今日推荐 | 一篇文章了解以太坊2.0目前的发展现状

特别感谢 Sacha Saint-Leger、Joseph Schweitzer、Josh Stark 和 protolambda 的教导。

我花了很多个人时间来解释和回答有关以太坊 2.0 的问题，真的很多。 一些是技术深度解读，帮助技术贡献者理解我们的研究和技术规范； 但更多的是回答整个社区关于 Eth2 的进展、方向、动机、设计决策和延迟发布的问题呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜呜

但这种动态的、对话式的方法虽然有价值，但让社区中的许多人感到困惑。 而且，我个人不得不一遍又一遍地回答同样的问题，更可怕的是，6 个月后我仍然被问到完全相同的问题！ 显然，信息沟通存在问题。 这些信息存在，但散布在整个网络上——从研究帖子、技术规范到规范解释、公开会议、公共沟通渠道、reddit 论坛帖子，再到基金会博客。

在 Devcon 5 之后，我第一次尝试弥合这一信息差距是通过撰写“Eth2 更新速览”博客系列。 这个系列的博客提供了很多小片段来帮助读者理解Eth2.0，但是我逐渐意识到这些博客并不能帮助大家真正做到全景式的理解。 虽然这个更大的图景经常在音频播客、AMA（问答活动）和会议中讨论，但以书面形式描绘它是有帮助的。

所以我来了！ 本文想为我们社区——以太坊社区——的每一个人提供 Eth2 发展状态的全景图：我们现在正在开发什么，可能开发什么，以及你应该注意什么。 我将提供恰到好处的技术解释，以帮助您了解我们的目的、我们的愿景、项目的当前状态、需要完成的工作，并尽量不让您在数学术语和我们的行话中感到窒息。

这篇文章对已经深入了解以太坊，但对 Eth2.0 了解不多的技术人员也应该有用。

别着急，我明白了，整个项目又大又复杂以太坊爱好者，遇到问题就不停地解决，似乎看不到尽头。 希望本文能帮助您更好地了解未来会发生什么。

已经很了解 Eth2 的朋友不要错过这篇文章——你可以从更广阔的角度了解我们所处的位置，以及我如何看待未来可能的发展。

免责声明：本文仅代表本人对以太坊2.0目前进展的个人看法。 有许多不同的声音和观点推动着 Eth2 的不断发展和进化。 本文只是我个人解读的一个缩影。

Eth2，WTF

Eth2 是一种可扩展的权益证明基础设施。

如果你在过去六个月里听过我的演讲，那么你不止一次听过我这样说过。 Eth2 是为以太坊构建的，最终将成为以太坊本身。 Eth2 旨在为当前的以太坊主网提供一个更安全和可扩展的环境，并且将以不会导致分片的方式进行部署。 同时也为我们的持续改进提供了升级的环境。

早在以太坊推出之前，很明显单一的区块链模型无法提供足够的“带宽”来成为新的去中心化互联网的骨架。 以太坊相关的权益证明研究和分片研究可以追溯到2014年，也就是以太坊的早年（当时以太坊还没有起步）。 权益证明协议和分片架构都旨在回答以下问题：给定在加密经济系统中投入的资源量，我们是否可以同时提高安全性和吞吐量，同时让普通的消费级硬件参与进来？共识和同步块？ 链？ 我不会在这里深入研究这些研究的历史，但简而言之，这些探索耗时数年，许多最初的想法被证明是错误的。 最后，我们的回答是响亮的肯定，这在 Eth2 项目中得到了体现。

Eth2 是一个雄心勃勃的长期项目，我们将分阶段推出。 这些计划已被广泛描述和讨论，但我提供一个快速的、不太技术性的解释。

阶段 0

Phase 0 将推出信标链，这是 Eth2 新共识机制的核心。 信标链是所有系统级活动发生的地方，也是系统内协作和通信发生的地方。 Phase 0 的发展目标是让分布在全球各地、围绕数千个节点的数十万个共识单元（验证者）同时参与共识。

由于在Phase 1开始后将验证者分配到多个分片的技术要求，我们需要信标链能够处理大量的验证者。 工程中的许多复杂性源于此技术要求。 其他非分片的 PoS 机制一般只有 100 多个或 1000 多个验证者，但 Eth2 的设计目标是至少容纳 16000 个验证者，预计这个数字将在一个周期内达到数十万。数年。

阶段1

Phase 0要做的是引入共识机制，Phase 1是让很多内容达成共识。 这些内容来自分片链。 分片链可以理解为和现在的以太坊几乎一样复杂的区块链，但是它的运行必须遵守Eth2的共识规则（即必须由信标链控制）。 来自信标链的验证者将被随机分配短期任务：在分片链上构建和验证区块，为分片链的状态、可用性和有效性提供加密经济承诺，最后发送回核心系统（分片链).

目前，我们预计将推出 64 条分片链——在推出时，整个网络的数据可用性为每秒 1-4 MB（是的，这是大量数据）。

阶段 1.5

阶段 1.5 是将以太坊主网作为分片集成到 Eth2 中的共识机制（它作为阶段 1 中创建的众多分片之一继续存在）。 从今以后，我们所熟知和喜爱的以太坊区块链将不再由工作量证明挖掘算法提供支持，而将由 Eth2 验证者构建。 对于现有应用和用户，共识机制的热切换基本是透明的。 应用会继续存在，但开启者会有更强的底层系统（更好的安全属性，更好的经济终结性，这意味着交易完成后，需要付出巨大的代价才能被逆转，即与具有成本保护的巨大交易确定性），更多的 Layer-1 数据空间，可以支持 Rollup 和其他有趣的应用程序）。

阶段2

第 2 阶段将为除初始以太坊分片之外的分片添加状态和执行机制。 有许多可能的方法，弄清楚各种形式及其细节是当前研究和原型设计的热门话题。 我将在以后的帖子中进一步讨论这个问题。

Eth2 将给以太坊社区带来的好处

所以，我们未来会实现上述目标，Phase 0指日可待，但整个路线图似乎有点太长了。 在整个升级过程中，我们可以从 Eth2 中获得哪些收益？

好问题。 整体来看，每一步升级都会触及以太坊区块链更深层次的内核，因此会给整个社区带来更大的刚性。 作为用户，你可以参与 Phase 0 的 PoS 区块生成，也可以等待以太坊区块链完全融入 Eth2（当然，这个过程从开发者和用户的角度来看应该是无缝的）。 无论您选择如何参与以及在哪个阶段开始，这些阶段都是具有显着优势的重要里程碑。

第一个好处是我知道很多人都是顽固的以太坊，迫不及待地想参与 PoS。 阶段 0 是为您潜在的验证者准备的（我们的 PoS 对业余爱好者很友好）！ 在 PoS 中成为验证者本身就有风险，而且 staking 资金的周期也很长。 这些可能会让一些参与者望而却步，所以我个人认为这个阶段不仅是业余爱好者的机会，也是以太坊长期信徒的机会。 最后，有这样一个机会，你可以早点参与进来，帮助实现我们的愿景，早点参与可以获得更高的ETH奖励。

第一阶段呢？ 在以太坊没有融入Eth2系统之前，我们容纳这么多数据有什么用？ 当然有效，很高兴你问！

即使没有原生计算能力，Layer-1 上的数据空间也非常有用。 事实上，最近12个月出现的最有前途的Layer-2扩容方案，被称为“rollup”的侧链（即包括optimistic型方案，以及ZK型方案），恰恰是能够跟进Layer-1 data 一种通过扩展可用空间来提高吞吐量的技术。 Eth2 的数据层有望提供 1-4 MB/s 的数据可用性，可以结合 rollup 技术转化为巨大的可扩展性。 但是由于以太坊主链一开始就与新的分片宇宙脱节，这使得分片数据的原因变得很难声明（对 eth2 分片数据的声明很难）。 这也是 EIP 2537 对以太坊主网非常重要的原因之一：在以太坊主网上预编译 BLS（Eth2 使用的新签名算法）后，我们可以在 Solidity 合约中编写一个高效的 Eth2 轻客户端，让应用在以太坊主链上（在 Phase 1.5 到来之前）在 Eth2 上申报数据。

如上所述，Phase 1.5 是一个重要的里程碑； 在此之前，Eth2 是为以太坊构建的； 之后，Eth2 将成为以太坊本身。 所有应用都将集成到升级后的 Eth2 共识机制中，它不仅保留了我们习惯的功能，还开启了一个安全的权益证明算法和高度可扩展的数据层的新世界。 在我看来，这是整个升级过程的核心； 它的成功意味着我们已经将以太坊完全锚定在一个新的现实中，这是一个历史性的时刻。

之后，在其他分片链上启用状态机制/执行机制可以逐渐带来额外的可扩展性优势。 执行机制的形式可能是EVM，也可能是一种新的虚拟机，叫做eWASM。 不管VM上的选择如何，由原来的以太坊和其他分片形成的EVM分片都可以通过信标链进行交互和通信，形成一个多线程的分片系统。

你看见了吗？ 这是一段漫长的旅程，但一路上都有鲜花。

Eth2 的实施痛点，以及为什么它值得许多验证者

分片架构的核心组件依赖于共识参与者（即验证者）的随机抽样，这些参与者组成委员会来验证协议的一部分（例如分片链）。 只要协议中有足够多的验证者，即使有体量最大的攻击者（比如控制所有验证者的1/3），攻击者也几乎不可能控制一个委员会并摧毁整个系统（概率极小，需要按1 / 2^40的量级计算）。 这使我们能够设计系统，以便任何拥有消费级硬件（例如笔记本电脑甚至旧手机）的人都可以成为验证者（因为验证者将被分配来验证可以通过计算执行的系统部分普通机器的资源）。

这是分片架构的神奇之处，也是它的难点所在。 第一，我们必须有足够多的验证者来保证随机抽样的安全：因此 Eth2 的预期验证者数量比大多数（我认为是所有）其他 PoS 协议要高得多。 这在开发过程的每一步都带来了挑战——从研究到共识机制的技术规范，再到网络，再到客户端的资源消耗和优化。 每一步都必须考虑到这一点：每个额外的验证器都会给系统带来更多的负担。 Eth2 客户端团队已经完成了数十万验证者同时参与共识的不可能任务，因此我们可以安全高效地加入多个分片。

许多碎片

另一个让我们的开发变得极其困难的基本设计选择：我们希望在不牺牲去中心化的情况下实现可扩展性。

如果不关心用户能否验证整条链的完整性，或者链上数据是否对全网可用，将区块链的处理速度提高到每秒数千笔交易并不困难。 困难在于我们需要一个分片共识机制，将系统分成许多可验证的部分。 可以想象构思甚至实施这样的共识机制是多么困难。

许多客户

以太坊的一个原则是，以太坊首先是一组协议。 以太坊是构成协议的许多规则的抽象集合，而不是这些规则集合的一些实现。 因此，以太坊社区从一开始就鼓励多客户端实现。 现在有besu、ethereumJS、geth、nthermind、nimbus、open-ethereum、trinity、turbo-geth等很多可以同步以太坊区块链的客户端软件。 在Eth2这边，我们有cortex、lighthouse、lodestar、nimbus、prysm、teku、trinity等客户端软件。

多客户端范例有很多好处：

当然，我们要为此付出一些代价：

Eth2 客户端和测试网的现状

Phase 0 的 Eth2 客户端在过去两年中已经成为一个相当复杂的软件，因此可以处理数十万个验证器和数千个节点之间的分布式共识过程。 我们现在有一个测试网，并且每天都在接近正式发布。 所谓行百里九十半，事实证明是对的。

我希望您能走出自己的舒适区，在发布前尝试多个客户端。 他们在实现上往往有自己的取舍，你必须自己动手才能找到最适合你的软件。 此外，为了真正获得以太坊多客户端范例的好处，我们需要用户使用多个客户端（在所有类型的客户端之间创建健康的使用分布）。

除此之外，协议中还内置了反串通激励措施。 极端情况下，某个主流客户端出现意外错误，导致使用该客户端的验证者下线或被罚没，如果你的验证者也因为同一个客户端出现动作关联，那么你也会被炒鱿鱼。 如果只有你犯了错误而没有其他人与它有任何关系以太坊爱好者，那么惩罚要严重得多。 换句话说，这个时候，跑一个小众的客户端，比跑一个大家都在用的客户端要好。

请务必考虑清楚 - 如果有多个可用且安全的客户端，则您有责任运行利基客户端软件并促进客户端在网络中的健康分布。

另一点是，不要害羞。 如果按照文档运行软件出错，请告知大家。 即使是拼写错误，您也可以发送修改请求。 如果软件崩溃或弹出错误，请务必在 github 或客户端的 discord 频道上报告。 您是测试版用户，在您的帮助下，我们可以为每个人改进客户端。

测试网

我们现在正在运行一个小型开发者网络，每隔一到两周就会重新启动一次。 之所以说是“开发者网络”，是因为这些测试网首先是为客户端团队的开发者找bug、做优化的。 这些网络是公开的，欢迎所有人加入，但请注意，这些网络还不如 Goerli 或 Rinkeby 测试网耐用。 最新推出的测试网之一是 Witti 测试网（由 Afri Schoedon 发起），运行 0.11 版技术规范（如果您想参与，请在此处查看参与指南）。

客户端团队目前正忙于将客户端升级到技术规范的 0.12 版本，其中包含最新的 IETF BLS 标准。 实施后，我们会将开发者网络过渡到 0.12 版本，并继续增加网络规模，让客户端承担越来越多的负载。 当我们有2-3个客户端成功同步到0.12开发者网络并在高负载下运行时，我们将做一个更开放的测试网络，让社区更充分地参与。 我们在这里的目标是创建一个可以长期存在的多客户端测试网，并尽可能模拟尚未启动的主网的运行环境（让用户练习如何运行节点并测试他们想要的任何东西去测试）。 理想的情况是只启动一个测试网并在保持网络运行的同时进行故障排除。 但实际上，我们可能会根据故障的位置和严重程度，多次重启甚​​至打开另一个测试网。

除了常规的测试网，我们还将开启一个带有激励的“攻击网”：客户端团队将运行一个稳定的测试网，你们将尝试破坏网络。 成功的攻击者将获得以太坊基金会提供的 ETH 作为奖励。 更多信息即将发布 - 敬请期待！

Eth2 工具的现状

虽然围绕 Eth2 的工具还很年轻，但它们正在蓬勃发展且令人兴奋。 上文提到，工具往往诞生于客户端的代码库和客户端团队的开发工作，但现在越来越多的人加入进来。为了更好地了解 Eth2，与 Eth2 互动，甚至保护和加强 Eth2 ，我们的社区需要继续开发 Eth2 工具。

已经有团队和个人用他们自己的 Eth2 工具提供了巨大的价值，我为他们鼓掌！ 也欢迎大家开发新工具，开拓进取，巩固成果。

Eth2 工具是一个新领域，是一个千载难逢的机会来发现痛点、提供价值并为自己赢得名声。

下面列出了一些正在进行的工作，但还有很多工作要做！

还有一些开放工具主题：

还有更多主题 - 工具的开发不限于技术规范中已经提到的领域。 创造力是关键。 如果您想做出贡献，请联系 Eth2 客户团队。

Eth1+Eth2整合现状

在当前的以太坊客户端（例如 Geth）中，所有技术复杂性都是由用户级活动带来的——交易池、区块创建、虚拟机计算、状态存储和检索。 核心共识机制——工作量证明——是协议中相对简单的部分。 因此，大部分的复杂性可以由核心协议之外的复杂硬件来处理。

另一方面，Eth2 客户端实现完全专注于共识机制。 在股权证明和分片架构中，大部分复杂性都内置在协议本身中，以实现可扩展的共识机制。

这种区别允许 Eth1 和 Eth2 客户端形成一个很好的配对。

以太坊基金会下的geth client团队和ConsenSys的TXRX团队正在做合并两者的前期工作。 工作包括： (1) 定义 Eth1 和 Eth2 客户端之间的通信协议； (2) 为 Eth1 客户端添加一个可以由通信协议控制的共识引擎； (3) 制作原型并模拟客户端在 Eth2 Phase 1 End 中的行为来测试耦合。 我们希望在今年夏天看到一些具体的结果。

您可以在此研究主题中阅读 Eth1+Eth2 客户端关系的概述； 可以在此处找到集成的技术范围。

执行机制与跨分片通信机制研究现状

如上所述，实现跨分片执行的确切路径是一个激烈争论和研究的领域。 还有很多问题需要解决。 例如：

eWASM 团队（以太坊基金会）和 Quilit 团队（ConsenSys）在过去 12 个月中进行了大量研究。 结论是，解决方案的领域非常广泛，虽然我们完全理解这些领域的广度，但当前的重点是发现简单而强大的解决方案，使我们能够测试、制作原型并真正开始讨论。 由此也诞生了 eWASM 团队的 Eth1x64 计划（此处为项目概述；还有一些技术规范正在讨论中）。

在将跨分片交易的抽象概念转化为用于讨论和最终原型制作的可靠技术规范方面取得了快速进展。 请继续关注，特别是如果您是 dApp 开发人员。 我们打算在接下来的几个月里提供一些您可以理解和使用的东西，并期待您的反馈。

无状态以太坊与Eth2的关系

另一个与 Eth2 平行的研发领域叫做“Stateless Ethereum”。 无状态以太坊的研究是为了解决以太坊的状态数据规模问题。 解决方案是允许网络参与者验证区块的有效性，而无需在本地存储完整的以太坊区块链状态。 当前的以太坊状态转换函数隐含地需要完整的状态作为输入。 无状态以太坊的思想是在区块中包含交易要改变的状态的证据（witness）。 这使得状态转换过程（以及状态验证过程）成为一个仅将块本身作为输入的函数。

对于用户来说，这意味着你可以同步区块链，甚至可以监控你关心的一些状态，但你不必存储所有的状态数据。 一些参与者（如区块生产者、区块探索者、付费状态服务商）可能会存储所有状态，但大多数参与者无法保存所有状态。

对于 Eth2，无状态是一种重要的技术机制，可以确保节点和验证者可以验证和保护协议，而无需为所有分片存储所有用户状态。 相反，验证器可以有选择地成为某些分片的块生产者，而基线验证器仅验证无状态块。

无状态以太坊是对 Eth2 愿景的有力补充，因为它确保分片协议的基础保持轻量级。另一方面，虽然我们计划无状态地运行 Eth2，但如果无状态路径被证明行不通，我们还有其他选择（虽然我个人对无状态很有信心