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什么是以太坊 2.0?入门指南

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     作为仅次于比特币(BTC)的全球第二大区块链平台,以太坊(ETH)的目标是成为其前身所不具备的一切。比特币的一些局限性阻碍了以太坊的发展,比如前者坚持使用工作证明(PoW)共识算法,而且总体上缺乏可扩展性。以太坊的多阶段升级(包括信标链、合并链和碎片链)旨在通过对基础设施进行若干修改来提高以太坊网络的可扩展性和安全性。其中最值得注意的是从工作证明(PoW)共识方法转换为权益证明(PoS)模式,两者在协议上有不同之处。

       2013 年,以太坊创建者维塔利克-布特林(Vitalik Buterin)提出了一个区块链平台,支持应用程序和其他不一定以金融为中心的利益。在 Buterin 的眼中,开发者可以利用去中心化的力量建立治理系统、借贷平台、数据库,在数字空间中表现实物资产,等等。

       布特林认为以太坊是一台全球性的超级计算机,但该网络却很难在合理的时间范围内验证几百笔交易。在以太坊上进行小额交易的用户有时需要支付超过 100% 的费用和额外成本。对于一个希望彻底改变世界网络交互方式的平台来说,以太坊无疑是建立在一些有问题的技术之上的。

       幸运的是,布特林、各网络开发人员和以太坊基金会都意识到了该项目的局限性。以太坊团队也明白,以太坊的区块链局限性阻碍了机构投资者和其他感兴趣的各方采用以太坊。

       为了解决以太坊的可扩展性问题,布特林和以太坊团队提出了一个名为以太坊 2.0 或 Eth2 的网络升级方案。Ethereum 2.0 为以太坊的运行方式带来了改变基础的变化,但实施起来需要数年时间。自 2020 年以来,以太坊开发人员一直在为实现网络升级而不懈努力,希望让以太坊比以往任何时候都更快、更安全、更易访问。


    以太坊 2.0 的细分

     


       以太坊 2.0 标志着网络共识算法的重大转变。以太坊不再运行高能耗的工作量证明算法,Eth2 升级意味着转而采用权益证明算法。

       与 PoW 算法相比,PoS 算法有很多好处,可以调整网络的可扩展性、安全性和可访问性等各个方面。


    权益证明与工作证明

     


     就区块链共识而言,工作证明是比特币(世界上第一种加密货币)最初采用的方法。在 PoW 中,矿工(借用图形处理器(GPU)和中央处理器(CPU)等计算机能力的用户)解决复杂的算法并验证区块。区块在区块链网络中持有一定数量的交易。当一个区块满时,矿工会对其进行验证并记录在区块链上。

       从本质上讲,每个区块的交易都必须被证明是唯一的,以防止重复消费或重复交易。每个区块都有自己的 64 位十六进制代码来证明其唯一性,但矿工必须找到该代码。矿工电脑所借出的能量被用来求解十六进制代码,因此被称为工作量证明。计算机利用真正的能量投入工作,解出一个区块。

       不幸的是,挖矿并不环保。它消耗大量电力,大大增加了矿工的电费。另外,加密货币挖矿是一场竞争。只有一块显卡的矿工要与拥有成百上千块显卡的矿工竞争。只有第一个找到代码的矿工才能获得以比特币支付的奖励,这就限制了没有太多资金投资购买合适矿机的用户。除了单独挖矿,还有其他选择,比如加入矿池,但挖矿奖励由几十个参与者瓜分。

       然而,权益证明解决了 PoW 共识算法的许多问题。权益证明与挖矿类似,都需要用户验证交易。不过,PoS 网络的参与者被称为验证者。验证者是将一定数量的加密货币注入或锁定到网络中的用户。为了锁定资金,这些用户向网络发出信号,表示他们想成为验证者,验证者投入的资金越多,这些用户的参与就能获得越多的奖励。

       作为验证者,用户负责验证他们参与的网络上的交易。一旦验证者验证了交易,交易就会被发送到区块链上,验证者就能获得奖励。与 PoW 系统相比,PoS 更易于使用,因为只要有资金,任何人都可以参与,而不需要昂贵的硬件。 

       网络的可访问性带来了更好的可扩展性,因为有更多用户连接到网络,验证交易。验证网络的用户越多,安全性和去中心化也就越好。PoS 网络上有越来越多的稳定点,而不是坏人攻击的中心点。PoS 网络对环境的影响也更小,因为 PoS 所需的电力比 PoW 网络上的挖矿电力更少。

       网络上更多的去中心化也有助于防止所谓的 51% 攻击,这是 PoW 网络上的一种标准攻击,即不良行为者控制 51% 的节点,并验证不怀好意的交易。在某种程度上,权益证明可以防止 51% 攻击,因为尝试 51% 攻击需要持有网络上 51% 的代币。在 PoS 网络上持有 51% 的代币听起来几乎是不可能的,因为这样做可能需要同时从数百个以太坊钱包中窃取代币。

       升级完成后,以太坊将体验到权益证明的所有好处。PoS 将为以太坊带来更好的可扩展性、可访问性和安全性,使其更加环保。但是,以太坊向 2.0 网络过渡并非易事,需要用户的大量投入和相当长的时间才能使变化生效。

       以太坊向 2.0 过渡分为多个阶段。


    第 0 阶段

     

     以太坊 2.0 升级的第 0 阶段引入了所谓的信标链。信标链于 2020 年 12 月 1 日推出,标志着向 PoS 的转变,使用户能够将他们的以太坊入股(锁定)并成为验证者。也就是说,第 0 阶段不会影响以太坊的主区块链,信标链与以太坊的主网同时存在。不过,信标链和主网最终都会链接起来。目标是将主网 "合并 "到由灯塔链控制和协调的权益证明系统中。

       此外,潜在验证者仍可通过投注 32 ETH 来注册他们对灯塔链的兴趣。考虑到 32 ETH 相当于价值数万美元的以太坊,要求用户押注 32 ETH 是一个很高的要求。押注的资金还将被扣留两年或更长时间,直到以太坊 2.0 完全准备好发布时才会被释放。预计早期验证者将对项目的未来做出巨大贡献,因此入门要求很高。


    第一阶段

     

     第一阶段原定于 2021 年年中推出,但被推迟到 2022 年年初,开发人员称未完成的工作和代码审计是以太坊 2.0 推迟的主要原因。下一阶段将把灯塔链与主网合并,正式转用 PoS 共识算法。从第一阶段开始,Eth2 将保存以太坊的全部交易历史,并支持 PoS 网络上的智能合约。由于以太坊 2.0 将把挖矿从网络中剥离出来,造币者和验证者将正式开始行动。预计许多矿工将拿着他们持有的矿机,成为验证者。

       在以太坊 2.0 升级之初,开发人员就打算在第一阶段引入分片技术。分片是指将数据库(这里指区块链)分割成各种较小的链,称为分片。Eth2 将有 64 个分片,即把网络负载分散到 64 个新链上。分片降低了对硬件的要求,使节点的运行更加容易。这一升级将在主网和信标链合并后进行。

       在以太坊 2.0 中,验证者和其他用户可以运行自己的分片,验证交易并防止主链出现过多拥堵。碎片网络要想安全进入以太坊生态系统,就必须采用权益证明共识方法。将在灯塔链上引入权益证明,为稍后的分块链更新做好准备。


    第二阶段

      

    最后,第二阶段将引入以太坊 WebAssembly 或 eWASM。WebAssembly 由万维网联盟(World Wide Web Consortium)创建,旨在使以太坊的效率大大高于目前的水平。Ethereum WebAssembly 是 WebAssembly 的一个拟议确定性子集,用于以太坊智能合约执行层。

       以太坊目前有一个所谓的以太坊虚拟机(Ethereum Virtual Machine,简称 EVM)。EVM 使以太坊能够作为全球超级计算机运行。全球用户都可以访问这台计算机,运行智能合约并与去中心化应用程序(DApps)交互。EVM 存储了在以太坊上执行命令所需的所有代码,同时还为交易的钱包地址提供便利,并为每笔交易计算交易(气体)费用。

       EVM 可以同时支持多种操作,例如了解智能合约是否需要终止(它使用了太多的气体)、DApp 是否具有确定性(如果它将始终执行相同的输入和输出),或者智能合约是否是孤立的(如果出了问题,该合约的错误不会影响更广泛的以太坊网络)。然而,以太坊网络已经变得有点太拥挤了。由于同时发生了许多交易,EVM 的速度比最初设想的要慢得多。考虑到以太坊的 EVM 是用特定的、难以理解的代码 Solidity 编写的,因此也很难升级。eWASM 是专为取代 EVM 而设计的,将在第二阶段实施。

       eWASM 的代码编译速度比 EVM 快得多,从而加快了网络内的流程。通过 eWASM,气体的工作效率更高,而且 eWASM 兼容 C 和 C++ 等各种传统编码语言。从根本上说,eWASM 的目的是让以太坊开发变得更加容易。

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    Eugen Tanase

    首席运营官,1BitUp

    Eugen Tanase 是 1BitUp 的首席运营官。在长期的企业管理生涯中,他在可再生能源项目、能源资源跨国贸易等领域积累了丰富的专业知识。从 2015 年开始,他开始研究去中心化应用和区块链以及比特币主流。 从 2017 年起,他开始研究 WEB3 和云挖矿 。

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