stabilności, a nie jeden centralny punkt, który może zostać zaatakowany przez złych aktorów. Środowisko również mniej cierpi z powodu sieci PoS, ponieważ PoS wymaga mniej energii niż wydobycie w sieci PoW.
Większa decentralizacja sieci pomaga również zapobiegać tak zwanemu atakowi 51%, który jest standardowym atakiem w sieciach PoW z udziałem złego aktora, który przejmuje kontrolę nad 51% węzłów i zatwierdza niezamierzone transakcje. W pewnym sensie proof-of-stake zapobiega atakowi 51%, ponieważ próba jego przeprowadzenia wymaga posiadania 51% wszystkich tokenów w sieci. Posiadanie 51% wszystkich tokenów w sieci PoS wydaje się prawie niemożliwe, ponieważ wymagałoby to kradzieży z potencjalnie setek portfeli Ethereum jednocześnie.
Po zakończeniu aktualizacji Ethereum doświadczy wszystkich korzyści płynących z proof-of-stake. PoS zapewni Ethereum lepszą skalowalność, dostępność i bezpieczeństwo, czyniąc go bardziej przyjaznym dla środowiska. Jednak przejście Ethereum do sieci 2.0 nie jest łatwym zadaniem, wymagającym mnóstwa wkładu ze strony użytkowników i sporo czasu na wprowadzenie zmian.
Przejście Ethereum do wersji 2.0 jest podzielone na różne etapy.
Faza 0
Faza 0 aktualizacji Ethereum 2.0 wprowadza coś, co nazywa się Beacon Chain. Uruchomiony 1 grudnia 2020 r., Beacon Chain oznacza przejście na PoS, umożliwiając użytkownikom stawianie (blokowanie) ich Ethereum i stanie się walidatorami. To powiedziawszy, Faza 0 nie wpływa na główny blockchain Ethereum, Beacon Chain istnieje obok głównej sieci Ethereum. Jednak zarówno łańcuch Beacon, jak i sieć główna zostaną ostatecznie połączone. Celem jest "połączenie" Mainnetu z kontrolowanym i koordynowanym przez Beacon Chain systemem proof-of-stake.
Co więcej, potencjalni walidatorzy mogą nadal rejestrować swoje zainteresowanie Beacon Chain, stawiając 32 ETH. Poproszenie użytkowników o postawienie 32 ETH to wysokie zlecenie, biorąc pod uwagę, że 32 ETH to dziesiątki tysięcy dolarów Ethereum. Postawione środki będą również przechowywane przez dwa lata lub dłużej, a zostaną uwolnione dopiero wtedy, gdy Ethereum 2.0 będzie w pełni gotowe do uruchomienia. Oczekuje się, że wcześni walidatorzy będą bardzo zaangażowani w przyszłość projektu, stąd wysokie wymagania wstępne.
Faza 1
Faza 1 miała zostać uruchomiona w połowie 2021 roku, ale została opóźniona do początku 2022 roku, a deweloperzy podają niedokończone prace i audyt kodu jako główne powody opóźnienia Ethereum 2.0. Ten kolejny etap połączy Beacon Chain z siecią główną, oficjalnie przechodząc na algorytm konsensusu PoS. Począwszy od fazy 1, Eth2 będzie przechowywać całą historię transakcji Ethereum i obsługiwać inteligentne kontrakty w sieci PoS. Stakerzy i walidatorzy oficjalnie wkroczą do akcji, ponieważ Ethereum 2.0 usunie wydobycie z sieci. Oczekuje się, że wielu górników weźmie swoje udziały i postawi je, aby stać się walidatorami.
Na początku deweloperzy mieli na myśli fazę 1 aktualizacji Ethereum 2.0, aby wprowadzić sharding. Sharding to akt dzielenia bazy danych, lub w tym przypadku, łańcucha bloków, na różne mniejsze łańcuchy znane jako shardy. Eth2 będzie miał 64 shardy, czyli rozłoży obciążenie sieci na 64 nowe łańcuchy. Shardy ułatwiają uruchomienie węzła poprzez obniżenie wymagań sprzętowych. Ta aktualizacja nastąpi po połączeniu sieci głównej i łańcucha Beacon.
W Ethereum 2.0 walidatorzy i inni użytkownicy mogą uruchamiać własne shardy, walidując transakcje i zapobiegając nadmiernemu przeciążeniu głównego łańcucha. Aby sieci shardów mogły bezpiecznie wejść do ekosystemu Ethereum, wymagana jest metoda konsensusu proof-of-stake. Staking zostanie wprowadzony w Beacon Chain, przygotowując grunt pod późniejszą aktualizację łańcucha shardów.
Faza 2
Wreszcie, Faza 2 będzie świadkiem wprowadzenia Ethereum WebAssembly lub eWASM. WebAssembly został stworzony przez World Wide Web Consortium i ma na celu uczynienie Ethereum znacznie bardziej wydajnym niż obecnie. Ethereum WebAssembly to proponowany deterministyczny podzbiór WebAssembly dla warstwy wykonywania inteligentnych kontraktów Ethereum.
Ethereum posiada obecnie coś, co nazywa się Ethereum Virtual Machine lub EVM. EVM umożliwia Ethereum działanie jako globalny superkomputer. Użytkownicy uzyskują dostęp do tego komputera na całym świecie, uruchamiając inteligentne kontrakty i wchodząc w interakcje ze zdecentralizowanymi aplikacjami (DApps). EVM przechowuje cały kod niezbędny do wykonywania poleceń na Ethereum, jednocześnie ułatwiając adresy portfeli dla transakcji i obliczanie opłat transakcyjnych (gazowych) dla każdej transakcji.
EVM może obsługiwać różne działania jednocześnie, takie jak wiedza, czy inteligentny kontrakt wymaga zakończenia (zużywa zbyt dużo gazu), czy DApp jest deterministyczny (czy zawsze będzie wykonywał te same dane wejściowe i wyjściowe) lub czy inteligentny kontrakt jest izolowany (jeśli coś pójdzie nie tak, błąd tego kontraktu nie wpłynie na szerszą sieć Ethereum). Sieć Ethereum stała się jednak nieco zbyt zatłoczona. Ze względu na wiele transakcji odbywających się jednocześnie, EVM jest znacznie wolniejszy niż pierwotnie zakładano. EVM Ethereum jest również trudny do aktualizacji, biorąc pod uwagę, że został napisany w specyficznym, trudnym do zrozumienia kodzie Solidity. eWASM został zaprojektowany specjalnie w celu zastąpienia EVM, który zostanie wdrożony w fazie 2.
eWASM kompiluje kod znacznie szybciej niż EVM, przyspieszając procesy w sieci. Gaz działa wydajniej za pośrednictwem eWASM, a eWASM jest kompatybilny z różnymi tradycyjnymi językami kodowania, takimi jak C i C++. Zasadniczo eWASM ma na celu uczynienie rozwoju Ethereum znacznie bardziej dostępnym.
