以太坊2.0的研究人员表示，在10月8日的Devcon 以太坊开发者大会上，他们将展示2.0的部分研究成果，比如演示分片链执行环境。而最近，以太坊创始人V神更是频频发声，为以太坊2.0造势。这一切昭示着，以太坊2.0呼之欲出。
当我们在谈论以太坊2.0时，通常会提到0阶段、1阶段、2阶段，还有信标链、分片链，对于一般人来说，听到这些概念很容易懵圈。本文尽可能以简单的语言，来解释2.0中的这些设计，帮助大家理解以太坊2.0。
01.什么是以太坊2.0？
以太坊的终极目标是成为一台去中心化的全球计算机，允许世界上任何地方的开发者将应用程序上传到区块链上，进而取代我们目前所使用的各种中心化应用程序。
为了实现这个目标，以太坊在2014年诞生之初，就设定了4个发展阶段：Frontier (前沿)、Homestead (家园)、Metropolis (大都会)、Serenity (宁静)。
前3个阶段被称为以太坊1.0，采用的都是 PoW（工作量证明）机制，而宁静阶段就是以太坊 2.0，从2.0开始，它将用PoS（权益证明）机制取代资源消耗大，且效率低下的PoW，从而提升以太坊网络的扩展性。
当然，以太坊1.0跟2.0的区别，不仅仅是PoW和PoS的区别，它还引入了信标链、分片、新虚拟机eWASM等。2.0的这些功能，并不是一步到位的，会再分为3个阶段，即阶段0、阶段1、阶段2。
02.阶段0：信标链
阶段0主要是发布信标链，信标链是采用PoS机制的区块链，是一条全新的区块链，与当前的以太坊链并行，它可以说是以太坊 2.0的核心，它本质上是一个智能管家，系统内的所有参与者都由它来指挥、协调。
信标链的功能主要有：管理验证者、提供随机性、区块提议者、委员会、奖励和处罚。为了便于理解这些概念，在这里，有必要先说说分片技术。
以太坊网络目前之所以拥堵严重，是因为它的每一个节点都需要处理全网的每一笔交易，这种方式自然会导致效率低下。
分片技术的解决思路是：每一笔交易不必发动全网节点都去处理，只让部分节点处理就好了。具体做法是，将以太坊全网节点分成1024个独立的小组，称为“片”，这些“片”可以在同一时间内同时处理不同的交易，它们是并行的。这样，处理速度自然会大大提升。
当然，这种方式由于不是全节点记账，会在去中心化和安全性上有所牺牲，不过，通过定期以随机数生成来决定选取达成共识的节点，再进行分组，可以最大程度降低恶意节点的作恶成功率，从而尽可能地保留去中心化的特质。
此外，从阶段0开始，会产生新的以太币，为了区分，我们把它称作BETH。BETH有两种获取途径：一是成为信标链（以及阶段1之后的分片链）的验证者，参与验证可以获得BETH奖励，二是，任何以太坊1.x的用户都可以通过以太坊1.x合约购买BETH。
信标链的一个至关重要的功能就是管理验证者，而以太坊2.0链上交易数据的的打包、区块的提出和确认，都需要验证者来完成。用通俗的话来说，验证者其实就是矿工，只不过以太坊2.0的矿工不再需要消耗电力，即可完成交易确认。
那么，如何成为验证者呢？
要成为一个验证者，需要通过当前的以太坊 PoW主链上的一个合约，发送32个ETH1（押金），经过一系列审查之后，会收到一个“验证者委员会成员名片”，这就表明，你成为信标链验证者集合中的一员了。
而验证者又分为两种，一种叫提议者（proposer），他们可以打包交易数据，只有“活跃”的验证者才可以成为提议者；另一种叫证明者（attester），他们不能打包交易，但可以选择新的区块，如果你不够“活跃”，只能成为证明者。
成为验证者后，信标链就会安排任务。
验证者会被随机分派到1024个分片中的1个或者2个分片中，分派给分片的一组验证者，称为委员会，委员会有128个验证者。每个分片的委员会成员，一起选择出新的区块，然后由该分片的提议者收集交易数据，并把它们放入选出的新区块中，此时，证明者可以验证提议者的行为是否违规。
在以太坊 2.0 中，每6秒会产生一个新区块，每产生64个区块，各分片的验证者会被重新洗牌，以此来避免验证者之间勾结作恶，提高安全性。
如果验证者表现良好，就可以获得奖励，如果说谎或作弊，就会受到惩罚，即扣除验证者抵押的32个ETH中的一部分，当押金不足16 个ETH，该验证者会被移出。
值得注意的是，如果验证者退出，他抵押的ETH和获得的奖励不会返回到以太坊 PoW主链中，而是会被存进分片链中，因为一旦抵押ETH到注册器合约后，ETH就会被兑换成BETH，ETH会被销毁。
在阶段0，分片链还没有启用，交易和智能合约仍然在以太坊1.0的主链上进行，这让信标链看起来没有实际用途，但要知道，信标链解决的是共识问题，而共识是区块链的核心基石，有了信标链，以太坊2.0才能成真。
阶段0的开发工作目前已经完成，只是还需要进行大量的测试才能启动，预计会在2020年1月正式上线。
03.阶段1：分片链
这一阶段的主要目标是分片，上文中，已经介绍了什么是分片技术。描述起来很简单，其实它很复杂。
每个分片都是一条单独的区块链，具有属于自己的账户余额、交易记录以及智能合约，但它们又不是孤立的，因为每条分片链都与信标链共享同一个PoS共识协议，每条分片链的数据都会及时地被记录在信标链上。
不过，与当前的以太坊链不同的是，信标链并不是直接存储这些数据信息，它存储的是经过哈希计算而生成的字符串。分片链中的验证者验证了一笔交易，交易数据经过哈希计算后，生成了一串字符串，信标链会把它记录下来，这样一来，就不必去深究这笔交易到底发生在哪个分片中。
信标链实时跟踪着各分片的变化，并借此建立起了各个分片间的联系与通信（交联）。
跨分片间的交易，也是基于此。
阶段1的分片链，依然不可用账户、资产和智能合约，也就是说，它还是没有实际的用途，只是一个试运行的版本，分片链区块主要是进行一个简单的数据收集，且数据没有任何结构和意义。这一切，都是在为阶段2做准备。
04.阶段2：智能合约
进入这一阶段，将引入新的虚拟机eWASM，新的智能合约需要通过它来创建和运行。
以太坊 1.0 的虚拟机称为 EVM，只允许Solidity语言编写，并编译成EVM代码，EVM臃肿繁复的编译工作会消耗大量Gas燃料费，其本身的性能并不高效，目前已成为以太坊网络的一个瓶颈。
eWASM将基于WASM（WebAssembly）指令集，这意味着它将支持多种编程语言的编写，且可以在任何地方执行，让以太坊的开发工作变得更加简单，性能大大提升，从而增加系统交易吞吐量。
阶段2有了新的智能合约后，会把之前所有重要的功能聚合起来，让分片链真正地投入运行，进而承担起以太坊网络的扩容重任。
自此，分片链上的BETH不再处于锁定状态，可以自由转移，每个分片链都将通过基于 eWASM 的以太坊虚拟机进行管理。
最后，我们需要知道的是，在阶段0、阶段1以及阶段2，当前以太坊1.0的PoW链不会消失（未来可能会），以太坊2.0和它是并存的关系，2.0的验证者和1.0的矿工都会有获得区块奖励，但在这个逐步升级的过程中，以太坊1.0PoW链的奖励会越来越少，最后变为0。
当然，阶段2的以太坊2.0并不是以太坊的终极形态，它依然处于非常早期的阶段，只是在为后续的扩展搭建一个基础。区块链技术的发展日新月异，以太坊也必将与时俱进。
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