以太坊 2.0 指南（第 1 部分）

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1. 什么是以太坊 2.0？

以太坊 2.0 是计划取代当前以太坊的网络。 在接下来的几年里，以太坊 2.0 的设计者计划将以太坊的共识系统和以太坊状态结合起来。 这项工作的范围非常广泛，我们无法确切地说出以太坊 2.0 将包含或不包含哪些内容。 我们确实有一些规范，并且有相当多的团队致力于这些规范的早期实现。

目前，在以太坊2.0设计者的初步计划中，研究的技术包括sharding、Casper、state rent和eWASM虚拟机。 首个客户端测试正在进行中，预计将在 3 个月内（​​2019 年第一季度）推出轻量级的以太坊 2.0 测试网。

起初，以太坊 2.0 会从以太坊主链获取 ETH（而不是获取其安全性），但这种关系会发生变化，因为设计者最终会让以太坊 2.0 成为主链，而以太坊 1.X 被设置为分片链由以太坊 2.0 网络管理（注：以太坊 1.x 是近期以太坊主网一系列全面升级的代号）。

2. 这对工程师意味着什么？

如果你是 Solidity 或 Dapp 开发者，想要在以太坊 2.0 上部署智能合约，你需要做很多调整。 以太坊 2.0 将完全取代目前的以太坊网络，它会改变我们在编写智能合约时所做的许多假设。 以太坊 2.0 的开发计划更像是一个产品发布周期而不是升级周期。 我们为以太坊 1.X 编写的工具和合约很可能会完全重新设计并为以太坊 2.0 编写。

分阶段展示

目前分片路线图分为7个阶段（几乎是以太坊2.0发展路线图阶段的两倍）。 目前只有 phase 0 有明确的规范，并且会定期更新。 相比之下，第 1 阶段规范的精确度要低得多，目前并未在积极开发中。 在第 1 阶段之后，分片路线图看起来更像是一个目标列表，而不是技术文档。 例如，在第 2 阶段，链接到 ethresear.ch 的路线图是链接到 GitHub 的三倍。

由于further stage的内容更像是推测而非具体设计，我们的具体讨论仅限于stage 0、stage 1和stage 2，但我们也为未来的阶段大纲制定了多个可能的方向。

1 阶段 0：信标链

阶段 0 引入了“信标链”的概念。 以太坊 2.0 的设计者希望信标链成为以太坊 2.0 网络的中心，成为所有其他分片的安全和验证来源。 信标链部署成功后，将使用 Casper the Friendly Finality Gadget (Casper FFG) 作为 PoS 运行。

Beacon Chain 的早期迭代需要设计得尽可能简单，这就是为什么 Phase 0 不能支持智能合约、账户、资产转移等，也不包含任何分片的原因。 ETH不能在信标链上转账，即用户不能通过早期的信标链将ETH存入交易所。

BETH：新的 ETH

信标ETH（BETH）是一种新型资产，只有信标链上的质押者（验证者）才会使用BETH。 BETH 有两种创建方式： 1）作为验证信标链（以及第 1 阶段之后的分片）的奖励； 2）所有以太坊1.X用户都可以用1个以太坊1.X合约 的ETH单价购买BETH。 合约称此为“押金（deposit）”。

设计者会发现合约没有提款功能。 这是因为在第 0 阶段，无法从信标链中提取 BETH。 也就是说，一旦在以太坊 1.X 的验证者注册合约中存入一笔钱，以太坊 1.X 的 ETH 将不复存在（被销毁）。 信标链验证者会监控这个合约，并向信标链提交充值信息以发行新的 BETH 并发送给充值者。

因此，当 ETH 被发送到验证者注册合约时，我们很快就会看到信标链发行新的 BETH。 存款会受到临时审查，但根据 Casper 的规则不太可能受到永久审查。

只有在第 2 阶段才能转移信标链上的 ETH。 而且我认为在以太坊 1.X 完全融入分片系统之前，不太可能有任何方法将 BETH 提取回 ETH1.X。 由于第 0 阶段尚未完成，并且第 1 阶段尚未有可靠的规范，因此假设 BETH 将至少在两年内保持独立且不可转让的资产似乎是合理的。 一旦第 2 阶段完成，BETH 就可以在分片之间来回转移，而 ETH 则不能。 这不太可能造成重大的经济困难。

过去，像 BETH 这样的预售和功能不佳的代币是通过 IOU 在交易所进行交易的。 例如，HitBit 和 BitMEX 两家交易所在 Tezo 众筹期间推出了 XTZ 期货市场（注：XTZ 是 Tezo 发行的代币）。 一旦市场上出现对 BETH 的需求，我们就会看到一个充满活力的交易所生态系统以太坊怎么玩，它将支持受监管 BETH 的交易和质押。

不过，市场上似乎不太可能出现对BETH的需求以太坊怎么玩，因为BETH并不是一个好的投资产品，因为BETH和ETH是单向挂钩的，使得BETH涨停1个ETH。 也就是说，BETH的价值永远不可能超过ETH，但有可能低于ETH。

注：IOU（I OWE YOU的缩写，类似于纸币的存在）是一种记账方式。 交易所内部的挂单和交易均使用平台的IOU来记录存入的数字资产。

2 阶段 0+：抵押

用户可以在信标链上质押 32 BETH 成为验证者。 在第 0 阶段，验证者只管理信标链。 自第 1 阶段以来，验证者还将管理 1024 个分片链。信标链（和每个分片链）将使用 Casper FFG 来完成区块​​。 FFG是一种权益证明算法，可以针对验证者的不良行为没收一部分验证者抵押的BETH。

精明的读者应该已经注意到，在分片路线图的“以太坊 3.0”部分中提到 FFG 有一个表亲，即 Casper CBC。 由于对 FFG（和 CBC）的全面讨论超出了本文的范围，我建议您阅读 Vitalik 关于混合 PoW/FFG 的文章，以及他关于最小罚没条件的 Medium 帖子和 FFG 白皮书。

验证者需要做什么？

分片旨在将区块链的状态信息分给所有节点，使得所有节点都不需要存储网络的综合信息。 因此，验证者不需要验证所有分片。 相反，信标链将协调所有其他分片的验证，所有验证者都需要验证信标链。

每个周期（64 个区块或大约 6.4 分钟），信标链都会重新洗牌验证器并将它们重新分配给分片。 分配给一个分片的一组验证者组成了一个委员会。 委员会的成员人数上限为 128 人。在第 0 阶段，这意味着信标链将每 6 分钟选择一个有效的验证者组成一个委员会，进行接下来的 6 分钟验证。 在第一阶段，信标链将为 1024 个分片中的每一个分片分配一个验证者委员会。 具体赋值方法很复杂。 要通过多个阶段生成随机数，还需要一个可验证的延迟函数（VDF），以进一步防止委员会选举过程被操纵。

由于委员会工作非常关键，ETH2.0 随机选择委员会并轮换。 该委员会负责确保分片的安全性、活性和完整性，以及证明信标链上分片的状态。 这些委员会是信标链了解分片状态的唯一途径，反之亦然。 从所有验证者中随机选择验证者组成委员会，可以最大限度地减少委员会整体撒谎或作弊的可能性。 轮换他们通常是为了减少糟糕的委员会可能造成的损害。 换句话说，恶意或追求利润最大化的验证者很难利用委员会的筛选来攻击网络的任何部分。 另外，即使他们幸运地获得了一个分片的控制权，他们控制这个分片的时间也不会超过64个区块的生成时间。

面向工程师的 PoS 机制

记录 ETH 1.X 的 PoW 机制和 ETH 2.0 的 PoS 机制之间的理论差异是一个持续的过程，但值得一提的是，PoW 和 PoS 之间的一些功能差异确实给设计者带来了问题。 产生了直接的影响。 例如，PoW 链支持无状态简单支付验证 (SPV) 证明和 NiPoPow 概述的远程状态跟踪，而 PoS 禁止任何低状态通信。 主观上禁止轻态证明。 换句话说，PoS 远程状态验证将包含与 PoW 无状态 PSV 证明大致相同的数据量，但需要事前验证整个 PoS 历史。 无状态 PSV 证明不需要任何额外的验证信息。 这意味着在主观的 PoS 环境中，跨分片或跨链应用的功能会减少，但开销会增加。

3 第 1 阶段：碎片化

第一阶段旨在就分片链的内容达成共识，而不是就分片链的含义达成共识。 换句话说，Phase 1 是分片架构的试运行，而不是尝试使用分片来扩展。 信标链会将分片链的块视为没有结构或意义的简单字节集合。

这个阶段的分片链仍然没有账户、资产或智能合约。 由信标链为每个分片的每个时期随机选择的分片验证器只会就每个块的内容达成一致。 只要所有委员会成员达成共识并定期更新分片上信标链的状态，分片块中的信息到底是什么并不重要。

分片验证器通过称为交联的过程验证分片的内容和状态。 简而言之，委员会必须在信标链上添加有关分片的可验证信息（例如 Merkle 根）。 在第 2 阶段或以后，交叉连接过程将支持跨分片通信。

一旦信标链从多个委员会收到了给定交叉连接的准确证明，信标链就可以信任交叉连接来证明分片信息的真实性，而无需验证整个分片。 如果委员会成员不同意交叉联盟是有效的交叉联盟，很明显其中一名委员会成员犯了错误，委员会应该被没收。 这是保护所有分片的根本：验证者的不当行为最终会被信标链发现并制裁。

Phase 1没什么特别有意思的，从根本上说是交联的自我发展阶段，也是借鉴了信标链的sharding对称机制。 设计师们似乎对这些机制的工作很有信心。 目前的开放问题主要围绕其规范和实施策略。 鉴于第 0 阶段花了将近一年多的时间才使规范达到合理水平，我预计第 1 阶段也需要大约相同的时间。

有趣的是，phase 0 的实施几乎与规范的制定同步。 即使在测试网启动不到 3 个月的今天，phase 0 的规范仍在定期调整。 这意味着未来ETH2.0阶段的发展时间会有很大差异。 Phase 0 进入 beta 后，Phase 1 的开发时间可能是 12-18 个月，尽管一些乐观的人告诉我可能只需要 6 个月。

4 第二阶段：智能合约

Phase 2 最终带来的是一个类似于我们在以太坊上熟悉的系统。 随着第 2 阶段的发布，分片链的身份从简单数据的存储转变为结构化的链状态。 这时候BETH开始支持转账，重新引入了智能合约。 每个分片将管理一个 eWASM 虚拟机（我们称之为 EVM2）。

我们希望 EVM2 能够支持我们从 Solidity 中熟悉的帐户、合约、状态和其他抽象元素。 但是，许多幕后更改可能会破坏现有工具。 幸运的是，eWASM 团队为 solc、truffle 和 ganache 做了一些准备。 在第 2 阶段测试网启动之前或期间，我们将看到我们熟悉的大多数支持 EVM2 的工具。

第 2 阶段可能包括对状态租金的研究，这对当今的 Solidity 设计师提出了一些有趣的挑战。 国租不无限期提供存储代码和数据存储服务，需要合约开发者和用户支付超时EVM2存储服务费用。 这样做可以确保随时间从状态中清除未使用的信息，从而防止状态膨胀。 这样做的目的是让用户（而不是全节点）支付状态存储的费用。 目前已经提出了很多不同的模型，但都不是特别好的。

有趣的是，随着一些以太坊升级计划和著名以太坊核心开发人员的建议，状态租金可能是唯一会在不同路线图上重复出现的东西。 因此，我强烈建议制定一个计划，为当前部署的合约支付状态租金。 我们目前不知道状态租金的确切设计，但我们应该为它的成本做好准备。

除此之外，我们不知道第二阶段还有什么可以期待的。这个阶段仍处于非常早期的研究阶段，还有几个主要问题尚未解决。 鉴于非正式的规范和开发过程，以及与第一阶段相比第二阶段的扩展范围，我认为在 2020 年之前发布第二阶段是不现实的。也就是说，尽管以太坊 2.0 可能会在今年推出，但不要预计以太坊 2.0 将在 2020 年支持资产转移和智能合约。

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由于篇幅原因，明天为大家带来下半篇，敬请期待！