什么是以太坊2.0？

预计将在2020年推出的以太坊2.0是以太坊公共主网期待已久的一场升级。通过本文了解什么是以太坊2.0并为下一个阶段的开发做准备。

以太坊2.0(Eth2) 是对当前以太坊公共主网的一场重大升级，旨在通过提升其性能来加速以太坊的使用和采用。

以太坊**2.0**简史

在以太坊社区中，以太坊2.0并不是一个新想法。改变以太坊底层的共识机制以解决 PoW (工作量证明) 区块链的限制，这是自以太坊区块链创世以来就存在的。在2015年7月以太坊主网 Frontier 发布之后，以太坊2.0紧随许多计划的以太坊主网升级而至，这些升级包括：

• Homestead (家园)，2016年3月
• Metropolis: Byzantium (大都会：拜占庭)，2017年10月
• Metropolis: Constantinople (大都会：君士坦丁堡)，2019年2月
• Istanbul (伊斯坦布尔)，2019年12月

相比于过去的升级，以太坊2.0的发布尤为重要，因为它将实现 PoS (权益证明) 共识机制，使网络摆脱当前的 PoW (工作量证明) 架构。

欲了解更多有关以太坊升级的历史，请参阅 A Short Historyof Ethereum 。

Proof of Stake

权益证明 (PoS )

权益证明(PoS) 是以太坊2.0最显著的变更，因为它改革了验证区块链的加密经济激励结构。以太坊当前的架构是由 PoW (工作量证明) 共识机制来维护的。PoW的组件是区块链社区所熟知的：它是迄今为止一些最大的区块链平台 (包括比特币、以太坊、莱特币等等) 使用的架构。在PoW机制中，矿工运行节点并投入计算能源来解决复杂的数学问题，以竞相挖出下一个区块。

矿工在PoW链上运行硬件所需的时间和资金以及耗费的电力是通过区块奖励来验证的，区块奖励将分配给成功挖出区块的矿工。PoW链是非常安全的；想要攻击一个像比特币或以太坊这样成熟的PoW区块链，所需的综合计算能力将花费巨大的成本，甚至可能根本不可能发生。

尽管非常安全，但PoW区块链却存在*可扩展性 ( scalability ) 和可及 性 ( accessibility )* 的问题。

可扩展性 (Scalability)：由于每个区块是按照顺序被挖出的，且每个区块中可以记录的数据量有限 (即一种称为区块大小的度量)，以太坊在给定的时间内只能处理数量有限的信息。如果待处理的交易数量超过了1个区块可以容纳的数量，那么剩余的交易就必须等到下一个区块，以此类推。这种可扩展性问题将通过以太坊2.0 PoS 网络上实现的Sharding (分片) 得以解决 [见下方]。

可**及**性 (Accessibility)：在过去十年中，我们见证了PoW矿工对于去中心化技术发展的推动和维护起到了根本性的作用。虽然PoW区块链很实用，但入场成为一名矿工的障碍是相当高的。个人必须购买并安装所有必要的硬件设施。为了从区块奖励中赚取可观的回报，可能还必须在电力成本较低廉的地区运行设备。另一个更深的层面是，公司和企业的电力成本往往会降低，这意味着单个矿工为了寻求盈利的最大化，将需要成立一家公司并购买足够多的挖矿硬件，以让自己的投入得到回报。几个最大的挖矿集团在竞争中超过了大多数普通的区块链用户，使后者无法参与到网络的维护中，进而导致了矿工的集中化问题。在以太坊2.0中，PoS 的目标之一正是为更多的独立验证者参与进来创造公平的竞争环境，让他们通过维护网络的真实性来获得共享的回报。

通过借助验证者(validators ) 并使他们在以太坊2.0上进行质押(stake)，PoS取代了PoW的两个主要组件 (即矿工&电力)。大致来说，验证者将取代矿工，维护达成共识的网络状态，并因随机地选择下一个数据区块而获得奖励。与PoW不同，PoS中的验证者会提交 32 ETH 作为“利益绑定”，而在PoW中矿工通过消耗电力来投入物理能源 (称为哈希算力) 以确认区块。

在以太坊2.0中，验证者将通过在官方的存款合约(deposit contract) 中进行存款来质押至少32 ETH，该存款合约由以太坊基金会开发。验证者将下载和运行以太坊2.0客户端软件。在运行客户端软件时，验证者将被随机选中在以太坊2.0区块链上提议区块和对区块进行证明。以正确的方式提议区块和证明区块的验证者，将以其质押金的一个百分比获得ETH奖励。

*以太坊基金会的* Eth2 存款合约： https://github.com/ethereum/eth2.0-specs/tree/dev/deposit_contract

在以太坊2.0中，如果某个验证者未能保持在线并执行其计算职责，那该验证者的区块奖励将会适度减少，以此来激励验证者尽可能地保持在线。如果某个验证者试图恶意地攻击网络 (即验证不正确的数据历史)，那该验证者的所有或部分质押的 32 ETH 将被罚没。在PoS 网络，用于抵御恶意参与者的加密经济激励机制更加强大。在PoW中，某次失败攻击的经济风险等同于攻击者为获得所需的哈希算力所消耗的电力成本；而在PoS中，发起攻击的成本等同于质押的ETH价值，因此惩罚金额也是如此。与更加抽象的电力成本相比，攻击者可能更担心直接拿质押的加密资金冒险来发起攻击。尽管失败的PoW攻击会导致电力成本的损失，而在PoS中的惩罚是罚没验证者的质押金，这相当于矿工在一次失败的攻击中烧毁了整个PoW服务器机群。简言之，PoS中为了网络的最大利益而行动的经济动机更加强烈。

虽然通过消除硬件成本，成为验证者比成为矿工的门槛更低，但事实上没有多少人拥有 32 ETH，或者愿意冒险质押近6000美元(撰写本文时 ETH 价格约为190美元)。此外，那些有足够的技术知识，有兴趣运行和管理客户端而不面临离线或潜在的资金削减风险的人，这部分人的数量并不广为人知。目前预期 Eth2 中将有两个解决方案来应对这些入场障碍。为了克服运行自己的客户端所需的技术知识，许多公司开始提供 staking (质押) 服务，他们将为质押了 32 ETH 的个人管理客户端的运行，以此来收取少量费用。而如果某个ETH持有者只想要或者只能够质押少于32ETH，那她可以加入一个质押池 (staking pol)，在那里她的资金将与其他人的资金聚集起来以达到要求的 32 ETH 门槛，然后根据她的总贡献按比例获得奖励。

PoS将在以太坊2.0升级的第一个阶段 (即所谓的阶段0) 推出。

阶段**0**

Eth2 将分阶段推出，从2020年的阶段0开始。阶段0将启动以太坊2.0网络的信标链 ( beacon chain )。信标链将实现PoS并管理验证者的注册，验证者将开始在以太坊2.0上证明和创建区块。

信标链要发布创世区块，必须要至少 424,288 ETH 被质押到网络上，也即至少需要 16,384 名验证者(确定这些数字是为了确保网络足够的安全性和去中心化)。只有当这个门槛值达到之后，Staking奖励才会进行分配，这就是阶段0的早期参与者需要进行一些利他行为的部分原因。[欲了解 ETH 持有者在决定是否质押ETH 时的想法，请参阅 ConsenSys Codefi 的以太坊2.0 Staking 报告]。

随着信标链的上线和PoS的实现，最初的以太坊PoW区块链将继续存在。事实上，在阶段0期间，信标链对于大多数以太坊用户来说并不是特别有用；此时的信标链无法处理交易、执行智能合约或者托管 dapp (去中心化应用程序)。根据设计，这样是为了确保在dapp和用户开始进行每天数以百万计的交易之前，PoS作为一个上线和运行中的网络经过了大量的测试。为了确保以太坊2.0的启动不会干扰当前的以太坊生态系统，当前的以太坊1.0链将会在阶段0期间继续并行运行并获得升级。在阶段1.5期间，这两条链将合并以确保连贯性，成为单一的以太坊网络。

阶段**1**

目前还没有阶段1的具体发布日期，但预计将在阶段0信标链推出之后的后一年发布。阶段1的主要改进是实现分片链 (shard chains)，也即上文提到的可扩展性解决方案。对于以太坊2.0来说，分片 (sharding) 将使以太坊区块链被分区成64 条独立的链 (称为分片链)，这些分片链彼此并行运行并无缝地互操作。分片通过允许以太坊同时处理多笔交易来解决可扩展性问题：理论上来说，一次处理64个区块。当前，以太坊 (以及其他的PoW链) 一次只能处理一个连续的区块，这意味着如果有交易被囤积，那么这些交易将必须等到下一个区块被处理时才可能被确认。而通过数十条同时交互运行的区块链 (分片链)，数据负担可以分摊到同时被处理的区块之上。

阶段**1.5**

阶段1期间的一个重要时刻就是将原来的PoW以太坊区块链与全新的PoS链合并。这个时刻在以太坊社区中被称为阶段1.5。具体来说，PoW以太坊区块链将被带入到以太坊2.0中，作为64条分片链中的其中一条与信标链一起存在，这意味不会中断连续性或数据历史。这也意味着ETH持有者将无需在以太坊1.0链和2.0链之间经历任何形式的代币转移或兑换；相反，他们将可以无缝地在以太坊2.0中使用他们的ETH，无需进行任何额外的工作，也不会面临自己的ETH被淘汰的风险。尽管原来的PoW链的历史记录将继续存在，但这条链将不再需要通过PoW共识机制来维护；它将与以太坊2.0上其他的PoS分片链一样运行。

阶段**2**

目前阶段2的定义比阶段0或阶段1更少。但我们确切知道的是，随着PoS和分片成功地实现，阶段2将能够实现ETH账户、交易、转账和取款，以及智能合约执行等功能。

阶段**2**以后

阶段2之后，以太坊区块链将不会停止其发展。阶段2之后的几年里，在增加以太坊网络的覆盖面和功能方面将有更多的机遇。欲了解以太坊长远未来将是什么样子，请查看Vitalik Buterin 关于以太坊路线图的贴文。

以太坊**1.x**

尽管如此，值得再次强调的是，预计以太坊2.0在阶段2实现之前不会完全地发挥作用。在此期间，以太坊生态系统将继续发展，以太坊将依旧需要应对来自开发者、dapp搭建、企业、政府等的需求。因此，至少在阶段1之前，以太坊PoW链将继续作为被称为以太坊1.x的形式存在。开发者们将继续致力于改进以太坊1.x链，即便以太坊2.0的未来正在被构建。

总结

以太坊2.0已经在其区块链生态系统中被期待已久并被广泛讨论。PoS和分片将极大地改进可扩展性、安全性和可及性。对于ETH持有者来说，以太坊2.0提供了新的机遇来参与维护网络并获得回报。对于想要使用32 ETH运行自己的验证者节点，或者想要通过第三方提供商来质押自己的32 ETH ，亦或者想要通过质押池将自己的资金与其他人聚集起来的人来说，以太坊生态系统将提供大量的产品和解决方案，包括 ConsenSys PegaSys 和 Codefi 团队。

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感谢 Mally Anderson ， *BenEdgington *和 James Beck 。

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