以太坊自2015年誕生以來(lái)就廣受歡迎，但最近其昂貴的交易費(fèi)用和低可擴(kuò)展性對(duì)執(zhí)行復(fù)雜的應(yīng)用程序產(chǎn)生了負(fù)面作用，用戶對(duì)以太坊改進(jìn)的需求也日益急迫。以太坊2.0已進(jìn)行了一段時(shí)間，它是多年來(lái)以太坊網(wǎng)絡(luò)的最大變化，旨在解決當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施的一些問(wèn)題。根據(jù)以太坊創(chuàng)始人Vitalik Buterin的說(shuō)法，升級(jí)將加速以太坊區(qū)塊鏈的功能并推進(jìn)大規(guī)模采用。本文將回顧以太坊2.0的基本特征，并探討升級(jí)將給系統(tǒng)帶來(lái)哪些變化。
以太坊2.0并不是一次性的升級(jí)，而這是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的一系列變化，整個(gè)過(guò)程將在未來(lái)幾年內(nèi)完成。當(dāng)前以太坊仍使用與比特幣相同的PoW工作量證明共識(shí)機(jī)制，雖然該機(jī)制高度安全且去中心化，但存在著一些明顯缺陷。在PoW區(qū)塊鏈中，礦工需要使用高算力來(lái)解決復(fù)雜的密碼問(wèn)題（競(jìng)爭(zhēng)驗(yàn)證交易的權(quán)利），因此鏈上交易速度較慢。此外，算力的比拼增加了電力消耗，這也是比特幣被環(huán)保主義者攻擊的原因。
以太坊2.0將使用PoS權(quán)益證明共識(shí)機(jī)制，在該機(jī)制下，驗(yàn)證者不通過(guò)算力解決數(shù)學(xué)難題來(lái)驗(yàn)證交易，而是需要在智能合約中鎖定該區(qū)塊鏈的原生加密貨幣。然后，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)分析多種因素（包括權(quán)益大小和時(shí)長(zhǎng)）來(lái)隨機(jī)選擇驗(yàn)證者。目前，以太坊2.0的測(cè)試平臺(tái)信標(biāo)鏈已擁有超過(guò)290000個(gè)驗(yàn)證者。按照當(dāng)前計(jì)劃，今年6月份以太坊網(wǎng)絡(luò)與信標(biāo)鏈合并后，驗(yàn)證者數(shù)量將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。
以太坊2.0是區(qū)塊鏈社區(qū)史上最受期待的發(fā)展之一。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，以太坊可能會(huì)解決其可擴(kuò)展性問(wèn)題，增加普通用戶的可訪問(wèn)性，并增強(qiáng)去中心化應(yīng)用程序的功能。
高昂的gas交易費(fèi)是以太坊目前最大的問(wèn)題。gas費(fèi)指支付給在驗(yàn)證交易中消耗算力的礦工的費(fèi)用，以“gwei”為單位，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求波動(dòng)。通常，一旦交易需求大，以太坊區(qū)塊鏈就會(huì)被阻塞。在這種情況下，礦工會(huì)優(yōu)先考慮gas價(jià)格較高的交易請(qǐng)求，從而推高了整體的gas交易費(fèi)。隨著以太坊轉(zhuǎn)向PoS權(quán)益證明機(jī)制，處理交易將變得更加簡(jiǎn)單，這將會(huì)有效防止未處理的交易阻塞網(wǎng)絡(luò)。
以太坊2.0升級(jí)的一部分包括引入“分片”。分片將會(huì)把區(qū)塊鏈拆分為多條鏈，這些鏈都可獨(dú)立于主鏈對(duì)交易進(jìn)行處理。
PoW區(qū)塊鏈在一條完整的鏈上記錄交易，例如比特幣區(qū)塊鏈，從2009年創(chuàng)世區(qū)塊被開采之后的交易歷史都記錄在鏈上。但是，在一條鏈能處理的交易數(shù)量有限。比特幣每秒只能7筆交易，而以太坊的處理速度也僅為每秒10-15筆交易。
分片將在現(xiàn)有主鏈的基礎(chǔ)上創(chuàng)建更新的鏈。根據(jù)以太坊基金會(huì)的說(shuō)法，分片程序會(huì)將以太坊區(qū)塊鏈分成64條不同的鏈。由于這些鏈都可用于驗(yàn)證交易，以太坊主網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)將減輕，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的吞吐量將得到顯著提升。
3. 降低硬件要求
中本聰設(shè)計(jì)比特幣時(shí)，本意是希望每個(gè)人都參與到交易的驗(yàn)證和記錄系統(tǒng)中。但是，系統(tǒng)的變化已經(jīng)使普通人參與網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證的門檻變得很高。挖礦難度的增加意味著必須投資昂貴的高級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)保證算力，當(dāng)前以太坊也面臨著同樣的問(wèn)題。
另外，節(jié)點(diǎn)還必須持有區(qū)塊鏈記錄的副本，這要求節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)大約4TB的數(shù)據(jù)。按照目前的市場(chǎng)價(jià)格，具有4TB以上存儲(chǔ)空間的計(jì)算機(jī)成本約為數(shù)千美元。設(shè)備門檻過(guò)高不利于吸引更多合格驗(yàn)證者參與網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和建設(shè)。
以太坊引入PoS共識(shí)機(jī)制意味著驗(yàn)證者不再需要計(jì)算能力強(qiáng)大的高級(jí)設(shè)備，僅需要服務(wù)器級(jí)設(shè)備即可用于驗(yàn)證交易。而且，分片將減少分配給儲(chǔ)存以太坊區(qū)塊鏈歷史記錄的磁盤空間。由于以太坊未來(lái)將會(huì)有64條分片鏈，驗(yàn)證者只需保存其中一條分片的歷史，即總數(shù)據(jù)的1/64。
除了充當(dāng)支付結(jié)算系統(tǒng)，以太坊的可編程性還可用來(lái)創(chuàng)建智能合約和去中心化應(yīng)用程序（dApp），為NFT和DeFi等行業(yè)提供動(dòng)力。以太坊EVM就像一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行在以太坊網(wǎng)絡(luò)中的不同計(jì)算機(jī)（節(jié)點(diǎn)）上。EVM存儲(chǔ)執(zhí)行智能合約的代碼并允許用戶與dApp進(jìn)行交互。
盡管EVM極大地提高了以太坊的網(wǎng)絡(luò)能力，但由于生態(tài)系統(tǒng)面臨的壓力越來(lái)越大，其實(shí)用性近年來(lái)有所下降。與2015年以太坊剛剛誕生時(shí)相比，其網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的dApp數(shù)量已經(jīng)非常多了，其中包括游戲（Axie Infinity、CryptoKitties）、DeFi協(xié)議（Uniswap、Yearn）和DAO（MakerDAO）等等。
EVM上不斷增加的負(fù)載使得網(wǎng)絡(luò)處理速度急劇下降。然而，改進(jìn)EVM很困難，因?yàn)榇a是用復(fù)雜的編程語(yǔ)言Solidity編寫的。據(jù)以太坊網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的主要參與者稱，以太坊2.0將引入由萬(wàn)維網(wǎng)聯(lián)盟設(shè)計(jì)的以太坊Web程序集（eWASM）來(lái)取代EVM。
eWASM讓開發(fā)人員可以選擇其他更簡(jiǎn)單的編碼語(yǔ)言，例如 C++ 和Rust。此外，eWASM 旨在與當(dāng)前的Web標(biāo)準(zhǔn)兼容，因此更易于在常規(guī)瀏覽器中運(yùn)行。這將使用戶更加便捷地從瀏覽器訪問(wèn)dApp，而無(wú)需依賴瀏覽器擴(kuò)展。eWASM的最大好處是它對(duì)開發(fā)者生態(tài)系統(tǒng)的影響，有了其他語(yǔ)言選項(xiàng)之后，更多的開發(fā)人員將涌向以太坊，從而進(jìn)一步促進(jìn)社區(qū)的創(chuàng)新和創(chuàng)造力。
5. 減少碳足跡
以太坊轉(zhuǎn)向PoS權(quán)益證明共識(shí)機(jī)制將減少電力消耗并減少對(duì)環(huán)境的消極影響。實(shí)際上，比特幣和以太坊1.0等PoW工作量證明的能源密集型特性已經(jīng)引起了環(huán)保主義者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的擔(dān)憂。根據(jù)以太坊官方博客預(yù)測(cè)，PoS將使以太坊的功耗降低90-95%。此外，其他擴(kuò)展解決方案（如rollup和分片）也將通過(guò)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)來(lái)降低交易的整體能源成本。
從以太坊基金會(huì)發(fā)布的信息來(lái)看，以太坊2.0可分為三個(gè)階段：
第0階段
第0階段從2020年12月1日信標(biāo)鏈推出之后就開始了。信標(biāo)鏈引入了權(quán)益證明共識(shí)，做一個(gè)完整的驗(yàn)證者需要至少質(zhì)押32枚ETH。目前，信標(biāo)鏈的鎖定總價(jià)值（TVL）約為250億美元。信標(biāo)鏈將在2022年第二季度與以太坊主網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行合并。合并后，整個(gè)以太坊網(wǎng)絡(luò)將切換到 PoS共識(shí)機(jī)制。
第1階段
根據(jù)以太坊基金會(huì)的計(jì)劃，第1階段將在2022年晚些時(shí)候或2023年的某個(gè)時(shí)間發(fā)生。該階段的升級(jí)將引入分片，但代碼開發(fā)和審計(jì)難度較大，因此具體時(shí)間將根據(jù)實(shí)際情況來(lái)調(diào)整。
第2階段
以太坊2.0的最后階段涉及到用以太坊Web組件（eWASM）替換以太坊虛擬機(jī)（EVM）。這將使用戶和開發(fā)人員更容易訪問(wèn)以太坊。對(duì)于用戶而言，內(nèi)置瀏覽器的支持將使去中心化應(yīng)用程序的使用更加便捷。對(duì)于開發(fā)者來(lái)說(shuō)，自由使用其他語(yǔ)言將使以太坊區(qū)塊鏈的應(yīng)用程序開發(fā)更加容易。
雖然以太坊2.0是否能獲得成功還是個(gè)未知數(shù)，但以太坊2.0升級(jí)將帶來(lái)的諸多改變和整體跡象相對(duì)積極。升級(jí)若成功實(shí)施，將會(huì)徹底改變以太坊的基本面。憑借更低的gas費(fèi)用、更高的可訪問(wèn)性和更好的用戶體驗(yàn)，以太坊很可能成為區(qū)塊鏈技術(shù)領(lǐng)域的龍頭。
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