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一文深度解讀以太坊 2.0

2019-12-06 標準共識 來源:區塊鏈網絡

Overview 概述  

V 神在布拉格以太坊開發者會議上表示,以太坊 2.0 即將推出,它可以將以太坊網絡處理交易的能力提高一千倍。此次 ETH 2.0 更新并非是對現有網絡的升級,而是完全革新以太坊的共識系統,對網絡的底層協議作出更大改變,特別是此次 ETH 2.0 將是共識協議 Casper 及分片技術首次的落地,會推動區塊鏈擴容技術向前發展,不斷達到商用的標準。此篇報告將為大家詳解以太坊 2.0 是什么以及更新了什么,以及為什么我們要關注它?

  Report 報告  

ETH 2.0 是什么?

 

以太坊 2.0 并不是對現有以太坊網絡的升級,而是一次全面的修訂和重新設計。并且整個更新計劃將持續很多年,直至完成最終的規劃目標。

相較于當前的以太坊網絡,ETH 2.0 有如下的重大變化: 共識機制由 PoW 轉移為 PoS,這將是備受關注的創新型 PoS 共識 Casper FFG 算法的首次落地實現。在 PoW 共識機制下,以太坊只有一條最長的鏈作為主鏈,而以太坊 2.0 網絡則擁有一條信標鏈和 1024 條分片鏈,以實現擴容。這些不同的分片鏈可以互相通信,并統一由主鏈信標鏈進行控制和驗證。ETH 2.0 鏈上的數字資產為 BETH,原來的 ETH 將在新的主鏈上無法使用。ETH 的持有者只能通過銷毀的方式,將 ETH 按照 1:1 方式兌換 BETH。原來的 ETH 將被銷毀,從而產生新的 BETH。這個兌換機制由以太坊 1.0 上的智能合約完成,并受 ETH 2.0 信標鏈的監控。Staking 將是 ETH 2.0 的重大功能之一,即用戶可以通過質押 32 BETH,成為 ETH 2.0 信標鏈的驗證人。 ETH 2.0 的設計目標   根據以太坊 2.0 白皮書,其設計目標如下: To minimize complexity, even at the cost of some losses in efficiency. 簡潔性:最大程度地降低復雜性,哪怕會導致效率有所下降。

  To remain live through major network partitions and when very large portions of nodes go offline. 強韌性:在主網分區之后,大部分節點離線之時,整個系統依舊能夠運行。

  To select all components such that they are either quantum secure or can be easily swapped out for quantum secure counterparts when available. 持久性:選用的組件要能夠抵抗量子計算,或是選用可替換型組件直到可用的抗量子計算組件出現。

  To utilize crypto and design techniques that allow for a large participation of validators in total and per unit time. 安全性:通過密碼學技術和設計技術提高驗證者的總人數和單位時間內的參與者數量。

  To allow for a typical consumer laptop with O(C) resources to process/validate O (1) shards (including any system level validation such as the beacon chain) 去中心化:允許處理能力達 O (C) 的消費級筆記本電腦處理/驗證 O (1)個分片(可能是系統上任何一層的驗證,如信標鏈)。 ETH 2.0 路線圖  

Ethereum 2.0 一共劃分為 7 個階段,其中 Phase 0 預計將在 2020 年年初發布。 Phase 0: PoS beacon chain without shardsPhase 1: Basic sharding without EVMPhase 2: EVM state transition functionPhase 3: Light client state protocolPhase 4: Cross-shard transactions: see here and morePhase 5:?Tight coupling with main chain security: here and morePhase 6:?Super-quadratic or exponential sharding 即將上線的 Phase 0 階段主要特點   Phase 0 核心是一個沒有分片和 EVM 的信標鏈  

ETH 2.0 的 Phase 0 階段主要是發布「信標鏈」, 信標鏈將成為 ETH 2.0 生態的中心,成為所有其他分片鏈的安全和驗證中心。

一旦完成部署,信標鏈將使用 Casper FFG 算法運行 PoS 共識機制。信標鏈的早期迭代被設計得盡可能簡單,因此 Phase 0 階段將沒有虛擬機 EVM,也不支持智能合約、賬戶和資產轉移,同時也沒有包含任何分片。

信標鏈上的 BETH 無法在鏈上轉移,這意味著用戶無法將其存放在交易所。

  BETH 新以太將是信標鏈上的 Token  

信標鏈上的數字資產是 BETH,當前以太坊主鏈上的數字資產 ETH 將無法在 ETH 2.0 的鏈上使用。 BETH 的產生方式主要有兩種:

1)通過 Stake,成為驗證人,獲得 BETH 獎勵;

2)原鏈上的 ETH 通過打入銷毀智能合約,按照 1:1 兌換出新的 BETH,原來的 ETH 則會被銷毀。

  將開啟 Staking 驗證人模式  

用戶可以通過在信標鏈上質押 32個 BETH 成為以太坊 2.0 網絡的驗證者。

在 Phase 0 階段,驗證者將只能對信標鏈上的交易進行驗證,因為這個階段,1024 條分片鏈還未出現。

從?Phase 1?階段開始,以太坊的分片功能將得到實現。驗證者就可以同時對 1024 個分片鏈上的交易信息進行確認。

信標鏈以及各分片鏈將使用新的 PoS 共識算法 Casper FFG 來確定最終區塊。Casper FFG 是一種權益證明算法,可以對惡意行為(如鏈中止和分叉)進行懲罰,如沒收該惡意行為發起者 Stake 的數字資產。

  驗證人機制  

分片的目的是在節點之間拆分狀態信息,而不需要任何節點掌握網絡全貌。因此沒有驗證者可以驗證所有分片。相反,信標鏈將協調分片的驗證工作。每個輪次(64 個區塊或者 6.4 分鐘),信標鏈將對驗證者進行混洗,并將他們分配給一個分片。分配到一個分片的一組驗證者被稱作委員會。委員會由 128 名成員組成。

在 Phase 0 階段,這意味著每 6 分鐘信標鏈就會重新混洗、選取一次,選出下一個六分鐘里承擔職責的委員會。

在?Phase?1?階段,信標鏈將為 1024 個分片分別指定一個驗證者委員會。這個方法看起來思路清晰但是實現十分復雜。它涉及多階段隨機數生成以及可驗證的延遲函數,以進一步阻止操控委員會選擇的企圖。

由于委員會的工作十分重要,ETH 2.0 隨機選擇委員會并且時常輪換委員會。委員會負責保證它們所在分片的安全性、活性以及完整性,并負責證明信標鏈上的分片狀態。

它們是信標鏈可以獲取分片狀態的唯一方式,反之亦然。隨機地從驗證者池中選擇組成委員會的驗證者可以最大限度地減少整個委員會撒謊的可能性。時常輪換委員會可以減輕惡意委員會可以造成的傷害。

所以對惡意驗證者以及試圖使自己利益最大化的驗證者而言,他們很難將委員會選擇作為攻擊網絡的工具。事實上,即使他們偶然獲得了對分片委員會的控制,他們的控制也無法超過 64 個區塊。

  Conclusion 結語  

以太坊 2.0 如果順利完成升級,將極大地促進區塊鏈技術整體向前發展,特別是解決了當前公鏈最大的難點擴容問題。但是,也必須認識到以太坊 2.0 更新整體跨度的時間比較久,技術創新度高且難度大,是否能夠能夠實現穩定、安全的新一代底層公鏈目標尚存在較大的不確定性。

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編譯者/作者:標準共識

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知識 以太坊2.0
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