图解以太坊发展路线

来源 | barnabe.substack.com

作者 | Barnabé Monnot

以下内容改编自 4 月 9 日 (周五) 的演讲

本文讲的是通往以太坊的未来之路。Eth2 开发者团队将当前的以太坊称为 “eth1”，也就是现在我们所熟知的 PoW 链。而未来的以太坊既不是 eth1，也不是 eth2，而是...以太坊：

让我们来梳理一下现在的以太坊：

图：当前以太坊 (eth1链) 的运作方式

用户想要做一些事情 (“进行交易”)，因此将其交易发送给矿工，矿工把它们打包成块并添加至一条不断增长的链中。矿工运行 PoW 共识机制 [1]，以决定谁来添加下一个区块， 并执行区块中的交易，以确保交易是有效的。

图：PoS 机制代替 PoW 机制

PoW 也不全是糟糕的，但我需要一个吸引人的题目

PoW 需要大量硬件运行密集的计算，造成了过高的能量消耗。我们并不会像大多数加密货币批评者那样谈论资源浪费 (他们通常的说辞是“为什么我们要用一种消耗国家资源的支付系统”？)，我们所倡导的是，既然我们能够以相对较小的消耗去做同样的事情，那我们就应该这样做。

所以我们选择向 PoS 过渡，仅用一个小型服务器代替大量的挖矿设备，用验证者代替矿工。

图：如果他们没有做好第二步的验证工作，他们将会损失资产

那第二步是怎样运作的？验证者到底在验证什么？

图：将以太坊的活动分为两部分 (共识层和执行层)

共识层确保每个人就某个正确的数据达成一致。而执行层实际上会解释这些数据，使其有意义。“数据”即与区块链任何形式的交互，如，部署一个合约、在交易所进行交易、发送支付交易等等...

区块链的核心是在链中添加新的区块。当有新的区块添加时，该区块之前的状态会向区块后的状态迁移。这个状态汇总了从区块 0 到 N 的所有数据。

例如，如果该状态保存着记录 Alice 和 Bob 余额的账本，而新区块包含了 Bob 向 Alice 支付 10 代币的记录，那么这个新区块被添加至区块链之后，状态将会记录新的余额信息。“State after block N+1” (区块 N+1 之后的状态) 那个图中右边的虚线斑点就代表着添加了新区块之后的变化，这时可能会修改现有状态 (例如，Alice 和 Bob 的余额)，或创建新的状态 (部署一个新的合约，或将 Carol 添加到账本...)

第一步将共识层与执行层解耦；第二步从 PoW 向 PoS 转移

Rollups 和 eth2 主要为了解决上图计划中的第一点：去除共识层与执行层的相关性。那么这项工作的进展如何？

图：第一步已完成

自 2020 年 12 月以来，我们同时拥有着两条链在进行：

➤ 第一条，是 PoS-共识链 (又名，信标链)

➤ 第二条，是我们可靠的 PoW-共识+执行链 (又名，eth1)

他们同时运行，但他们也可以相互通讯。但是，目前还没有实现这种功能...

图：如何成为一名验证者

想要成为 PoS-共识的验证者，PoW-共识+执行链上的用户需要在存款合约中锁定 32 ETH，这会自动转移到 PoS-共识链中。一旦验证者被激活，他们就可以开始验证工作和获取奖励了。

图：合并

这种无法通讯的情况希望不会持续太久。“合并”将 PoS-共识链和 PoW-共识+执行链永久地桥接起来，也就是说验证者可以为执行层生产区块。合并后，我们拥有两种链：

➤ PoS-共识链

➤ 一条基于 PoS 的执行链 (即 “eth1” 链)

合并之后，PoS-共识链的验证者将能够赎回以及提现他们的质押存款和奖励，并将其发送回到基于 PoS 的执行链中。[2]

因此我们需要从 PoW 环境中转向完全成熟的 PoS 环境。但是请注意，这一转变并没有怎么提高区块链的带宽 (一个区块打包多少执行交易)，这是分片要解决的问题。在此之前，让我们来讨论一下，当我们只有一条执行链时，有哪些方法可以提高执行的可扩展性。

图：将执行放在链下；将数据放在链上

(颜色总结：共识=紫色，执行=绿色，数据=黄色)

说到 rollups，这是众多可用的扩容解决方案之一，但从协议设计的角度来看，这种解决方案可能提供了最优的折衷方案。这种方案的想法很简单：通过将数据存储在链上 (这些数据用于重建状态转移的执行) 来综合地处理状态转换，并且将状态的执行放到链下。如果有人不同意执行的结果，或者有人一开始就忘记执行，数据就在链上供所有人使用 (可以重新计算)，这是完全无需许可的！

更准确地说，执行所需的数据 (交易输入) 与其载体 (交易) 分离，并以节省空间的方式 “捆绑”起来。同时，rollups 在执行链 (eth1) 之外运行，提交并执行数据。

图：已有几个 rollups 方案部署，还要更多正在研发中

用户需要往执行链 ("eth1") 上的 rollup 合约质押一笔资产，才能够进入到 rollup 里，用户可以在里面进行交易。完成之后，用户可以将资产从 rollup 中转回到执行链中。

Rollups 的替代方案是什么？大家看一下上图，让我们来假设一下，如果我们用一串串平行的红色来代替那些垂直的黄色链会怎样？比如说，如果我们复制了几条 eth1 链，然后它们之间并排运行会怎么样？

这里的问题是如何处理并行运行的多个执行链。如果某条链上发生了什么事情，而其他人需要知道怎么办呢？这是分片面临的一个非常棘手的问题，或者说对于在多个链中执行的方案来说都需要克服的问题。

"Rollups 之间并没什么不同"，读者可能这么认为，本质上来说这没什么错。但是当你想要从一个 rollup 转到另一个 rollup 上进行交易时，同样棘手的问题又出现了。然而，关键在于，现在已经存在几种 rollup 设计了，并且这些解决方案的可探索空间仍非常广泛。既然如此，为什么不让 rollups 先进行试验，然后再引入一种协议级别的方法呢？

这让我们来到了...

图：使用分片来存储 rollup 发布的数据

读者应该听说过区块空间不足的事吧？Rollups 确实需要发布它们的数据，但是 eth1 区块空间十分稀缺！而且，就像我们所讨论过的，跨分片是非常难的。那为了解决这个问题，我们可以用分片来保存 rollup 需要发布的数据。届时很可能会有 64 个分片，即现在可用带宽的 64 倍。而且一个分片区块可能会比 eth1 链区块当前能够容纳更多的数据量。

我需要强调一下，这并不意味着我们将永远排除执行分片这个方案。以 rollup 为中心的以太坊路线图是我们中短期的发展目标，直到我们找到更好的加密基元，以保证能够实现跨多条链的执行分片。这个方案很吸引人，需要团队很多人花费很长的时间去研究。与此同时，我们可以使用 rollups。

图：每个 rollup 都有自己的执行环境

这方面还有很多工作要做！首先我们不要忘记，“合并”和“数据分片”都是非常复杂的工作，需要多个团队同时从事其中一项或两项工作。但在 rollup 方面，也仍有一些有趣的问题有待探索，我仅列出了一部分：

➤ 实现用户和 rollups 之间的大规模迁移是一个很酷的概念。如果用户有足够多的公共交通工具令其往返 Layer1 (eth1) 和 Layer2 (rollups)，那么为什么还要自己开车往返呢？这非常不经济。

➤ 如果用户觉得可以在另外一个 rollup 上做一些更酷的东西 (ta 所在的 rollup 是没有的)，难道 ta 一定得先提现至 L1，然后再从 L1 中存款进这个 rollup 中吗？这未免太浪费了。

➤ 对于当前的链上操作来说，rollups 极大地提高了网络带宽，这是毫无疑问的。但是 rollups 仍不是用户所期望的无限高速公路那样。仍有很多人想要在 rollups 上做很多事情，有时甚至是同时做的！因此 rollups 将不可避免地面临拥堵问题，但与 L1 这个尤其拥堵的市场不同 (很快就会上线 1559 了)，rollups 的可探索空间更加广泛。

➤ 说到拥堵问题，虽然这更特定于协议层面，但是我们还将看到 EIP-1559 扮演交通警察的角色，来规定每个数据分片上发布多少数据，确保验证者可以处理这个数据量。如果读者觉得 eth1 上运行 EIP-1559 很酷，那么请期待届时会在 64 条分片链上同时运行 1559。那么，rollups 应该在哪里发布它们的数据呢？是仅发布在单个分片上，使数据仅在该分片上可获取？还是说发布在多个分片上，这样就可以受益于计划推出的“错开分片区块生产” (shard staggering) 方案？这个方案由 Vitalik 提出，即分片轮流出块，这样发布数据时，距离新区块的生成时间为几百毫秒以内，这对于需要“快速敲定”的应用来说是理想选择。

特此感谢 Danny Ryan 和 Sacha Saint-Leger 的建议。

[1] 我听说 PoW 不是一种共识算法，但我认为如果使其定义超载了，将其描述为共识机制是没有问题的。

[2] PhiGo 在推特写道，合并后 (PoW 退出以太坊) 不一定就可以提取质押存款。的确，目前合并计划更专注于合并部分，而“提款”问题是一项独立但相关的研究工作。

原文链接：https://news.ethereum.cn/Eth2/the-road-to-ethereum

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