以太坊2.0：如何变身“世界的超级计算机”

早在2013年，比特币程序员和比特币杂志的发行人Vitalik Buterin就发布了以太坊白皮书，旨在将区块链技术应用到支付领域之外。

以太坊是“通用区块链”，像许多其他区块链一样，它是开源的，公开的，并拥有自己的代币：以太币（ETH）。

通用区块链意味着有一个去中心化平台，提供开发人员可创建智能合约的编程语言。智能合约运行在网络的每个节点中，从而可以开发称为DApp的分散式应用程序。这些DApp保留了区块链技术的显着特征，这意味着它们具有防篡改，透明，可信赖和安全的特性。

以太坊编程语言

Solidity是Gavin Wood在以太坊上开发多应用编程语言的名称。它是用于开发智能合约的高级编程语言，并且受到Python和JavaScript语言的极大影响。这是有意的，因此开发人员会发现直接进入开发智能合约就很容易。

Solidity是图灵完备的，意味着它具有开发复杂用例的所有功能。相比之下，比特币编程语言Scrypt是图灵不完备的，因此开发人员仅限于可以实现的用例。如今，Solidity是智能合约上最流行的编程语言，每个开发人员都应该考虑使用这种语言来开始开发智能合约。

Vyper是由以太坊团队创建的另一种编程语言，它在以太坊虚拟机（“EVM”）上运行。它旨在简化编写智能合约的过程，同时使其更易于阅读。与Solidity的关键区别之一是Vyper不包含某些面向对象的功能，这使得Vyper更加安全，因为开发人员没有更多的空间来犯错或故意引入错误。

Gas和ETH

Gas是衡量在以太坊网络上执行交易成本的度量单位。每次智能合约运行交易时，都会消耗一定量的Gas。交易运行时，需要将Gas打入到智能合约中。购买Gas的支付方式是使用ETH。

问题与挑战

以太坊面临的主要问题是可扩展性。该网络面向的是世界级的，但是目前它每秒只能处理大约15笔交易，而Visa这样的公司则可以进行每秒45,000笔的交易。如果以太坊想要进行超大量交易，那这是一个需要解决的问题，这将允许在以太坊之上构建更好的项目。

安全一直也是以太坊的头疼问题。主要是因为在某些项目上，不良的开发活动导致黑客入侵和资金损失。以太坊需要为开发人员提供工具，以在不影响Solidity功能的情况下提高智能合约的安全性。

ETH的价格和Gas成本使交易的过程变得异常脆弱。特别是对于以太坊验证器，当没有得到太多报偿的时候，他们目前就需要花费大量电力来使用工作量证明共识算法来运行节点。

公众缺乏通用知识以及DApp用户的体验是将来需要解决的其他问题，因为这是DApp被大规模采用的关键。

以太坊现状

以太坊生态系统在过去几年中一直在稳定增长，尽管它仍然存在很多问题。以太坊代币ETH是市值第二大的加密货币。 Solidity是最流行的开放式区块链编程语言，并且拥有最杰出的开发者社区（这是项目运行状况的指标）。

以太坊拥有最多的开发人员，可以在此平台上开发更多有用和有价值的项目。尽管这些年来，我们看到了众多在以太坊构建的优秀的、平庸的以及骗人的项目。

2017年，我们看到项目数量显着增加，这主要是“ICO热潮”和看涨市场情绪所致。现实情况是，只有少数项目得以幸存，而在接下来的几年中，幸存的项目更少。公众尚未广泛采用DApp，主要是因为该平台缺乏成熟度，并且总体上缺乏对该技术的了解。然而，在去年，有很多与游戏，赌博和金融相关的项目得到了很大发展并获得了良好的用户基础。

以太坊“四步走”

以太坊开发计划在四个不同阶段进行，每个阶段都旨在引入更多功能并解决问题。每个步骤还包括“子发行版”，称为“硬分叉”，以不向后兼容的方式更改功能。以下是以太坊开发阶段和中间硬分叉的原始时间表：

＃创世块 — 前沿阶段（Frontier） 这是从2015年7月30日到2016年3月的以太坊的初始开发阶段。

＃200,000块 — Ice Age 冰河世纪（Ice Age）是一次“硬分叉”，引入了指数级的难度增加，为以太坊日后的PoW向PoS的转型做准备。

＃1,150,000块 — Homestead 家园阶段（Homestead）是以太坊的第二阶段，于2016年3月启动。

＃1,192,000块 — DAO 轰动一时的DAO事件，导致以太坊和以太坊经典分成两个相对的区块链网络。

＃2,463,00块 — Tangerine Whistle 另一个艰难的任务是改变某些“输入/输出”操作繁重的Gas计算（头等仓注：“输入/输出”，即I/O，指的是数据在信息处理系统与外部世界之间的通信），并对此前因低Gas费用而发动的DoS攻击进行状态清除（头等仓注：DoS攻击即拒绝服务攻击）。

＃2,675,000块 — Spurious Dragon 此次硬分叉解决了DoS攻击的恶意向量（vectors）和又一次状态清除。此外，还提供了重放攻击保护机制（头等仓注：重放攻击，Replay Attacks，又称重播攻击、回放攻击，通过欺诈性地重复或拖延正常的数据传输来达到欺骗系统的目的）。

＃4,370,000块 — Metropolis Byzantium，开启大都会阶段 大都会阶段（Metropolis）是2017年10月启动的以太坊开发的第三阶段。其中拜占庭硬分叉升级（Metropolis Byzantium）是以太坊大都会阶段两个硬分叉中的第一个。

＃7,280,000块 — Constantinople 君士坦丁堡升级（Constantinople）是大都会阶段的第二个硬分叉，于2019年2月完成。此硬分叉还包括其他更改，这些更改解决了代号为Petersburg的安全问题。

＃9,056,000块 — Istanbul 伊斯坦布尔升级（Istanbul）是另一个计划于2019年12月4日激活的硬分叉，它将包括更多的安全修复程序和激励措施，以从工作量证明转向权益证明算法，从而开启以太坊宁静阶段（Serenity）。

以太坊2.0路线及设计目标

宁静阶段（Serenity）是以太坊发展的最后阶段，它将引入以太坊2.0——新的以太坊区块链，最终将集成权益证明、新的以太坊虚拟机等。关于Serenity何时推出，已经有很多讨论。这个庞大的阶段将分为不同的子阶段，以下为Serenity阶段的路线图：

• 阶段0：信标链（2020年第一季度）
• 阶段1：分片链（2021年）
• 阶段2：eWASM（新的以太坊虚拟机）（2021年）
• 阶段3：持续改进（2022年）

其实以太坊2.0是描述Serenity所有更新的术语，它将使以太坊更具可扩展性、更快和更好。正如以太坊研究员Danny Ryan所说，以太坊2.0的主要设计目标是：

• 弹性：即使许多节点脱机，网络仍保持活动状态。
• 安全性：利用加密技术和设计技术，允许验证者在总时间内和每单位时间内大量参与。
• 简便性：即使以牺牲效率为代价的情况下，也可以最大程度地减少复杂性。
• 周期长：使组件具有量子安全性，或者在可用时可以容易地替换为量子安全对应物。这将意味着为将来可以完全访问量子计算的网络做准备。
• 去中心化：允许具有O（C）资源的典型消费类笔记本电脑处理O（1）分片（包括任何系统级验证，例如信标链）。这将允许更多的低端设备作为验证者参与网络。

要了解如何实现所有这些，请详细了解每个Serenity阶段。

以太坊2.0分阶段详情

阶段0：信标链

信标链将是与以太坊主区块链分开的独立区块链。该新链将具有权益证明（PoS）共识算法，并将与主要PoW以太坊区块链并行运行。最初，简单起见创建区块链，并且将不支持智能合约或账户。

在撰写本文时，以太坊正在使用“工作量证明”（PoW）共识算法，与比特币使用的算法非常相似。以太坊中该算法的名称称为Ethash。在信标链上，我们将看到称为Casper的新PoS算法。在过去的几年中，卡斯珀（Casper）取代Ethash已被推迟了好几次，因此必须采取干预措施来缓解难易程度的炸弹并延迟其被迫废弃PoW。现在，我们终于有了信标链。

• PoS简短说明在PoS共识下，区块链会跟踪一组验证者，任何持有区块链基础加密货币（在此例中为Ether）的人都可以通过发送特定类型的交易将其以太币锁定为存款来成为验证者。验证者轮流对下一个有效块提出建议并投票。验证人的投票权重取决于他们的保证金大小（赌注）。如果大多数验证者拒绝他们押金的区块，那么验证者就有可能失去其押金。相反，对于大多数人接受的每个区块，验证者都会获得与他们所存股份成比例的少量奖励。因此，PoS强制验证者诚实行事，并通过奖励和惩罚制度遵守共识规则。
• ETH2：新以太币第1阶段的另一个功能是ETH2的引入。新信标链上用于验证者的新资产。这个新的ETH2将作为在信标链上验证交易的奖励而创建，也可以用ETH1购买。最初，没有办法从信标链中提取ETH2。如果有人想成为新链的验证者，他们将需要至少32 ETH来抵押原始链。

阶段1：分片链

分片是一种可伸缩性技术，它始终允许进行并行事务。这旨在通过将网络划分为多个碎片来帮助扩展事务，从而允许网络同时处理事务。

正如Vitalik Buterin自己对分片的解释：

• “想象一下以太坊已经分裂成数千个岛屿。每个岛屿都可以做自己的事。每个岛屿都有其独特的功能，该岛屿上的每个人（即帐户）都可以彼此交互，并且可以自由地享受其所有功能。如果他们想与其他岛屿接触，则必须使用某种协议。”

分片将在信标链中引入，最初将具有100个分片。验证者将通过自己的分片验证交易，并且在第一阶段，他们不会批准任何智能合约，帐户或资产。

尽管分片将带来更多的可伸缩性，但要考虑一些问题。验证器需要验证的交易池很小，这使51％的攻击变得更容易，因为他们只需要它们所在分片的51％计算能力（或股份），而不是整个网络。

该技术还可以导致更高的集中度，因为可以使用一小组验证程序来验证每个分片。如何执行此阶段将非常有趣，因为它仍然需要进行全面的测试，以确保随机选择所有验证者，以避免集中化和任何风险攻击。

阶段2：eWASM（新的以太坊虚拟机）

• 什么是EVM？以太坊是一个分散的网络，充当“超级计算机”。系统上的所有节点都需要运行智能合约来执行最终在区块链上的交易。以太坊虚拟机（EVM）允许执行这些智能合约。EVM是以太坊网络的心脏，是处理智能合约部署和执行的地方。可以将其视为全球分散的计算机，其中包含数百万个可执行对象，每个对象都有自己的永久数据存储。

  从技术上讲，它是一个基于堆栈的虚拟机，它执行字节码（机器语言指令）。智能合约以诸如Solidity之类的“高级”语言编写，并编译为字节码以在EVM上执行。

• 当前EVM的问题当前EVM的主要问题之一是它按顺序处理事务。随着PoS和Sharding的更改，需要并行处理事务，而当前的EVM并不适合此类操作。
• 新的EVM名为eWASM的新EVM代表以太坊WebAssembly（WebAssembly是一个开放标准，为可执行程序定义了一种可移植的二进制代码格式）。这种用于EVM的新架构将提供更好的性能，并将有可能在新的区块链上支持智能合约，账户，状态等。 eWASM开发的当前状态尚处于初期阶段，计划于2021年发布。

阶段3：持续改进

持续改进是代号，它包含了先前各个阶段的所有未来更改方式，修复和改进，以及随之而来的所有内容。不幸的是，此阶段的信息不多，因为最初计划于2022年开始。后续升级或将包括：轻客户端状态协议、主链安全性耦合以及超二次或指数性分片等等。若以太坊 2.0 进展顺利，“以太坊 3.0” 或将成为下一片新大陆。

以太坊2.0对加密货币意味着？

了解以太坊2.0的最重要的事情之一是，这不会在一夜之间发生变化。最初的发布计划分四个阶段进行，但没有人说开发到此结束，否则一路走来不会有延误和变化。与所有软件一样，没有最终版本；总会有需要改进和修正的地方。

以太坊是加密领域最重要的项目之一，也是许多其他项目所依赖的项目。它得到了开发社区和企业的大力支持。以太坊的未来有很多各方投入的大量资金，因此的压力很大。如果团队设法完成预定目标，我们将拥有一个完全可扩展的通用区块链，该区块链将更接近最初的以太坊市场目标——“世界的超级计算机”。并且还有可能将向世界展示“区块链梦想”。这将吸引更多的开发人员和投资者继续在通用区块链之上创建出色的项目。

这么长时间来关注以太坊2.0的人其实都是在关注以太坊1.0如何迁移到2.0上，而这最终又会对加密货币领域产生什么影响。只有时间能带领我们见证一切。