ROL:可視化以太坊的未來之路該如選擇

以下內容改編自作者于4月9日(周五)的演講內容。非常感謝DannyRyan和SachaSaint-Leger的建議。

本文是關于通往未來以太坊的道路。今天的以太坊就是eth2開發者所稱的“eth1”，也即當前我們熟知和喜愛的PoW鏈；明天的以太坊既不是eth1，也不是eth2，而就是...以太坊：綜合了在今天的執行層(eth1)之上部署PoS和分片的一系列eth2工作。

我們先來回顧一下今天的以太坊(eth1)：

今天的?eth1鏈的運作方式

在今天的以太坊上，當用戶想要做一些事情(即“事務”)，他們會把事務(transactions)發送給礦工，然后礦工把事務打包進區塊，并將這些區塊添加到一條不斷增長的區塊鏈(eth1)中。礦工運行PoW共識機制，以此來決定由誰來添加下一個區塊，礦工也執行區塊中包含的事務，以確保這些事務是有效的。

PoS替代PoW：驗證者替代礦工，小型服務器替代大量挖礦設備

PoW需要大量的硬件設備來運行密集運算，進而造成了過高的能耗。在此，我們不會像大多數加密貨幣批評者那樣討論能源浪費問題(比如“為什么我們要使用一個消耗<某個國家的>能源的支付系統？”)，但如果我們可以消耗絕對更少的kWh(千瓦時)來做一些事情，那么這(PoW)就確實是存在能源浪費，我們應該減少能耗。

加密交易可視化平臺Hedgehog融資160萬美元，Dragonfly Capital領投:加密交易可視化平臺Hedgehog Technologies完成160萬美元種子輪融資，以開發加密機器人顧問。此次融資由Dragonfly Capital領投，Baroda Ventures 、Y Combinator參投。

據悉，Hedgehog Technologies是讓投資者同步加密貨幣錢包和交易所賬戶，使其投資組合可視化的平臺。Hedgehog目前不向其近7000名用戶收取費用。相反，Hedgehog創始人表示其長期計劃是向交易所收取推薦費，用于推動客戶通過交易所平臺購買加密貨幣。（CoinDesk）[2021/8/25 22:35:00]

因此，這將我們帶入PoS，使用小型的服務器來取代大量挖礦設備，并使用驗證者(validator)取代礦工。

在PoS中，如果驗證者不執行驗證工作(圖中第2步)，則將會適當地損失質押金

那么，上圖中的第2步(即驗證)是什么呢？驗證者到底要驗證什么？

我們可以將以太坊的活動分為兩部分：共識層→“哪個是正確的數據？”；執行層→“數據的含義是什么？”

共識層(consensuslayer)確保所有人都對正確的數據達成共識。執行層(executionlayer)實際上是“解釋”這些數據，使數據有意義。“數據”是指與區塊鏈進行的任何交互，比如部署一個智能合約，在交易所進行交易，發送一筆付款等等...

仁濟醫院使用區塊鏈技術實現胚胎可視化:上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院生殖醫學中心啟動MyBaby區塊鏈項目。作為行業內首家使用區塊鏈技術進行胚胎可視化的醫療機構，仁濟醫院借鑒區塊鏈技術去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集體維護、公開透明等特點，在確保數據安全性和私密性的前提下，對醫療流程數據進行局部公開透明，實現了胚胎的可視化，讓“準寶寶”的體外培養過程全程可見。（央廣網）[2021/6/3 23:06:18]

區塊鏈的核心是在鏈中引入新的區塊。當新區塊被添加進來時，新區塊進來之前的狀態和進來之后的狀態之間，會發生一次狀態轉換(statetransition)。區塊鏈的當下狀態匯總了之前所有區塊的數據。

例如，如果當前狀態維持著一個記錄了Alice和Bob的賬戶余額的賬本，而新區塊中包含了一筆Bob向Alice支付了10枚幣的交易，那么這個新區塊被添加進區塊鏈中之后，狀態將會記錄新的余額信息。一個新區塊添加進來之后，要么會更改當前的狀態(比如，更新Alice和Bob的余額)，要么會創建一個新的狀態(比如部署一個智能合約，或者將Carol新添加進賬本中...)。

根據以太坊計劃，第1步是將共識與執行解耦；第2步是把PoW共識換成PoS共識

根據我們的計劃，Rollups和eth2工作的總體要點就是處理上圖中的第1步，也即將共識與執行解耦(decorrelateconsensusandexecution)。那么，這方面進展如何了呢？

新華財經｜數字人民幣可視卡或為不善運用智能終端群體帶來便利:新華社北京消息，自數字人民幣在深圳、蘇州、北京冬奧試點應用取得積極進展后，1月5日，數字人民幣“硬錢包”首次在上海開啟測試。專家表示，此次試點是繼深圳和蘇州手機掃碼、碰一碰支付之后，第一次實現脫離手機的可視卡式的“硬錢包”支付模式，這或為運用智能終端困難的人群使用數字人民幣、跨越數字鴻溝提供了可能。[2021/1/10 15:47:15]

第1步已經完成了！

自2020年12月以來，我們已經有了兩條并行運行的區塊鏈(見上圖)：

上方的是PoS共識鏈(即信標鏈)

下方的是可靠的PoW共識執行鏈(即eth1鏈)

這兩條鏈并行運行，但它們會相互“交流”，當然目前是單向的...

如何成為一名驗證者？

要成為PoS共識鏈(即信標鏈)的驗證者，用戶需要在部署于PoW共識執行鏈(即eth1)上的存款合約中鎖定32ETH，該質押金會自動轉移到PoS共識鏈中。一旦驗證者被激活，就可以開始(對PoS共識鏈)進行驗證并獲取獎勵。

合并之后，信標鏈(紫色)是共識鏈，切換為PoS共識的eth1鏈(紅色)將作為執行鏈。什么時候實現合并？可能在2021年實現...

預計這種單向的“交流”將不會持續很長時間。合并這兩條鏈將永久地連接PoS共識鏈(信標鏈)和PoW共識執行鏈(eth1)之間的鴻溝，從而允許驗證者為執行層(即合并之后切換為PoS共識的eth1鏈)生成區塊。因此，合并之后，我們將有兩條鏈：

交通運輸部：應用區塊鏈推進業務在線辦理及全程物流可視化:8月6日，交通運輸部網站發布《交通運輸部關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》。在打造融合高效的智慧交通基礎設施方面，《意見》提出，打造智慧公路、智能鐵路、智慧航道、智慧港口、智慧民航、智慧郵政、智慧樞紐，推進新能源新材料行業應用。其中，發展智能高速動車組，開展時速600公里級高速磁懸浮、時速400公里級高速輪軌客運列車研制和試驗。應用區塊鏈技術，推進電子單證、業務在線辦理、危險品全鏈條監管、全程物流可視化等。建設郵政大數據中心。（經濟參考報）[2020/8/7]

同一條PoS共識鏈(即信標鏈)

基于PoS的執行鏈(即切換為?PoS共識的eth1鏈)

合并之后，PoS共識鏈(信標鏈)的驗證者們將終于能夠贖回和提取他們的收益和存款，并將收益和存款發回至PoS執行鏈(eth1)中。

所有這些使我們從PoW環境轉移到了一個完全合格的PoS環境中！但需要注意的是，此時并沒有增加這條鏈的帶寬——這是分片(sharding)要實現的目標。在這之前，在我們尚且只有一條執行鏈(即eth1鏈)之際，我們來討論一下如何通過其它方式來對執行進行擴展。

擴展計劃：1.將執行轉移至鏈下；2.將數據提交至鏈上。

Rollups是眾多可用的擴展解決方案之一，但從協議設計的角度來看，它可能提供了最優折衷的方案。Rollups的理念很簡單：通過在鏈上提交重建狀態轉換執行所需的數據，來綜合地處理狀態轉換，并將執行轉移至鏈下進行。如果有人對執行結果有異議，或者有人忘記了在第一時間執行，那么數據就在那里等著所有人處理。Rollups是無需許可的！

供深食品基地建設將結合區塊鏈等技術 做到可視化、可追溯、全鏈條監管:日前，深圳市食藥局與江西贛州定南縣簽署協議，定南縣將作為供深農產品基地，為深圳提供優質安全的食用農產品。供深食品基地將在原有的《深圳市“菜籃子”基地認定與監測管理暫行辦法》的基礎上，結合新技術，包括物聯網、互聯網、區塊鏈等現代信息技術手段，做到可視化、可追溯、全鏈條監管。[2018/6/5]

更準確地說，在Rollups中，執行所需的數據(事務輸入)與它的載體(事務)是分開的，且這些數據是以節省空間的方式“捆綁”起來。同時，Rollups在執行鏈(即eth1鏈)之外運行，提交數據并加以執行。見下圖：

如今eth1鏈的擴展正在發生，Rollups已經部署，其它擴展方案也在開發中。

想要“使用某條Rollup鏈”的用戶，需要在該Rollup位于執行鏈(eth1)上的合約中存儲一些資產，之后用戶就可以在該Rollup上做一些事情了，比如使用自己的資產與該Rollup鏈上的其它資產進行交易。一旦用戶完成了想要做的事情，就可以將資產從Rollup撤回至執行鏈中。就是這樣！

Rollups有什么其它替代性方案？如果我們沒有這些并行運行的Rollps鏈(上圖中的黃色鏈)，而是擁有很多條并行運行的執行鏈(上圖中的紅色鏈)，那會如何？比如，如果eth1鏈被“復制”，并與其它幾條復制鏈并行運行，那會怎樣？

其中的問題在于我們如何處理幾條平行運行的執行鏈。如果其中某條執行鏈想要知道另一條執行鏈中發生的事情，那該如何做到？這正是分片(sharding)?遇到的棘手問題(注：也即所謂的跨分片通信問題)。

你可能會說，“Rollups差不多也有這樣的問題！”，實際上確實如此。當你在某條Rollup鏈上想要與另一條Rollup鏈進行交互時，同樣的棘手問題也會出現?(即跨Rollup通信問題)。但重點是，當前存在幾種Rollup設計，這一問題的解決方案空間很廣闊，且在很大程度上尚未被探索。因此，在將某種方案納入協議層之前，為何不通過Rollups先啟動試驗呢？

這將我們帶向了以Rollup為中心的以太坊路線圖。

以Rollup為中心的eth2：使用分片來保存Rollups發布的數據

你聽說過區塊空間的稀缺性吧？Rollups需要發布數據，而eth1的區塊空間是稀缺的！且如上所述，跨分片很難。因此，為什么不使用分片來保存Rollups需要發布的數據呢？借助于64條分片鏈，就能帶來比當前可用的多出64倍的帶寬，而且可能更多，因為一個分片區塊將可能保存比當前的eth1區塊更多的數據量。

應該強調的是，這并不意味著在分片層的執行功能會永遠被排除在外。當前以Rollup為中心的以太坊路線圖是一種短期到中期的前進方式，直到(例如)找到更好的加密原語來保證正確地將執行劃分到多條鏈中(注：即實現可執行分片)。這一切都非常迷人，應該會讓很多人忙上很長一段時間。在此期間，Rollups是解決之道。

每條Rollup鏈都是其自身的“執行環境”：如何輕松地遷往/遷出Rollup？我們可以進行跨Rollup操作嗎？Rollups應該如何處理擁堵問題？

這方面還有很多工作要做！首先，我們不要忘記，合并和數據分片是非常復雜的工作，目前有多個團隊在致力于其中一項或兼顧這兩項工作。而即便是在Rollup方面，仍然有一些非常有趣的問題有待探討，以下僅是其中一些：

如何大規模地實現用戶向Rollups的遷移或者從Rollups遷回至鏈上，這是一個很酷的概念。如果你有足夠多的公共交通工具讓你往返于Layer1(eth1)和Layer2(Rollps)之間，為何你還要自己開車往返呢？其中的經濟機制是什么呢？

如果你想在臨近的一條Rollup鏈做一些事情，因為該Rollup中有著一些你所在的Rollup中沒有的酷東西，那你該怎么辦？你是否必須從當前的Rollup撤回至Layer1上，然后再從Layer1轉移至該臨近的Rollup中？這似乎相當的不經濟。

對于當前的鏈上操作來說，Rollups是一個巨大的帶寬提升，這是毫無疑問的。但是，Rollups并不是用戶所期望的無限高速公路。在Rollups中，仍然會有很多人想要做很多事情，且有時候是同時發生的！因此，Rollups將與生俱來地要應對擁堵問題，但與Layer1協議保護的擁堵市場(EIP-1559很快就會實施)不同，Rollups有著更大的設計空間可供探索。

說到擁堵問題，這是更特定于協議的，但我們還將看到EIP-1559扮演交通警察的角色，來規范每個數據分片上發布的數據量，以確保驗證者能夠處理這個數據量。如果你認為EIP-1559機制在一條鏈(eth1)上很酷，那么等到有64條分片鏈同時運行該機制時會更酷。那么，Rollups應該在哪里發布它們的數據呢？是將數據僅發布在單個分片上，使數據僅在該條分片上可獲取？還是發布在多個分片上，從而受益于計劃中的分片交錯出塊？其中，分片交錯出塊(shardstaggering)是Vitalik最近提出的想法，即所有分片輪流出塊，這樣Layer2項目(如Rollups)在發布數據時，距離一個新區塊的時間間隔不會超過幾百毫秒，這對于需要快速敲定的應用來說是理想選擇，詳見?。

撰文：BarnabéMonnot，以太坊基金會研究員

原文鏈接：

https://barnabe.substack.com/p/eth2

正文中涉及的鏈接：

:https://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698

:https://ethresear.ch/t/mass-migration-to-prevent-user-lockin-in-rollup/7701

:https://ethresear.ch/t/simple-approach-to-incentivizing-shard-staggering/9149

*本文首發于Unitimes?App*

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