分析 | 小白如何读懂ETH2.0升级？

以太坊发展的四个阶段

据ETH基金会官网发布的消息，ETH网络将在区块高度达到9,069,000时进行升级，预计升级时间于2019年12月7日。

当以太坊网络于2015年首次启动时，该项目的长期路线图分为四个阶段。每个阶段都由一组以太坊改进提案（EIP）定义。这些是以太坊社区提出并批准的建议。这些提案为各种以太坊客户和开发人员创建了指南。例如，以太坊的当前版本称为君士坦丁堡，它是通过总共四个EIP创建的，旨在提高网络的安全性，隐私性和可扩展性。

以太坊的第一阶段被称为 Frontier。该版本于2015年发布，是该网络的第一个实时版本。Frontier允许用户和开发人员挖掘Ether，构建Dapp和工具，并尝试使用新平台。

以太坊发展的第二阶段是Homestead。Homestead于2016年3月发布，是第一个以太坊网络的生产版本。它为协议提供了许多改进，这些改进将成为将来升级和提高交易速度的基础。

以太坊发展的第三阶段和当前阶段被称为Metropolis。Metropolis已分为两个版本，拜占庭和君士坦丁堡。Byzantium于2017年10月发布，比以前的版本更轻，更快，更安全。一些特定的升级包括更可预测的汽油价格和更易于开发人员编程的程序。拜占庭还通过允许以太坊开发人员对zk-SNARK（零知识的简洁非交互式知识论证）进行高效的链上验证来提高隐私性。尽管乍看之下，zk-SNARKs的首字母缩写看起来似乎很复杂，但是系统使用了一个相对简单的概念，即零知识证明。这种方法可以证明陈述的真实性，而无需揭示陈述试图证明的内容以外的任何内容。例如，我可以向朋友证明我知道手机的密码，而没有实际向他们透露密码。拜占庭的更新还更新了采矿调整，称为“难度炸弹”，随着预期过渡到权益证明系统，采矿将随着时间的推移而变得更加困难（稍后会详细介绍）。君士坦丁堡旨在进一步完善这些改进。尽管君士坦丁堡的原始发布日期定于2018年11月，以太坊的领导者和开发人员决定将其发布推迟到2019年，最终于2019年2月28日发布，发行量为728万。

以太坊的第四阶段，也是最后的阶段，被称为以太坊2.0或Serenity。这是迄今为止最雄心勃勃的升级，应该可以改善网络的几乎每个方面。Eth 2.0计划在2019年至2021年之间分四个阶段发布，尽管此时间表可能会发生变化。为了充分了解Eth 2.0的重要性和重要性，我们首先需要研究当前以太坊网络面临的主要问题，这是Eth 2.0试图解决的问题。

以太坊面临的当前问题及ETH2.0解决方案

1. 以太坊网络当前面临的最重要的单个问题是可扩展性。

以太坊网络支持数百个分散的应用程序，并且需要每秒处理大量交易。添加更多节点不会增加网络的可伸缩性，因为每个节点都需要验证每个交易信息。以太坊网络的使用增加，包括创建更多的Dapp和执行更多的交易，导致交易时间和成本持续增加。这使得以太坊网络变慢并且使用起来不太方便。在最近的速度测试中，该网络每秒仅管理20个交易信息（去年，各种消息来源表示每秒12至45个交易信息）。相比下，为了使网络能够被广泛采用，大规模增加可扩展性的努力对于以太坊2.0的开发至关重要。在研究了其他几种选择之后，以太坊团队决定采用称为分片的过程，这是网络可扩展性的最佳解决方案。诸如等离子链和状态通道之类的脱链解决方案也可能会用于减轻主网络的负载并进一步提高可扩展性。

2.Eth 2.0将解决的另一个主要问题是效率和环境可持续性。

像比特币和许多其他区块链网络一样，以太坊目前依靠工作量证明（PoW）共识协议来确保其网络的安全性。PoW系统的主要优点在于，验证新块是否属于链条是一个非常快速且相对简单的过程。但是，为了确保网络的安全性并防止欺诈，对于矿工来说，找到正确的哈希输入在计算上是昂贵的。只有一个矿工会找到正确的哈希值，因此实际上并没有使用其他所有矿工完成的工作，这加剧了这一事实。结果也有着明显的缺点，PoW共识需要大量的计算能力和电力，并且效率很低。

PoW协议需要大量的能源，这降低了采矿的利润，并可能对环境和系统的长期可持续性产生了严重的负面影响。

PoW协议很重要，因为它们可以创建早期的区块链网络，但是效率很低。它们还容易受到市场垄断的影响，因为它们为拥有更多资源的行为者赋予不公平的优势。有钱有势的个人和组织可以买得起更多更快，更强大的计算机，这使他们有更大的机会成功解决每个密码难题并获得奖励。例如，大约65％的比特币开采是由5个矿业集团完成的，他们在理论上可以联合起来控制超过50％的市场。比特币矿工使用昂贵且专门的专用集成电路（ASIC），这导致了比特币采矿的工业化和部分集中化。由于以太坊挖矿通常是使用许多家用计算机中的图形处理单元（GPU）进行的，因此集中挖矿的风险不如比特币那样大。但是，最近已经为以太坊发布了ASIC，并且由于目前依赖的PoW协议，以太采矿仍处于集中化和垄断的危险中。这就造成了一种情况，即比特币，以太坊和其他区块链网络的分散程度不及最初的预期，这危及了它们的独立性和实用性。

Eth 2.0正在设计中，旨在将网络从工作量证明协议过渡到称为Casper的权益证明（PoS）协议，该协议旨在解决效率和可持续性问题。由于2017年通过Byzantium更新引入了炸弹开采难度调整，这一过渡将变得越来越重要。炸弹将使POW开采以太币变得越来越困难，直到最终变得不可行为止。该设备是在Serenity从PoW过渡到PoS的过程中引入的，这也是该更新对以太坊社区如此重要的另一个原因。

3.Eth 2.0将解决的最后一个主要问题是速度和可用性。

这与将通过分片解决的可伸缩性问题相关但不相同。分片的引入应该消除最显着的交易速度和吞吐量瓶颈，但是另一个瓶颈是由以太坊虚拟机（EVM）本身引起的。EVM本质上是执行代码并允许网络正常运行的以太坊的基础结构。EVM负责以太坊网络的内部状态及其所有计算。EVM还确保以下信息准确无误：账户信息，例如余额，当前GAS价格，地址和区块信息。此外，机器必须跟踪以下组件：区块信息，存储状态，虚拟机也处理上所写的密实度/ Vyper的并编译成独特的EVM字节码的所有ETH智能合约。然后，合约由网络上的每个节点执行。

因为它负责以太坊网络的许多重要方面，所以虚拟机能够执行任务的速度对网络本身的整体速度和可用性有重大影响。到这个瓶颈通过的Eth 2.0先进的解决方案被称为Ewasm（ETH WASM）。Wasm是W3C社区组开放标准指令集，目前由Google，Mozilla，Microsoft和Apple的工程师开发。除了提高速度和吞吐量之外，Ewasm还可以提高以太坊网络的安全性和可用性，并带来其他一些好处。

Serenity版本的长期目标：抵抗天灾人祸

以太坊开发人员贾斯汀·德雷克（Justin Drake）在2018年Devcon上的演讲中解释了团队如何希望Eth 2.0能够“生存在第三次世界大战中”或类似的情况，即多达80％的节点立即脱机。在其他不太极端的情况下，这也很重要。例如，一场或多项与气候变化有关的重大灾难可能会在数小时之内击垮大部分节点，或者像中国或美国这样的主要大国可能决定禁止以太坊和其他区块链网络，并尝试在他们的国家消除这些网络节点。

Eth 2.0可能会遇到的另一种情况是量子计算的到来。目前，美国，中国与其他主要大国和公司之间正在进行一场技术竞赛，这将是第一个发明生产量子计算机的人。在这一点上，问题不在于是否，而在于何时。无论何时出现，量子计算机都将比最先进的传统计算机成倍地强大。这将使大多数现有的网络安全（包括加密和区块链技术）相对无防御且易于破解。因此，对于新的和将来的区块链网络，尽一切可能（在传统二进制计算的限制内）以防止量子计算机的出现，这一点很重要。