以太坊2.0如何解決區(qū)塊鏈的擴(kuò)展性問(wèn)題

以太坊2.0當(dāng)前正在實(shí)施前三個(gè)階段：PoS、分片以及eWASM。目前看，這至少需要一年半以上的時(shí)間。以太坊2.0能否順利落地直接決定了它未來(lái)在整個(gè)區(qū)塊鏈領(lǐng)域中的江湖地位，因?yàn)槠渌臄U(kuò)展方案，比如Polkadot、Cosmos和Harmony等本質(zhì)上都是做擴(kuò)展和做應(yīng)用生態(tài)的。誰(shuí)能率先走出來(lái)，誰(shuí)就獲得先機(jī)。

2013年11月， 滑鐵盧大學(xué)一名俄羅斯裔加拿大年輕的大學(xué)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(kāi)發(fā)一個(gè)支持通用腳本語(yǔ)言和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的區(qū)塊鏈平臺(tái)。

他的名字叫Vitalik Buterin， 他的想法很快就火了起來(lái)。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(gè)構(gòu)建去中心化應(yīng)用程序的智能合約平臺(tái) 。他們發(fā)起了眾籌， 為開(kāi)發(fā)提供資金， 在12小時(shí)內(nèi)籌集了3700個(gè)比特幣， 當(dāng)時(shí)價(jià)值約230萬(wàn)美元。一年后， 該項(xiàng)目于2015年開(kāi)始運(yùn)行。

以太坊的早期承諾是創(chuàng)建一臺(tái)世界計(jì)算機(jī)——一臺(tái)去中心化的世界計(jì)算機(jī)——它將執(zhí)行任何人的代碼以換取費(fèi)用， 比如進(jìn)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(kāi)發(fā)人員將應(yīng)用程序上傳到區(qū)塊鏈， 以便在世界任何地方使用。

快進(jìn)四年后， 在很多方面， 我們?nèi)栽诘却@一承諾的實(shí)現(xiàn)。雖然從Augur的預(yù)測(cè)市場(chǎng)到像Cryptokitties 這樣的收藏類游戲的應(yīng)用已經(jīng)在以太坊上推出， 但大多數(shù)應(yīng)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(kāi)發(fā)的消費(fèi)應(yīng)用，這些應(yīng)用能吸引數(shù)十億用戶。

目前的dApps 的狀態(tài)顯示， 當(dāng)前頂級(jí)的以太坊dApp 在過(guò)去24小時(shí)內(nèi)只有 3000個(gè)活躍用戶。即使dApp 是在吸引主流采用， 目前還不清楚網(wǎng)絡(luò)是否有能力支持它 ——在CryptokitTIes熱潮的高峰期， 以太坊的交易費(fèi)用在當(dāng)時(shí)上升到了0.02 eth， 即20美元。由于核心項(xiàng)目停滯不前， dApps 未能吸引到用戶， 整個(gè)加密貨幣市場(chǎng)逐漸冷卻， 以太的價(jià)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(lán)狐筆記注：目前約30%左右）

為了實(shí)現(xiàn)其潛力， 并將去中心化應(yīng)用擴(kuò)展到數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)億用戶， 以太坊必須解決與可擴(kuò)展性和性能相關(guān)的關(guān)鍵問(wèn)題。為此， 以太坊 開(kāi)發(fā)人員推出了一個(gè)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(nèi)容——以及相應(yīng)的時(shí)間范圍——這些開(kāi)發(fā)可能會(huì)影響ETH的基本面。

以太坊2.0路線圖

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

當(dāng)人們說(shuō)以太坊是一個(gè)“去中心化的智能合約平臺(tái)” 時(shí)， 他們的意思是智能合約的代碼存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)全節(jié)點(diǎn)上， 并且代碼必須在所有全節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行。以太坊的PoW共識(shí)模型意味著， 這可能需要 3到18分鐘， 具體取決于網(wǎng)絡(luò)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(luò)服務(wù)（AWS）這樣的中心化服務(wù)要昂貴得多， 而且速度要慢得多。

以太坊2.0 旨在實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展， 它有兩個(gè)主要目標(biāo)：

1. 引入PoS共識(shí)機(jī)制， 這將消除對(duì)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(gòu)建一個(gè)新的、獨(dú)立的平臺(tái)， 并在未來(lái)逐漸取代現(xiàn)有的系統(tǒng)， 而不是試圖將這些升級(jí)直接構(gòu)建到主網(wǎng)絡(luò)上。

以太坊的wiki為ETH2.0 繪制了七個(gè)不同的階段 ， 這可能需要幾年的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)仍處于研究階段， 沒(méi)有明確的技術(shù)規(guī)格。在開(kāi)發(fā)人員可以在以太坊2.0 上實(shí)際構(gòu)建之前， 需要完成前三個(gè)階段：

· 第0階段——信標(biāo)鏈：信標(biāo)鏈?zhǔn)且粋€(gè)資產(chǎn)證明鏈， 將與以太坊 的PoW鏈平行運(yùn)行。開(kāi)始時(shí)，信標(biāo)鏈為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)， 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(guò)將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)分片來(lái)來(lái)幫助交易擴(kuò)展， 從而允許網(wǎng)絡(luò)同時(shí)處理多個(gè)交易。

· 第2階段-eWASM： eWASM本質(zhì)上是一個(gè)重建的以太坊虛擬機(jī)（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(cè)試對(duì)協(xié)議的每次升級(jí)， 而不會(huì)影響安全性。

正如以太坊研究員Ben Edgington 所寫：

“在這樣的一個(gè)新平臺(tái)—— 信標(biāo)鏈上構(gòu)建，它允許我們能夠在不受如今主網(wǎng)的約束下無(wú)限地引入巨大的創(chuàng)新， 最關(guān)鍵的是， 無(wú)需在當(dāng)前運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行開(kāi)胸手術(shù)。”

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

信標(biāo)鏈： 將PoS帶給以太坊

信標(biāo)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(kāi)始時(shí)將與以太坊的PoW鏈平行運(yùn)行。信標(biāo)鏈預(yù)計(jì)將于2019年推出。

目前， 以太坊運(yùn)行在一個(gè)PoW區(qū)塊鏈上， 礦工們?cè)谄渲懈?jìng)相解決一個(gè)困難的密碼學(xué)問(wèn)題。這一問(wèn)題的答案很容易驗(yàn)證， 但很難找到， 這意味著證明共識(shí)需要在硬件和電力方面進(jìn)行大量投資。有PoS， 就可以通過(guò)一組被稱為驗(yàn)證者的節(jié)點(diǎn)來(lái)達(dá)成共識(shí)。這些驗(yàn)證者中的每一個(gè)都“質(zhì)押” 一定數(shù)量的 ETH 參與共識(shí)的進(jìn)程。驗(yàn)證者提議新區(qū)塊以添加到鏈中， 并通過(guò)投票過(guò)程驗(yàn)證新的交易。驗(yàn)證者會(huì)因?yàn)榱己眯袨槎艿姜?jiǎng)勵(lì)， 同時(shí)也因?yàn)椴涣夹袨椋ɡ纾?對(duì)無(wú)效交易投票） 而受到懲罰。

信標(biāo)鏈的主要職責(zé)是維護(hù)一組PoS共識(shí)的驗(yàn)證者，提出并驗(yàn)證新區(qū)塊， 并添加到鏈中。每個(gè)驗(yàn)證者須質(zhì)押32 個(gè)ETH。信標(biāo)鏈還隨機(jī)選擇由120個(gè)驗(yàn)證者組成的委員會(huì)， 以投票決定哪個(gè)區(qū)塊寫入鏈中。Beacon 鏈的第0階段將是極其基礎(chǔ)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(chǔ)， 如分片和升級(jí)的以太坊虛擬機(jī)。

PoS并不是一個(gè)新概念： 早在2011年Bitcointalk論壇上， 在比特幣的早期就討論過(guò)了。對(duì)PoS的普遍批評(píng)之一是， 它可能導(dǎo)致一小群富有的驗(yàn)證者對(duì)網(wǎng)絡(luò)的寡頭控制。ETH2.0 路線圖旨在通過(guò)嘗試經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和博弈論來(lái)解決這一問(wèn)題， 但現(xiàn)在還不知道這將如何實(shí)現(xiàn)。

分片： 以太坊2.0的可擴(kuò)展性

目前在以太坊網(wǎng)絡(luò)上， 每個(gè)全節(jié)點(diǎn)驗(yàn)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(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行， 從而限制交易速度和吞吐量， 同時(shí)將節(jié)點(diǎn)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(wèn)題的方案， 以幫助以太擴(kuò)容。分片是指將大型數(shù)據(jù)庫(kù)劃分為更小、更快的片段。 每個(gè)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(gè)分片上， 可以在該分片上與其他賬戶進(jìn)行交易。

最終， 以太坊2.0的想法是促進(jìn)跨分片通信——但這不會(huì)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(luò)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(duì)分片的解釋如下：

“想象一下， 以太坊被分割成數(shù)千個(gè)島嶼。每個(gè)島嶼都可以做自己的事情。每個(gè)島嶼都有自己的功能， 屬于該島的每個(gè)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(biāo)鏈上引入。分片將由一組由信標(biāo)鏈隨機(jī)分配的驗(yàn)證者進(jìn)行驗(yàn)證。分片的驗(yàn)證者只需驗(yàn)證信標(biāo)鏈分配給他們的分片上的交易。第1.0 階段將引入100個(gè)并行工作的分片， 最初， 在此階段， 它們不會(huì)處理帳戶、資產(chǎn)或智能合約。

通過(guò)跨分片拆分大量網(wǎng)絡(luò)交易，分片給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了可擴(kuò)展性優(yōu)勢(shì)， 但它也帶來(lái)一組新的安全問(wèn)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(luò)拆分為100個(gè)分片， 則成功攻擊分片所需的網(wǎng)絡(luò)哈希率 （或在 PoS 中的質(zhì)押存款） 變少。另一個(gè)批評(píng)是， 分片可能會(huì)導(dǎo)致更高的中心化程度， 因?yàn)槊總€(gè)不同的分片都由相對(duì)較小的驗(yàn)證者組運(yùn)行。

雖然以太坊開(kāi)發(fā)人員為這些問(wèn)題提出了解決方案——主要是通過(guò)確保驗(yàn)證者是被隨機(jī)選擇的——但它們?nèi)孕柽M(jìn)行測(cè)試， 這也是分片的最初實(shí)施會(huì)受到限制的原因。

eWASM： 以太虛擬機(jī) v2

當(dāng)前的以太坊虛擬機(jī)按順序處理交易。以太坊網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行交易并將其存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上。為了允許通過(guò)分片進(jìn)行PoS和并行交易處理， 以太坊團(tuán)隊(duì)計(jì)劃構(gòu)建一個(gè)名為eWASM的新虛擬機(jī)。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(zhǎng)的時(shí)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(guān)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(jì)算機(jī)， 我們需要有一個(gè)非常高性能的虛擬機(jī)。當(dāng)前的虛擬機(jī)體系結(jié)構(gòu)是原始性能的最大阻礙因素之一。WebAssembly的目標(biāo)是利用各種平臺(tái)上可用的通用硬件功能， 以接近本機(jī)速度執(zhí)行。這將為需要性能/吞吐量的各種用途打開(kāi)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(kāi)發(fā)的研究階段， 在它被推向生產(chǎn)之前， 可能還會(huì)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(wú)章地嘗試建立世界計(jì)算機(jī);以太坊2.0將是實(shí)際上的世界計(jì)算機(jī)。——Vitalik Buterin

對(duì)于ETH的投資者來(lái)說(shuō)， 了解以太坊2.0路線圖最重要的是， 它提出對(duì)協(xié)議進(jìn)行徹底的改革——這需要大量的時(shí)間和反復(fù)才能實(shí)現(xiàn)。

Kyokan 對(duì)以太坊2.0有關(guān)的多個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了訪談，根據(jù)他的一份報(bào)告， 前三個(gè)階段的交付至少需要一年半的時(shí)間。與流行媒體的說(shuō)法相反， 投資者應(yīng)該意識(shí)到， 開(kāi)發(fā)者想在以太坊2.0上進(jìn)行構(gòu)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(kāi)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(guān)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(jì)算平臺(tái)的領(lǐng)先地位。但這肯定不會(huì)一蹴而就。