以太坊:科普 | 以太坊 2.0 的未來藍圖及挑戰

-DannyRyan-

十月底于臺北矽谷會議中心舉行的?Crosslink2019Taiwan，吸引了來自世界各地的區塊鏈愛好者們齊聚一堂。第一天的議程，邀請到了以太坊基金會的核心研究員DannyRyan，會中分享了以太坊2.0目前的研究方向以及遇到的挑戰，演講的內容主要包含了以太坊2.0的架構，新的分片提案，執行環境以及雙向橋接等議題。

一、以太坊2.0的架構

-以太坊2.0架構-

第零階段

在

以太坊1.0中，使用

工作證明作為

共識機制，并借此產生新的區塊。為了要減少工作證明產生新區塊時，所需要的大量算力，以及所花時間過長的問題，以太坊2.0將改為

權益證明作為產生新區塊的共識機制。

第零階段會建立信標鏈，信標鏈就是以太坊2.0系統層級的鏈，當從以太坊1.0移轉到以太坊2.0時，信標鏈扮演著非常重要的角色，它是整個系統的基礎。

一旦第零階段完成，將會有兩個使用中的以太坊鏈。以太坊1.0鏈以及以太坊2.0鏈。在這個階段，使用者在1.0鏈把以太幣鎖到合約里以注冊公鑰，2.0鏈會承認合約內注冊的公鑰。但是，他們無法將該以太幣遷移回去以太坊1.0鏈上面，為了要執行信標鏈，你會需要一個信標鏈的客戶端。目前，許多團隊正在開發這些客戶端。

第一階段

第一階段會加入

分片鏈，在這個階段主要專注于分片鏈的數據結構，以及其有效性和共識性，分片鏈在這階段只當作數據鏈，并不會指定分片鏈狀態執行或帳戶余額。這比較像是對分片結構進行測試，而不是嘗試利用分片來對信標鏈進行擴展。在這階段，信標鏈會把分片鏈的區塊，當作沒有結構或意義的位元集合。以太坊1.0和以太坊2.0仍將同時存在，并且在以太坊2.0鏈上進行測試和遷移。

美國說唱歌手Megan Thee Stallion與Cash App合作發布比特幣科普視頻:美國說唱歌手Megan Thee Stallion與由Square開發的移動支付服務Cash App合作發布了一段名為“Bitcoin for Hotties”的視頻。該視頻從她的角度解釋了什么是比特幣，為什么比特幣有價值等內容。Megan Thee Stallion在Instagram上擁有超過2410萬粉絲，在 Twitter上擁有640萬粉絲。（Bitcoin News）[2021/8/8 1:41:10]

這個階段分片鏈會與信標鏈交聯，每個分片的當前狀態—“結合數據根”，會定期記錄在“信標鏈”區塊中，作為交聯。信標鏈區塊完成后，相應的分片區塊將被視為已完成，其他分片知道它們可以依靠這些區塊進行跨分片交易。

交聯是委員會的一組簽名，證明了分片鏈中的某個區塊，可以包含在信標鏈中。交聯是信標鏈“理解”分片鏈更新狀態的主要方式。交聯還用作異步跨分片通信的基礎結構。

信標鏈在每個時段中的每個分片，隨機選擇分片驗證者，分片驗證者只是用來在每個區塊的內容上達成一致，他們通過交聯證明分片的內容和狀態，分片中包含什么內容都沒有關系，只要所有委員會都達成共識，并定期更新分片上的信標鏈即可。

第二階段

第二階段會將所有功能開始結合在一起，在第二階段，會完成分片化，分片鏈從簡單的數據容器過渡到結構化鏈狀態，并將重新引入智能合約。每個分片將管理基于?

eWASM的虛擬機。它會支援帳戶、合約、狀態，以及Solidity中我們熟悉的其他抽象化，預計在第二階段之前或第二階段開發時，大家熟悉的工具需要轉換成支持eWASM的版本，以太坊1.0及以太坊2.0可借由雙向橋接來互通，會有可擴展的Layer1執行，借由無狀態執行，來提高執行速度。

二、新的分片提案

-新的分片提案-

以太坊2.0原提案所運作的機制，是以每個時期為單位，來進行交聯的動作，每個鏈上有1024個片，當需要跨分鏈交易時，由于是每個時期進行交聯，會有較大的延遲時間；新提案更新為每個時段都進行交聯的動作，并減少片的數量為32個，來降低跨分片交易時的延遲時間，每個時段都進行跨分片交易。

火幣推出《一分鐘讀懂DeFi》系列科普視頻:據官方消息，8月24日，火幣推出《一分鐘讀懂DeFi》系列科普視頻，并與微博財經合作冠名播出，布道DeFi認知，助力行業發展《一分鐘讀懂DeFi》是由火幣成長學院打造的業內首個系統全面講解DeFi的系列科普動畫，繼推出《區塊鏈100問》后的再續佳作。《一分鐘讀懂DeFi》系列動畫對DeFi的發展進行系統梳理，適合想要由淺入深、全面系統了解區塊鏈DeFi的人們輕松了解DeFi。目前視頻已由火幣網官方微博發布。[2020/8/24]

新提案的優點

對于以太坊2.0新提案的優點，首先新提案的片數量由1024個降至32個，降低了運算的復雜度，因為跨分片時間，從一個epoch降到一個slot，時間縮短的好處，是給DApp開發者及使用者更好的體驗。在原本以太坊2.0的設計中，需要復雜的手續費市場模型與樂觀解決方案，來實現跨分片交易手續費。但新提案改變了執行環境的設計，使得原本的復雜模型可以被大幅簡化。

新提案的交易

新提案只需要比之前的提案更少的

片，就可以啟動交易，可能會有更長的分片時段，更大的

分片區塊，目前更新到第零階段，第零階段測試網的測試，可能會有所延遲，新提案減少了第零階段發布所需的時間。

目前的想法

希望能給開發者及使用者更好的體驗，使用較大的分片區塊，來改進數據可用性，以及要降低開發延遲和第零階段發布所需花費的時間。

三、執行環境

-以太坊1.0簡易架構圖-

在之前設計的以太坊2.0和以太坊1.0中，狀態在共識機制里，扮演著非常重要的角色，共識機制會隨時去讀寫所有的狀態，不管是執行的概念、交易的概念、帳戶的概念、樹狀結構的概念、以及所有在數據結構中的概念，都深深地融入共識中。

上圖是以太坊1.0的簡易架構圖，在圖中我們可以看到共識機制及一條鏈，共識機制里包含了狀態及一個執行引擎，狀態里包含了狀態樹，在這里的執行引擎使用硬編碼規則，里面包含了執行交易、帳戶模型和帳戶結構，我們可以看到圖的右邊有一條鏈，鏈上面有交易數據，在以太坊1.0中，我們會在交易數據上執行共識機制，去修改和更新狀態。

TRON數字錢包科普資料《波場錢包的現在過去與未來》已上線:據最新消息顯示，由TokenPocket聯合波場TRON官方，以及 TokenPocket 社區志愿者共同撰寫的《波場錢包的現在過去與未來》已正式上線。《波場錢包的現在過去與未來》又稱為波場錢包小白書，詳細介紹了當前TRON錢包與TRON生態密切結合的實例，是目前市面上最為詳細的TRON數字錢包科普資料。波場錢包作為波場公鏈生態中極為重要的入口，是波場生態的重要構成要素。波場錢包從一開始只提供權限管理、轉賬收款、節點投票等基礎功能，到如今不僅可以為用戶提供法幣交易、閃兌和去中心化交易所等方便快捷的交易服務，還能讓用戶直接在錢包上體驗波場上DApp，挖礦、DeFi、Staking等資產增值服務。詳情見原文鏈接。[2020/8/20]

執行環境是一個單獨的虛擬機器，在以太坊1.0中，會有一個特定的帳戶模型，以及事先定義好的操作碼，礦工機制和狀態根，以太坊虛擬機就是一種特定的執行環境。

如果遵循?EIP的建議，開發者總是在要求新的操作碼，或著是更改礦工成本來支援他們的應用，像是Plasma和Zkrollup這樣的例子有很多，這樣就會需要修改EVM1.0的執行環境，才能支援到他們的應用程式。

但是在以太坊2.0的第二階段中，我們可以支持多個執行環境。也可以有多個狀態根，不同的帳戶模型等。舉個例子，你可以定義一個臉書幣執行環境，以便在以太坊2.0上運行Libra。或者，您可以定義一個比特幣執行環境，這樣就可以在以太坊2.0上運行比特幣。

-以太坊2.0簡易架構圖-

在以太坊2.0簡易架構圖中我們可以看到狀態根，它可能是32Bytes的Blob，上面有WASM的執行碼，可以在使用者層級中去做細部設定。圖片右邊有一個鏈，鏈上有一般的交易數據以及見證，見證實際上顯示在數據庫的區塊中，你需要針對該狀態而不是數據庫執行該筆交易，而且還需要證明數據對于當前狀態根是有效的。舉個例子，如果我們要在帳戶A和帳戶B之間傳遞數值，假設從帳戶A移動5以太幣到帳戶B，我們不能直接說帳戶和余額是確實可用的，在過程中，我們需要加入見證數據，來證明兩個帳戶當前的狀態，當執行碼正在執行交易數據時，狀態根可以修改和更新狀態樹。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

執行環境并不是共識機制預先定義好的，他可以在使用者層級上去做新增，我們也可以把以太坊1.0復制一份到以太坊2.0的執行環境中，將現有的狀態根放入EVM直譯器，用默克爾見證驗證器來當作他的執行碼。

在原先的提案中，狀態和共識息息相關，且執行帳戶和共識中包含了狀態樹結構；而在新的提案中，執行環境為無狀態模型，高度抽象化的，并且它的可擴展性，相較原先的提案高出非常多。

執行環境的優點

執行環境有許多優點，相較于舊系統，它也許可以更快地將產品推向市場，因為我們不必等到核心共識推出之后，才研究并發展這個概念，在Layer1會有更少的阻礙，它可以在各種應用上，使用具高擴展性及數據可用性的執行引擎，所以未來會長期使用這個核心基礎層。

執行環境的設計完成，讓以太坊1.0到以太坊2.0的遷移，有了更清楚的方向，使用執行環境比較不會有技術隨時間遷移而過時的問題產生。

執行環境交易

對于執行環境交易，開發者及使用者可能會覺得太抽象，對什么是執行環境感到困惑，像是這一層加了什么？應該在這一層做什么？誰應該寫執行環境？而且相關的開發規范會趨向更嚴格的形式。

虛擬機可能會有潛在的碎片化問題，進而影響到交易速度。

目前的想法

目前所有的研究都是正向發展的，還有充裕的時間，嘗試并更好地了解設計空間，未來會多花一些時間，在建立更好的執行環境通訊機制上面。整體來說，現階段的進度，對于未來是重要的里程碑。

四、雙向橋接

最后一個主題，主要討論開發雙向橋接是否是值得的？團隊可能可以在什么時間點，來去做雙向橋接？

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

-單向橋接示意圖-

講者先前提過的提案中，以太坊2.0最初有一個單向橋接，所以你可以從以太坊1.0轉換到以太坊2.0，但是最初的架構不允許回傳，這主要是出于幾個原因，這需要我們將以太坊1.0的發展與以太坊1.0和以太坊2.0的硬分叉緊密結合，并把兩個系統置于互相影響的風險之中，因此團隊認為以太坊2.0在發布且穩定之前，將兩邊緊密耦合是不明智的。

單向橋接的問題

月初在日本大阪舉行的Devcon5上，橋接的問題受到了廣泛的討論，原提案的

單向橋接模式，會有驗證者流動性的問題，而且更重要的是，它可能會引發以太坊1.0和以太坊2.0之間的可替代性問題，如果我們允許以太坊2.0上的流動性，那么某種形式的轉移機制，就會在將以太坊1.0分叉到以太坊2.0之前，或著是在雙向橋接之前產生，交易所中很可能會同時有兩個幣，團隊和整個驗證者社區都很擔心這個問題，目前正在找尋減輕這個問題的方法。

另外也希望鼓勵大家，在這些早期階段進行驗證，但是在早期階段進行驗證，肯定會有很高的風險，因為存在未知的鎖定期，因此也希望找到方法減輕這種風險。

雙向橋接

-雙向橋接示意圖-

雙向橋接目前可能的路線有兩條，一種是在以太坊1.0上面，建立以太坊2.0的輕節點；另一種是在以太坊1.0上運作以太坊2.0的全節點。

路線Ａ：在以太坊1.0上，建立以太坊2.0輕節點

-路徑Ａ示意圖-

這個路線需要在實際的EVM中支援?BLS-12–381，會花費很多開發時間，而且它只提供輕量客戶端層級的安全性。當驗證者在2.0鏈上產生提款交易的收據時，我們會拿到以太坊2.0的輕量客戶端證明，一但收收據的區塊在以太坊2.0上敲定了，你就可以在以太坊1.0的合約上提款。不過，這可能不是團隊最終選擇的路線。

路線Ｂ：在以太坊1.0上，運行以太坊2.0的全節點

-路徑Ｂ示意圖-

第二種路線，會在以太坊1.0的節點上，運行以太坊2.0的全節點，這個路線允許我們使用敲定性機制，因此，我們不僅可以使用這種機制，來促進以太坊1.0和以太坊2.0之間的轉移，我們也可以利用驗證者的安全性，來保護以太坊1.0鏈，我認為大家對此感到非常興奮，這通常被稱為“敲定性小工具提案”。

但是還是需要一種機制，去輸出以太坊2.0狀態根在以太坊1.0上，所以有一些以太坊2.0社群的討論，在研究如何實作它，可能會包含礦工機制。

輸出以太坊2.0狀態根的另一個優勢，是以太坊1.0有穩固的機制可以實現它，以及同時擁有以太坊2.0的高擴展性及數據可用性，可以做一些有趣的應用，像是ZKRollup和OptimisticRollup。

雙向橋接的優點

如果你在交易所中，列出以太坊1.0以太幣和以太坊2.0以太幣，它們的價格應該一樣。如果不一樣，你可以用較低的價格買一個以太幣，把他發送到橋上，然后以較高的價格獲得另一種以太幣，并把它出售。這種套利會使它們的價格保持不變，這樣會讓用戶，驗證者和開發人員感到困惑，雙向橋接可以防止兩邊的貨幣借由套利的形式，來互相轉換。

雙向橋接的交易

但是還是有一些權衡在這里，盡管對以太坊2.0的設計非常有信心，團隊還是希望在影響到以太坊1.0的安全性和風險狀況之前，先在生產環境中得到驗證。

雙向橋接是一種緊密耦合的共識機制，對于兩邊鏈的攻擊及產生的問題，都會影響到另一邊的鏈，協定的開發勢必會非常煩瑣，我們需要考慮到每個協定的安全性，如果我們越早開發協議，那么我們實際上的進度就越少，當每個障礙隨著時間發展，它們就會相互阻礙，這讓以太坊1.0在這一點上的開發速度比以太坊2.0慢得多，因為實際用戶群存在很多擔憂，并且需要大量的協調，才能在我們的生產網絡上獲得硬分叉。

所以，如果我們越早將這些東西連在一起，就可能會減慢以太坊2.0的開發和分叉周期，并且這增加了一些額外的開銷，換句話說，驗證我們可以鏈接客戶端的開銷是相對的。

目前的想法

我們應該會在加入驗證者流動性之前啟用橋梁，但是會等到第一階段的產品穩定之后再開放；同樣的，有很多相關的研究都在同時進行，這可能會影響到，何時完成這個操作。

名詞解釋：

EIP：EIP是以太坊平臺的標準，其內容包含了核心協議的規范，客戶端API以及合約標準。

epoch：在以太坊2.0中，epoch指的是時長6.4分鐘的時間單位，每個epoch包含32個slots。

Slot：每個時段為12秒，不一定每個時段都能產生區塊，而epoch中最后一個slot稱為邊界時段，或稱為檢查點?。

Solidity：Solidity是一種合約導向的語言，主要用來開發智能合約。

Consensus：共識機制是區塊鏈為了在各節點間達成共識，所開發的演算法。

Validator驗證者：驗證區塊的節點，由信標鏈在每個時段為每個片隨機產生。

Gas：交易所需的費用，當Gas消耗完時，智能合約會終止并進行Rollback。

EVM：EVM中文為以太坊虛擬機，是一種輕量級的虛擬機環境，Eth1.0中智能合約的運行環境為EVM。

Dapp：在以太坊中，基于智能合約的應用都稱為去中心化的應用程序，即Dapp。

ether：以太坊的貨幣名稱。

Finality：「敲定性」是Casper中的概念，是一種透過驗證者投票，在鏈上產生不可回朔的檢查點的機制。

Libra：臉書提出的加密貨幣，預計于2020年發行。

MerkleTree：?MerkleTree由計算機科學家RalphMerkle所提出，中譯為默克爾樹，因為是由哈希函數形成的樹。

參考:?

EthereumImprovementProposals

參考:?Two-waybridgesbetweeneth1andeth2

參考:?Ethereum2.0Phases

參考:?ethfans

參考:?eth2quickupdate

感謝DannyRyan、ChihChengLiang、JuinChiu、Hsiao-WeiWang、YahsinHuang、和JerryHo。

原文鏈接:?https://medium.com/taipei-ethereum-meetup/eth2-0-roadmap-70e1c23f139f作者:?FrankLee

本文首發于TaipeiEthereumMeetup的Medium站，EthFans經授權轉載，為符合大陸讀者的習慣，進行了簡繁轉換并將部分術語改為習慣用法。

Tags：以太坊ETH區塊鏈EFIilv幣未來會超過以太坊嗎ethnographyinbusiness區塊鏈包括哪些方面DEFILANCER

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