AOFEX解读:以太坊2.0生态


以太坊自诞生以来,已经成为区块链最繁荣的生态,越来越多应用布局在以太坊1.0上。繁荣的同时带来的是极度拥堵,今年DeFi的热潮,让所有使用以太坊的用户都出现了难以想象的拥堵和高gas费,对以太坊扩容升级的声音在社区也大面积出现。以太坊 2.0,也被称为Eth2,是以太坊区块链的下一次重大升级,将有效地解决现有以太坊的困境。

按照官方路线图,以太坊 2.0 将为分多个「阶段」发布,以太坊 2.0 计划至少分三个阶段推出:阶段 0、 1 和 2。阶段 0 计划 2020 年启动,阶段 1 和 阶段 2 将在未来几年发布。从2020 年的「阶段 0」开始。每个阶段会以不同方式改善以太坊的功能与性能。以太坊 2.0 引入了以太坊 1.0 不具备的两个主要改进:权益证明(PoS)和分片链(Shard Chains)。

阶段 0:以太坊 2.0 的第一阶段,信标链(beacon chain)将会实施。信标链存储和管理验证人的登记信息,将为以太坊 2.0 实施PoS 共识机制。以太坊原来的 PoW 链将会继续运行,与新的以太坊 PoS 链并肩前行,以确保数据的连续性不会被中断。

阶段 1:这是以太坊 2.0 的第二阶段,可能会在 2021 年推出。阶段 1 的主要提升是与分片链的整合。分片链是以太坊区块链的一种扩容机制,将之「拆分」成 64 条不同的链,允许并行交易、存储和处理信息。按最保守的估计,其吞吐量将是以太坊 1.0 的64 倍,但其设计目标是让数据应对能力比以太坊 1.0 高出数百倍。

阶段 2:以太坊 2.0 的第三阶段,可能会在 2021 或 2022 年启动。与上述两个阶段相比,该阶段的定义不太明确,但会涉及添加 ether 帐户,启用转账和提款功能,实施跨片(cross-shard)的转账和合约调用,构建执行环境以便以太坊 2.0 上可构建可扩展的应用,还有将以太坊 1.0 链整合进以太坊 2.0,让 PoW 机制最终可以关闭。

以太坊 2.0 主要会提升以太坊主网的可扩展性、吞吐量和安全性。以太坊 2.0 不会清除以太坊 1.0 链上的任何数据历史、交易记录和资产所有权。将成为以太坊 2.0 支柱的信标链,会完全支持现有的以太坊 1.0 链的功能,确保连续性。2020年11月5日 Eth2 规范 v1.0 版本已正式发布,其中包括发布阶段0信标链主网的存款合约 (Deposit Contract) 地址,Eth2 信标链创世区块的诞生时间预计是 2020 年12月1日。

共识机制的过渡

目前,以太坊1.0采用的共识机制是工作量证明(POW)。这种共识机制依靠矿工的算力和电力,在区块链上产生区块,获取矿工奖励。而以太坊2.0采用的则是权益证明(Proof of Stake),从算法上来说,这对工作量证明(POW)是一种升级,可以带来更高的安全性、可扩展性,并节省能源。权益证明机制取消了对矿工算力和电力的依靠,而选择依赖验证人(虚拟矿工)和 Ether 押金。这种机制将使以太坊 2.0成为测试Proof-of-Stake共识算法系统的试验网,大部分经济活动和智能合约也将继续在原有的以太坊网络上运行,它将继续成为以太坊 2.0的平行系统。但是根据官方计划,最终版本的以太坊将实现从现在的混合共识机制完全过渡到权益证明机制。

质押合约

由于在以太坊2.0中取消了对矿工的算力和电力的依靠,而选择权益证明机制,每个验证者都成为“虚拟矿工”。投资用户每投入32个ETH,就会激活一个验证器成为验证者。每个验证者的最大余额为32ETH。大多数时候,验证者是对信标块和分片块进行投票的证明者,并通过这个机制来获得ETH奖励。

根据以太坊官方公布的规则,如果 ETH 持有者想要成为 Eth2 的验证者,必须要具有必要的硬件要求和技术要求,并通过专门的以太坊客户端来进行操作。目前,已经有4个专业团队开发的 Eth2 客户端可供选择,这些 Eth2 客户端分别是:Teku、Nimbus、Lighthouse 和 Prysm。此外,验证者需要使用 Medalla 测试网进行硬件试验,并以此来进行最佳配置参与质押。值得注意的是直接将 ETH 发送到该合约地址不仅不能参与Eth2的质押,并且可能导致用户资产损失。

质押者通过客户端在存款合约中登记验证者的 32 个 ETH 质押后,并通过Eth1的节点认证,验证者身份将被激活,以太坊2.0的信标链将不时向你指派任务。每 6.4 分钟,验证人将会被征召去证明信标链上的区块,并从全体验证人中随机选取某些人,让他们定期提议区块。如果总共有 100,000 名验证人,验证者平均每两周一次就会被要求来提议一个新区块。而这个过程完全是自动的,全部由验证人软件来操作。一旦某位验证人成功验证了一个区块,他就会获得一笔 ETH 奖励。奖励是根据时段结束后的网络状态动态计算的。网络层奖励的发行率是质押的 ETH 总量和验证者平均在线率的函数。单个验证者的收益率则取决于总的验证者数量和该验证者的在线率。

验证者在每个时段结束时能收到的 ETH 数量等于奖励减去惩罚。因此,当用户被随机选为验证者时,预期获得的奖励可能与实际所得不同。不过,如果某验证人试图破坏该区块链真实的连续性,他质押的 32 个 ETH 会被罚没一部分甚至全部。 

此外,根据以太坊官方发布的信息,只有以太坊2.0到达第1阶段后,验证者才有可能进行转账,而把这部分资产提取到某一特定分片则需要等到第2阶段,整个开发过程可能需要2年。风险与回报并存,这部分验证者可以在此期间及之后获得整个网络的额外奖励,年化收益预计超过20%。当然,随着验证者的增加,该收益率最终会下降至4.6%。

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(注:ETH质押收益图)

以太坊2.0通过合并两条以太坊链完成最后的升级,最后系统将弃用工作量证明机制,采用权益证明机制。用户将不再需要运行Eth1客户端和Eth2客户端来使用两个区块链。以太坊将转化为分片的权益证明系统,由信标链和分片链组成。Eth1的数据将存储在碎片0中,用户可以继续使用Eth1的生态进行交易转账以及部署其他的应用。

信标链

按照官方路线计划,以太坊2.0最先启动的是信标链,而官方给出启动信标链的前提条件是:

1.将Eth2存款合同发布到Eth1主网上(已完成);

2.至少两个,最好是三个Eth2客户团队发布该软件的应用版本(已完成);

3.存款合同发布后,至少有16,384个验证者(524,288 ETH)存入其中(已在进行)。

按照目前计划,如果三个前提条件都能及时达成,信标链将会在12月1日正式启动。信标链是以太坊2.0系统的核心,它为系统的和谐与共识提供了基础。当系统以最佳状态运行时,每12秒会添加一个信标(链)块和64个分片块。

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(注:信标链卡槽图)

信标链将成为Eth2的主链。验证者对信标块和分片块进行投票证明,并且这些投票将记录在信标链中。并在每个验证时期,验证器将伪随机地分配插槽和分片给验证者,而信标链和分片的第一个区块将由验证投投票决定。验证者对被分配到的分片进行验证,并以此投票给该分片的委员会。验证器将分片第一个区块链接到信标区块以获取插槽,并采用证明和验证双向机制,保证验证的平衡加权。除验证区块外,验证者还将进行广播证明。验证者还会互相监管,如果对其他验证者的不合规行为进行举报,则会得到奖励。信标链的主要内容是验证者地址的注册表,每个验证者的状态,区块的证明以及分片的链接。此外,验证器也就由信标链激活,并且可以转换验证器的激活状态。

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(注:验证机制)

在安全性上,以太坊2.0将会采用委员会制,将会随机选取一组验证人组成委员会,并且在每个插槽(信标链和每个分片中)保证至少有128个验证者。在每个时期,验证者均会在各个验证时段中平均分配进行验证,然后再细分为适当规模的委员会进行提议。每个插槽中的所有验证器均向信标链第一个区块进行证明验证。不同的区块将按比例缩小或缩小每个插槽的委员会数量,以便每个委员会至少获得128个验证者。这个机制将会极大增强以太坊2.0的安全性,整个委员会被控制的概率不到万亿分之一。

分片机制

以太坊2.0针对以太坊容量不足的痛点,给出的解决方案是采用分片链机制;分片链是一种可扩展性的机制,能极大提升以太坊区块链的吞吐量。当前,由连续区块组成的单条区块链的确非常安全,并且信息易于证实。但是,由于需要每个完整节点处理和验证连续区块中的每一笔交易,快速处理交易的能力受到了制约——尤其是在主网活动频繁的时候。

以太坊2.0使用LMD 与GHOST协议作为分片选择。GHOST协议是一个在 PoW 链上就非常成熟的协议,是一种最长链的原则,和 BTC 上的最长链原则相比,GHOST 选择子树最多的协议,所以最长的链未必是 GHOST所选的链。相比最长链原则,GHOST 原则可以做到:1.减少冗余;2.抗 51% 攻击;3.TPS ;和最长链差不多,但是安全性没有下降。GHOST 协议也是目前以太坊 1.0 所使用的协议。

LMD协议是在 2.0 新加入的分叉原则,和 GHOST一起构成了 LMD GHOST。以太坊 2.0 加入了验证者的角色,就是在 GHOST原则里,再加入更多验证者的证明(attestation),这就使得最长的链变成权威链(canonical chain),根据 Casper 协议拥有最终确定性。

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(注:以太坊分片系统中的区块结构)

以太坊2.0中的分片都具有相同的状态转换函数(STF),即管理着区块链如何更改每个区块状态的规则。该 STF 提供了智能合约执行的界面,合约存在于单个分片上(并且可以在分片之间发送异步消息),因此可以通过并行执行分片来进行扩展。以太坊2.0中的每个分片都是具有 Ethereum Wasm(eWasm)接口的区块链。

以太坊 2.0 将仅通过信标链启动阶段 0。在第 1 阶段,它将以简单链的形式启动 64 个分片,以测试信标链的最终性。每个分片都向 “信标链” 提交 “交联(crosslinks)”,其中包含确定分片数据的信息。稍后,在阶段 2 中,分片将实现 eWasm 接口,最终使系统可用。该网络还将具有 “侧链” ,来与不在以太坊 2.0 最终性协议下的链进行交互。

以太坊 2.0 将构建一个权益证明(PoS)网络,每个验证人需要 32 ETH 来进行抵押。验证人将运行一个主要的“信标链”节点和多个验证人客户端。这些验证人被分配给 “委员会(committees)”,“委员会” 是随机选择的组,以验证网络中的分片。以太坊 2.0 依靠大型验证人集合来提供可用性和有效性保证:每个分片至少需要 111 个验证人才能运行网络,每个分片至少需要 256 个验证人才能一个 epoch 之内最终确定所有分片。而 64 个分片就是 16,384 个验证人(每个分片提供 256 个验证人),这个机制将为整个链提供足够的安全保障。

在Eth2阶段,以太坊有了分片基础设施,网络吞吐量可以达到1000-5000。以太坊基础层可扩展性还有很长路要走,很可能在很多年之后都无法实现区块链基础层扩容。在相应技术正式上线前,我们仍需考虑分片技术的复杂性以及风险。目前以太坊上的 DeFi 生态之所以如此繁荣,是因为各个金融协议之间的相互使用和结合,所产生的新的金融产品。也就是常说的以太坊的可组合性。而分片的方案会让以太坊的这种可组合性变得非常不确定性,甚至说是破坏了这种可组合性。此外,分片带来的被集中攻击某一分片的风险也会急剧上涨。

总体来说,以太坊2.0吸引了大量投资者的关注,在价格上从质押合约上线以来也是一路高涨。但其硬件要求、质押机制以及奖励惩罚机制,对普通投资者来说并不是太过友好。质押时间过长,对投资者的风控管理也是一个极大的挑战。总而言之,以太坊2.0的未来究竟会怎样,我们仍需要交给市场去验证。

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(注:截至发文,AOFEX实时ETH 4H价格走势图)

以太坊2.0相对现在的版本有了较大的升级,AOFEX作为全球领先的数字金融衍生品交易所,始终致力于推动区块链产业更好的发展。AOFEX综合对比市场热度、项目前景、生态成熟度等多个指标,为用户提供了多样化的以太坊生态投资方案。AOFEX将一如既然地保持对以太坊生态的关注,及时上新优质以太生态项目,让用户及时抓住以太生态带来的新机会。AOFEX欢迎广大用户一起参与到区块链行业生态建设中,探索更多的落地应用场景。

 

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