公链引领者 Eth2（上）

比特币从诞生到现在，已经过了 10 多年的时间，它的出现和发展，也让我们见识到了背后的区块链技术的强大。虽然比特币不断被打击和诟病，但它还是顽强地活了下来，并且所获得的全球共识也越来越广，尤其是在这一轮的牛市中，不但有大量的全球顶尖投资机构入场，而且已经有国家开始入场了，例如萨尔瓦多已把比特币当作自己国家的法币，除了萨尔瓦多之外，支持比特币的国家也将会越来越多。

比特币之所以能够顽强地存活下来，这与区块链技术的去中心化、抗监管等特性有关，比特币的确权和交易确认是由分散在世界各地的节点所共同完成的，如果某个节点由于某种原因被迫关闭，这并不会影响比特币网络整体的运行，比特币向我们展示了去中心化网络的强大之处。

虽然比特币所获得的全球共识越来越广，但它的定位基本上主要还是围绕着数字资产（被称之为数字黄金），和传统的中心化资产相比，比特币是去中心化数字资产的典型代表，只要掌握了私钥，没有任何人或组织能够没收、查封你的比特币，这与中心化资产有着本质的区别，正如李老师所说：比特币是人类历史上第一次用技术手段实现了私有财产神圣不可侵犯。

比特币的出现和发展，让更多人了解了背后的区块链及数字资产技术，比特币是区块链技术第一个也是最成功的一个应用，但强大的区块链技术不仅仅用于以比特币为代表的数字货币资产，它有着更为广泛的用途，例如以「世界计算机」著称的以太坊的出现，让我们再次见证了区块链技术的强大。

以太坊的横空出世开启了智能合约的时代，以太坊和比特币虽然都是区块链技术的典型应用，都是去中心化理念的产物，但它们的定位和发展方向却完全不同，它们从不同方向为我们展示了去中心化的威力和魅力。

数字资产方面的法律专家（曾是多家律师事务所的合伙人）、区块链早期投资人高素质蓝领（孙铭）曾说，如果说比特币的定位是「数字黄金」，在储值资产的道路上走得愈发坚定，那么以太坊等区块链则尝试提供超越公司的新的生产关系、组织形态和商业模式，改变的是社会经济运行范式。

以太坊开创的智能合约时代，服务端和客户端之间可以通过智能合约直接进行交互，大大缩减了中间环节，节约了社会运行成本，提高了运行效率，它优化了社会资源，改善了生产关系，而且重建了信任机制，降低了信任成本，从传统的人和人之间的信任模式转化为对机器的信任模式，它允许用户在不需要中心化平台的控制下，即可进行可信、可溯源的交易。

以太坊的出现是划时代的，以太坊的发展将向我们展示区块链技术巨大的应用空间。

纵观最近的两次大牛市，基本上都是和以太坊密切相关的，甚至可以说是由以太坊开启的，2017 年的大牛市是由 1C0 引爆的，而 2020 年启动的大牛市则是由 DeFi 所引爆的，无论是 1C0 还是 DeFi，它们都是从以太坊开启并爆发的，甚至于当下的热门赛道 NFT，也是最先从以太坊开始的。

在以太坊生态中，许多优质项目都是从  2017 年的 1C0 开始的，1C0 改变了传统的筹资模式，当然也难免充斥着骗局，技术是一把双刃剑，以太坊做为中立的技术，极大地拓展了它的应用边界，项目方可以通过以太坊的 1C0 发行 token 并进行快速融资，从而有充足资金发展自己的项目，个人投资者也享受到项目发展所带来的收益。

虽然 1C0 后来被多国禁止，但从某种程度上确实丰富了以太坊生态，当下多个经典的 ETH  DeFi 应用，也正是通过当年的 1C0 所孵化才发展起来的。

随着以太坊的不断发展，它的应用范围越来越广，各行业不同类型的 DApp 开始不断在以太坊上出现，去年爆发的 DeFi 让以太坊再次受到市场的瞩目。

从某种程度上说，去中心化金融 DeFi 的爆发是必然的，毕竟区块链技术和金融天生是相关的，区块链技术也更容易在金融领域落地，当下经典的 DeFi 应用例如 Uniswap、Compound、MakerDAO、AAVE、Synthetix 等，也都是诞生于以太坊，然后在这些经典 DeFi 应用的基础上，又诞生了许多衍生的 DeFi 应用，生态发展越好，基础设施就越完善，于是就会出现更多的 DeFi 应用，从而进入到一种良性循环的状态。

以太坊通过 DeFi 极大推动了区块链技术应用的大规模落地，更多有实际意义的 DeFi 开始出现在以太坊上，例如非洲一些贫困国家的人们，他们甚至没有银行账户，多年受到通货膨胀的影响，但是他们可以通过 DeFi 应用来降低通胀的侵袭，减少货币贬值的影响，提高自己的收益。DeFi 必将会影响未来的金融格局。

除了 DeFi 之外，当下热门的 NFT 也是从以太坊开始的，它开始于 2017 年以太坊上出现的加密猫游戏。除了 DeFi、NFT 热门赛道之外，更多领域的去中心化应用 DApp 选择了在以太坊上搭建和运行，以太坊上的去中心化应用也离我们的生活越来越近。

虽然以太坊取得了巨大的发展，但以太坊固有的性能缺陷也表现得越来越明显，例如它的 TPS 非常低，一秒钟大概也就只能处理 10 多笔交易，和中心化支付网络 Visa、PayPal 和信用卡等相比还有着量级的差距，而且 ETH GAS 费用非常高，这些因素都不利于区块链技术应用的大规模落地。

记得当年的加密猫应用，一度非常火爆，仅仅一个加密猫应用就拖慢了整个以太坊网络。从去年开始爆发的 DeFi 又再次遇到了网络拥堵问题，由于 DeFi 应用太过于火爆了，有时以太坊网络转账费用甚至高达上百美元，不但 GAS 费用高，而且在以太坊网络上有大量的待确认交易在排队，一笔转账交易有时甚至需要一天的等待时间。

一方面，以太坊生态爆发，大量的 DeFi、NFT 以及其他 DApp 类应用同时在以太坊区块链上运行，而另一方面，以太坊网络拥堵、GAS 费用奇高、交易速度慢等问题却一直未得到解决，以太坊网络性能缺陷已经成为生态持续发展的障碍。

为了解决以太坊区块链网络所遇到的性能瓶颈，于是 Eth2 诞生了。

对于一个非技术的 ETH 持有者来说，理解 Eth2 升级的内容还是有一些困难的，但起码我们可以通过理解 Eth2 的两大旗舰功能来一探究竟。

Eth2 的两大旗舰功能：PoS 共识机制和分片。

（一）Eth2 的两大旗舰功能

1. PoS 共识机制

以太坊区块链目前的性能之所以比较低，一个很大的原因就是它和比特币网络一样使用了 PoW 共识机制，为了从根本上提高以太坊网络性能，Eth2 升级中一个根本的改进就是共识机制从 PoW 转向 PoS。

在 Eth2 的 PoS 共识机制中，如果要成为验证人需要向系统质押 32ETH，也就是说只要持有 32 ETH 就可以成为 Eth2 的验证人了，然后以太坊网络从验证人池中随机选择验证人，被选中的验证人将有机会创建下一个区块，验证人因为参与以太坊网络出块而将要获得一定的 ETH 奖励。

当然了，以太坊验证人有赏罚分明的奖惩机制，验证人可以因参与出块而获得 ETH 奖励，但如果长期不在线甚至恶意阻止正常出块等，该验证人就会受到相应的 slash 惩罚，其质押的 ETH 将会被部分罚没，甚至可能会失去质押的全部的 32 ETH。

从上图（数据来源于：https://beaconscan.com/slots-slashed）可以看出，已经发生了146 起 slash 了，被 slash 的原因有 Attestation Violation、Proposer Violation。

以太坊网络的验证人出块奖惩机制，在一定程度上保证了以太坊网络的安全出块。

随着比特币在全球影响力越来越大，以比特币、以太坊为代表的 PoW 共识机制的区块链网络，越来越受到人们的诟病。比特币、以太坊等消耗电力资源越来越多，取缔的呼声也越来越高，例如我们国家为了实现碳中和的目标，已经采取了强有力的措施，之前大量分布在中国的 PoW 矿工已被迫迁到了海外。所以，以太坊的共识机制从 PoW 转向 PoS 也是大势所趋，PoS 越来越成为主流的共识机制，它不但更节能，更重要的是以坊区块链网络性能将会得到极大提升，从而可以承载大量的去中心化应用。

很显然，PoS 比起 PoW，还是有很多优势的。

首先，和 PoW 相比，PoS 共识机制消耗资源更少、更加环保，相对于 PoW 需要购买大量的矿机并消耗大量的资源，而 PoS 通过普通的电脑就可以运行，我们甚至可以在家里使用自己的电脑来运行 PoS 验证者节点。

其次，PoS 共识机制也是安全的。据 V 神介绍（https://www.chainnews.com/articles/627818205318.htm），如果想要成功攻击以太坊网络，那么基本上需要拥有相当于整个网络中质押的 ETH 数量，成功攻击以太坊的资金门槛还是相当高的。

例如，截止到写文时，信标链中质押的 ETH 数量为 593 万+，也就是说如果想要攻击以太坊网络获得成功，理论上需要拥有 593 万+ ETH，根据当前的 ETH 市场价格，593 万+ ETH 的价值为 890 亿，这不是一个小数字。对于攻击者来说，拿这 890 亿的资金来攻击以太坊网络，从经济收益上来说肯定是非常不划算的，与其攻击还不如想办法为以太坊网络增砖添瓦，参与以太坊生态建设，这样所能获得的收益反而会更多。

另外，PoS 从攻击中恢复要比 PoW 更容易，在 Eth2 的 PoS 共识机制中，是有很多针对攻击的相应措施的，例如自动「罚没」机制。

2. 分片

在Eth2 的升级方案中，另外一个重大的升级就是分片了。

分片改变的是区块链结构，使以太坊网络中的单个节点仅需储存整个网络的一部分数据和处理其中一部分交易，这样就可以实现并行处理，从而提高了可同时处理的交易数，即可提高扩展性了。

分片技术还是比较复杂的，但我们可以简单使用单车道和多车道做类比从而来辅助理解分片。

如果说 Eth1 是单车道马路的话，那么 Eth2 就升级成了多车道的高速公路，多台车辆可以同时行驶，增加的车道越多，则可以同时行驶的车辆就越多，公路的吞吐量就越高，即并行处理能力越强。

我们也可以使用超市的收银台来辅助理解，当只有一个收银台时，大家可能需要排很长的队来结账，如果增加到了两台，则理论上来说排队时间减少到一半，如果增加到四台，则排队时间就减少到原来的四分之一。

对于以太坊网络来说，当分片完成后，整个以太坊网络将不会像之前那样拥堵了，以太坊的网络性能将得到极大的提升。

通过 PoS 和分片，我们大概就能理解 Eth2 升级的主要内容了，下面我们看看 Eth2 升级主要有哪些阶段。

（二）Eth2 升级过程

Eth2 升级按时间顺序可以分为：信标链、合并和分片。

1. 实现信标链，已于去年 12 月份启动。

信标链为一条独立的区块链，它主要负责存储和管理验证者的注册表，并且实现了 Eth2 的 PoS 共识机制，信标链只会处理协议的共识层，其数据和应用层却是空的，信标链和原来的 Eth1 将会共同运行，以确保数据的连续性，即 Eth1 作为以太坊执行层，而 Eth2 的信标链则作为以太坊的 PoS 共识层。

目前 Eth2 正处于信标链阶段，在该阶段用户可以质押 ETH 获取收益，但质押却是单向的，即在此阶段抵押的 ETH 并不能赎回来，需要等到 Eth2 开启转账功能才可以。

2. 合并，预计将于 2021 年完成。

合并是指将当前的以太坊主网即 Eth1 由 PoW 共识机制完全升级为 PoS 机制，彻底结束 PoW  共识机制，以太坊从此正式成为一条 PoS 区块链网络。

3. 分片，预计将于 2022 年完成。

最初的计划是在合并之前处理分片链——以解决可扩展性问题。然而，随着二层扩展解决方案的蓬勃发展，优先事项已转移到通过合并将工作量（PoW）证明升级为权益证明（PoS）。

该阶段最主要的任务就是实现分片了，最初提议是实现 64 条分片，我们可以把它简单理解为把以太坊「分解」 为 64 条不同的区块链，从而实现并行存储、交易及信息处理等。在该阶段，将会有 65 条区块链并行运行，即信标链和 64 条分片链，而且它们之间会有通信机制。

根据 V 神的描述，虽然最初的设想是 64 条分片链，但理论上是可以达到 1024 条分片的，分片越多，性能当然就越高，但同时也会带来问题，带来更多挑战，至于最终分片数量是多少是可以调整的。

对于 Eth2 升级来说，在合并后还是有许多工作要做的，以太坊创始人 V 神曾在 ETHGlobal Merge 峰会上分享了合并之后的路线图，为了更深入的了解 Eth2 的主要功能，下面我们简单介绍下路线图中的主要内容。

（三）Eth2 后续规划

1、Rollup

如果说 PoS 和分片是从根本上改善以太坊的网络性能，那么 Rollup 则是从局部对以太坊网络进行优化和改进。

Rollup 的基本理念其实也很容易理解，用户将交易发给某个中央聚合器 (aggregator)，aggregator 首先对交易数据进行处理，对于那些和更新状态无关的数据，aggregator 会把它剔除掉，然后只发布那些和更新状态有关的数据，而且还会对这些与更新有关的数据进行压缩，经过这样的处理后，最终发布到链上的数据量就会大幅度的减少。

另外，把计算从链上挪到链下，也就是不会在链上进行计算，而是在链下进行计算的。例如在链下计算并产生了哈希值，然后只把这个哈希证明提交至链上，这样需要消耗大量资源的计算就不用在链上进行了。

说白了，Rollup 无非就是减少了提交到链上的数据量，因此，通过 Rollup 方案，大约 90% 的与状态更新无关的数据，以及可能大约有 99% 的计算数据，都是放在链下进行处理了，而放到链上的数据，大约只有 10% 与状态更新有关的数据以及可能还有 1% 的计算数据。经过一番这样的处理后，大幅度减少了最终需要提交到链上的数据。

对于以太坊网络来说，PoS 及分片实现并行处理已使以太坊网络性能得到了根本的提升，再加上 Rollup 进一步压缩交易数据，以太坊的性能就会得到一个很大幅度的提升，以太坊网络拥堵以及高 GAS 费用问题将得到解决。

2、安全改进

首先，增加隐私功能。

众所周知，区块链上的数据都是公开、透明的，无法篡改和删除，一切交易都可以在区块链浏览器上进行查询，虽然降低了信任门槛，但同时也带来了一系列的问题，例如涉及到个人或企业隐私的机密数据被公布到区块链上显然是不合适的，区块链虽然带来了公开透明，但隐私安全也是需要兼顾的，目前，许多区块链已经在改进隐私安全方面的相关问题了。

以太坊作为公链的先行者和引领者，Eth2 在隐私安全方面也做了优化和改善，例如隐藏区块提议验证人的身份等。

其次，支持 VDF，确保分配验证人的随机性，使作恶者更难破坏网络。VDF 全称为 Verifiable Delay Function (可验证延迟函数)，我们可以把它理解为与随机数有关的解决方案。

当然了，在合并后还有许多工作要做，并不局限于 Rollup 以及安全性的提升，例如还有合并后的清理工作、解决以太坊状态爆炸甚至防御量子攻击等。

作者：阿华区块链