你需要知道的关于ETH2.0的几个事实

你需要知道的关于ETH2.0的几个事实

撰文：袁煜明、马天元、卢军

来源：火币区块链研究院

万众期待的ETH2.0升级终于要迎来它的第一个里程碑，预计在今年第三季度，ETH2.0 阶段 0 信标链有望上线。这次升级的整体构想之宏伟，调整范围之广泛，使得它不同于过往的历次「补丁式」硬分叉升级，而是一次「重铸式」的新链升级。换言之，这类似于社区拥有了一条名为以太坊的新的区块链。

ETH2.0技术层面最重要的三个升级分别为 Casper 共识、分片和 eWASM 虚拟机，它可以让以太坊网络以较低代价，获得很高的性能和可扩展性。基于正确技术路线以及 Vitalik 与众多核心开发者的工作，ETH2.0 得到了社区空前的关注和支持。当然，ETH2.0 也存在一些令人担忧的问题，例如它的开发进度仍然不够快。今年上线的阶段 0 信标链，仅支持 Staking，而不支持转账和智能合约，暂时无法投入使用，完整版 ETH2.0 可能要等到 2022 年。

本报告包括三个主要部分，第一部分就Token机制（Casper 共识、新 Token BETH）和技术原理（分片、eWASM 虚拟机）对 ETH2.0 进行了全方位剖析解读。整体而言，为了降低升级难度和阻力并最大程度保留 ETH1.0，ETH2.0 在技术理念上作了一些妥协。例如，ETH2.0 最终采用 Vitalik 的 Casper FFG 思路而未采用 CBC 思路，将原定 1024 分片降低为 64 分片等。另外值得关注的是，在 ETH1.0 与 ETH2.0 合并之前，ETH2.0 会采用过渡性质的新 Token BETH，它由 ETH 单向 1:1 不可逆转换生成。

第二部分介绍了ETH2.0升级目前的大体时间规划（阶段 0~阶段 2）。阶段 0 信标链将率先支持 Staking 功能。目前来说，其多条测试网（如 Tapoz、Schlesi、Witti 等）相继上线，暴露出了多客户端测试网的一些问题，因此预计时间可能要推迟到今年 Q3 或 Q4；阶段 1 分片预计上线时间在 2021 年，上线后只能试运行，仍不支持转账和智能合约；而阶段 2 的新虚拟机 eWASM 和与之配套的智能合约、跨分片转账，则可能要在 2022 年才能姗姗上线。

第三部分推演了ETH2.0升级前后的变化。ETH 老链不会直接被「难度炸弹」逼停，而将存在 3-5 年，并且有可能被改造为 ETH2.0 框架下的一条分片链而长期存在。考虑到新链对性能提升巨大，且由 Vitalik 主导，顺应社区意愿，因此目前社区大幅分裂的可能性较小。另外，可以认为，ETH2.0 完整版升级将会带来公有链、DApp、DeFi 的全方位洗牌，甚至允许一些国民级项目被搬上 ETH，这将对整个行业产生深刻影响。但是仅就今年的阶段 0 来说，它仅能进行 Staking，除了提高社区关注度之外，暂时难以给行业带来更加深刻的影响。

ETH2.0概述

ETH2.0的背景和意义

ETH2.0被视为构建新一代以太坊区块链网络，而非只是现有以太坊网络的升级，ETH2.0 的重要目标是完成主网共识机制从 PoW 到 PoS 转换，应用分片技术大幅提高区块链网络性能，以及采用更先进的虚拟机提高智能合约执行速度。

Vitalik Buterin从 2015 年便开始研究以太坊切换到 PoS 网络，并在 2018 年 Devcon 4 大会演讲中正式提出 2.0 计划。完成这一计划并非一蹴而就，ETH 主网之前已经完成 Frontier、Homesead、Metropolis Byzantium、Metropolis Constaninople 等重要硬分叉阶段，为最终 Serenity 阶段的 PoS 网络做准备。

ETH已经成为世界级的区块链平台，它实现了第一个支持可编程智能合约的区块链底层架构，然而 ETH 还有很多问题需要解决，比如性能、扩展性以及隐私保护等问题，尤其是随着 ETH 的生态发展，以及更多 DApp 应用在平台上部署智能合约，底层 PoW 共识的低效问题凸显，严重的网络拥塞和交易确认延迟极大地影响了平台用户体验。

从最初设计理念看，ETH的 Ethash PoW 挖矿算法确实可以安全保证区块数据的权威性和不可篡改性，但也牺牲了网络的交易吞吐量和扩展性，任何一笔交易都需要所有节点耗费算力资源进行哈希运算，这是所有以 PoW 为共识机制的区块链项目的「通病」。基于 PoW 共识，ETH 主链目前交易处理速度 TPS 还在 15-20 之间，而竞争对手大多数均放弃 PoW 机制转向其他共识算法，性能方面早已超过 ETH。除此之外，由于 Gas 机制的存在，当全网交易量膨胀时很容易造成高额手续费，用户、DApp 应用必须支付较高的 Gas 费用后，才有可能被矿工快速打包进区块，对于交易频率要求较高的场景 DApp 应用来说，它们可能因为需要面临较高的 Gas 成本费用而切换到别的底层公链，ETH 的优势将被竞争对手削弱。

在这种背景下，Vitalik和 ETH 技术社区一直致力于寻找新的解决方案来突破以太坊的「瓶颈」，实现 ETH 作为高性能分布式「世界计算机」的目标，以支持未来更多商业化应用场景，ETH2.0 也可以视为是以太坊社区为达成这一愿景目标而新设的开源项目，其主要意义将是构建一个新的以太坊区块链平台全面替代现有以太坊，和现有的以太坊区块链相比 ETH2.0 增加了新的技术架构方面的设计，可以说最终 ETH2.0 完全成型后将成为一个新的以太坊公链平台。对于 ETH 本身，完成 ETH2.0 的目标也意味着以太坊成为支撑未来大规模商业应用场景的分布式通用计算平台的开端。

这里我们纠正一个常见的误区，ETH2.0升级并不是一次简单的硬分叉升级。在 ETH 过去的历次硬分叉升级中，老链停止，新链运行。但是 ETH2.0 中，以太坊基金会认为老链即 PoW 链将和 PoS 链共存至少 3-5 年。因此，在两链共存的阶段，ETH2.0 上会有一个新的原生 Token 名为「BETH」，它由 PoW 链上的 ETH 销毁后迁移过来，这个迁移过程是陆续的、社区自发的且不可逆的。

此外，ETH2.0采用了多种技术方案的创新，目前比较确定的包括 Casper 共识、分片技术和新的虚拟机 eWASM，未来还可能包含其他技术。ETH2.0 实际上是一个长周期的开发工程，不断有新的技术提案将被加入到 ETH2.0 开发计划中。

在设计理念方面，ETH2.0是一个非常伟大的构想。我们认为，它的技术路线是没有问题的。在保持分布式的前提下，它选择尽量安全地去提高性能，这将满足更多应用的使用。和目前 ETH 的单链结构比较，ETH2.0 特点是采用了「分层」和「分片」的设计思想，现有 ETH 因为是单条主链处理网络所有的交易信息，所有参与网络的节点按顺序处理交易（包括智能合约里面的交易），处理顺序完全按照区块打包后进行串行处理，最终节点达成一致性共识但过程效率较低。从 ETH2.0 开始以太坊将建立三层网络结构，如图 1 所示，包括现有的 PoW 主链、信标链（Beacon Chain）和分片链（Sharding Chain）。

图1 ETH2.0架构图来源：What you can do for Ethereum 2.0 a.k.a. sharding[1]

信标连网络

为了帮助理解ETH2.0的整体框架，我们可以使用一个比喻，如图 2 所示：

ETH2.0：一个处理各类货物的港口；信标链：港口灯塔，所有货轮都需要接受指挥和调度；分片链：众多货轮，负责实际货物的运输工作。

图2关于信标链和分片链的比喻，来源：火币研究院

信标的英文是Beacon，本意即信灯塔、灯标。ETH2.0 的重要目的之一就是对 ETH1.0 进行扩容，大幅提高处理交易和合约的吞吐量，于是开发者设计 64 条分片链来并行地处理链上事务。然而，分片链相对独立，分片链之间如果相互进行交流会大幅提升网络复杂度，不利于提高效率。于是信标链就为此诞生，它像灯塔一样，总体调度指挥众多分片链达成共识，进行跨链沟通。信标链作为「灯塔」，它并不直接处理用户的转账、智能合约事务。各个分片链则像每艘独的货轮一样，接受「灯塔」信标链的指挥，他们是负责实际处理各类交易的。同时，每个分片链通常只处理本分片内的事务，但是当「货轮」们需要其他「货轮」协作时，也需要「灯塔」从中协调。