行业迫切需要以太坊2.0，但想要“可用”至少还要2年？

听到以太坊 2.0 这个名字，你或许并不陌生。以太坊在区块链社区中具有重要的地位，而以太坊 2.0，则直接影响到以太坊甚至区块链的未来。

然而，究竟什么是以太坊 2.0 ？说实话，想要清晰回答这个问题并不容易。尽管如此，在这篇文章里，我们还是想试试看。

以太坊社区热闹纷呈， 几乎没有一个区块链社区可以与之匹敌；绝大多数代币和智能合约都在以太坊上运行，对于大部分区块链领域的开发者和公司机构而言，以太坊也是他们的首选。然而以太坊的当前状态，距离它的野望还有很远。换句话说，以太坊的预期生态，还没有正式显现。在最后阶段 Serenity （宁静，寓意为智慧）中，以太坊将正式转换为 PoS 共识机制，展现出来它的最终样貌。

然而，宁静之路，路途漫长。

实践中，从以太坊 1.0 向最终 Serenity （宁静）阶段的过渡，包含了一系列硬分叉的计划。但是由于复杂度超过预期，这一过程耗时费力。社区用“以太坊 2.0” 描述了实现的目标和途径。

以太坊 2.0， 或者 ETH 2.0， 你应该在许多区块链媒体中都看到过这个术语。有上百篇文章提到了以太坊 2.0。但是能够让人满意的文章并不多：有些文章过于简单笼统，无法提供具体信息；另外一些文章，则过于专业和详细，让人难以卒读。

我希望借助这篇文章，描述清楚以太坊 2.0。值得提醒的一点是，这篇文章中包含了当下对于以太坊 2.0 的理解，这些信息可能随时会被更新。

一、为什么需要以太坊 2.0？

首要原因是：目前的以太坊速度太慢了。许多复杂的应用想要扩张规模，要付出非常昂贵的代价。比较一下 Visa 的信用卡处理能力我们就知道了：Visa 每秒钟可以处理上千笔交易，而以太坊每秒钟只能处理 15 笔交易。以太坊之所以缓慢，是因为它是去中心化的架构，并且，需要继续保持去中心化的方式。

那么怎么改进？

一个可能的思路是通过超级节点的方式：用户可以依赖超级节点，即“共识节点”。共识节点有足够强大的服务器来处理所有的交易。这个解决方式够简单，可以让区块链保持原样，所需要做的事情，只是增加客户端机器的并发处理进程就好了。

然而以太坊的开发者们拒绝了这个选择，主要是担心它会损害区块链的去中心化，损害其抗审查的能力。

对于区块链的不可能三角这一论断，我们早就耳熟能详: 去中心化，可扩展性和安全性，只能从三者之中选择两者，无法三者兼顾。如何打破不可能三角，这是所有“第二代区块链”项目想要去尝试的。例如，IOTA 就声称能够解决这个三难问题，包括以太坊 2.0 在内的大多数解决方案，都尝试用其它的共识机制代替 PoW 的挖矿机制。

因此以太坊原先的设计或多或少被看做是失败的。按照 Chromatic Capital 的说法，以太坊 2.0 是“一个完全不同的项目，采用从 0 到 1 的范式，就像区块链的从链一样。”

以太坊 2.0 不仅仅是针对原先版本的升级，而是彻底改造了以太坊区块链。以太坊 2.0 的设计目的是让以太坊更安全、扩展处理能力足以应对数千笔交易，同时可编程能力提升。更关键的是，这些改进不会损害以太坊的去中心化。

以太坊 2.0 打算如何解决这个问题?

对于经典的区块链不可能三角问题，以太坊 2.0 打算借助于三项改进来解决：

• 分片
• PoS 权益证明共识机制

• 新的虚拟机

等等，这些术语是什么意思？

分片

分片（Sharding) 是一种技术手段，在多个服务器上切割数据库，换句话说，就是对它们进行分区。就像一台计算机的同一块硬盘上有多个分区一样，也可以将区块链分割成几个部分，而不会损害数据一致性。分片(Shard)跟整个系统具有同样的安全性，而不会因为分片而出现风险。

权益证明机制(Proof of Stake)

在 PoS 共识机制下， 不再需要矿工来创建区块。在以太坊 2.0 中，质押验证人(Staker)将承担起来出块的责任：这些节点需要质押一定数量的 ETH。相比于 PoW 共识机制， PoS 的方式不仅节能，更能够提升交易速度，也让区块链上质押验证人的分布更为去中心化。

多年来，以太坊的区块链开发者一直致力于实现一个独特的共识机制，既能够确保交易快速完成，又能够确保参与者遵守规则。借助于 PoS 权益证明机制，以太坊的交易能够在几秒内完结，并且可以抵抗 51% 攻击。

新的虚拟机设计

借助于新的虚拟机设计，开发人员可以创建自己的执行环境。这允许在分片上引入其他区块链的规则。例如，开发者可以将 BTC 或 Zcash 的规则引入到以太坊上。因此以太坊可以成为一套通用架构，供不同的区块链所使用。

不得不说，分片、PoS 共识机制、新虚拟机这三个目标，每一个都是很远大的设想。到目前为止，区块链分片功能还没有实现，社区许多睿智的思考者们也在争论 PoS 共识机制是否真的有效。

以太坊人员正在着手解决区块链开发的多个挑战，致力于创建一个合适的架构，突破现有区块链开发所面临的约束和妥协，让这些问题成为历史。

二、以太坊2.0发展进程

接下来，我们一起梳理下以太坊进化到以太坊 2.0，所需要经过的几个阶段。

阶段 0 :  信标链（Beacon Chain）

信标链是以太坊 2.0 的核心，这个新的区块链上线之后初期阶段，最多可以协调多达 64 条分片链的运作。信标链是整个以太坊 2.0 网络的“指挥和控制中心”。

信标链管理着 “ Caspar 权益证明”协议，会记录质押见证人(Staker/Validator)及其抵押的代币量，并且随机选择质押验证人，也通过随机分配的方式，将分片链分配给验证者。信标链会采用共识规则，制裁不诚实的质押验证人，并充当不同分片之间的链接枢纽。

以太坊  2.0 的验证人通过权益证明机制投票，即使用他们所持有的代币，在被称之为“证书”的结构上投票。一旦分片链获得足够的“证书”，就会在信标链上获得关联(crosslink)关系。从这一刻起，区块获得最终稳定性，不可再被撤销或篡改。在分片链上，区块与主链即信标链上的区块一样，获得了相同的安全性。这个过程，似乎让我们想到 Ripple 的共识机制和 IOTA 的计划：让网络上的节点通过某种方式对区块进行投票。

质押验证人付出了劳动，也会获得相应的奖励：他们会得到 ETH2 作为回报，这是信标链的本地代币。长期看，ETH2 会取代 ETH 代币，ETH2 代币没有总量限制，通过这种方式分配代币给维护区块链运行的验证人，为区块链带来长期的安全性保障。

信标链计划在 2020 年第二季度或第三季度上线。这将启动向 ETH2 过渡的第 0 阶段。用户可以运行一个信标链客户端并且将 ETH (现在称为 ETH1 )支付给信标链，在信标链上，会被切换到 ETH2。这是一种单向兑换方式，ETH1 会被销毁。

因此，如果第 0 阶段成功，将会存在两条以太坊区块链: 以太坊 1.0 和 以太坊 2.0，或者称之为 ETH1 和 ETH2。对于用户来说，此时以太坊 2.0 没有任何意义，因为还没有分片链可以链接到信标链上。

在这一阶段，信标链还是一副没有躯体的骨架，或者你可以将它看做是一艘大船的龙骨，一栋房屋的支架。

阶段 1 : 分片链

大概从 2021 年开始，第一批分片链将会上线投入使用。

这些分片最初将以原始形式存储数据。它们不能根据某些共识规则处理数据，甚至不能显示用户或地址的帐户余额，它们仅被用作实验，用来测试分片效果，但也可能将这些分片用来存储数据，帮助 DApp 更好地扩展。

第1 阶段的重点，会围绕信标链展开。在这一阶段，信标链开始通过交叉链接（crossLinks) 引用分片的状态，从而实现状态的完结性。

我们可以将信标链想象成是这样的一个区块链：其他的区块链会连接到这条信标链上，并且围绕信标链旋转。在这个阶段，这些分片链还不具有多少实际功能。

建立和运行新的 PoS 共识机制，并设置一条区块链作为各种数据链的控制中心，这是一个巨大的挑战。想要将以太坊 1.0 发展到这一阶段，还会有成百上千的细节需要讨论，还会有无数大大小小的更新需要实现。但是关于阶段 1，我们目前只需要知道这一些就够了。

在这个阶段，以太坊 1.0 和 以太坊 2.0 区块链将继续并行运作。从第二阶段开始，事情会变得非常令人兴奋，更有意思起来。

阶段 2 : 实现愿景

根据路线图所述，接下来的阶段将“实现以太坊 2.0 的真正愿景”: 让分片链将能够处理交易。

从这个阶段开始，以太坊 2.0 网络应该可以用在实际的应用程序上了。在项目的后续过程中，智能合约也将在分片链激活。

然后上面提到的新的虚拟机所提供的执行环境也开始生效，它允许激活分片上自己的规则。例如模拟其他区块链，如比特币、Zcash 或以太坊 1.0。

就像以太坊 1.0 通过对比特币抽象化来实现区块链上的智能合约一样，以太坊 2.0 也将对以太坊 1.0 进行抽象化，重新定义区块链计算的基本性质。

阶段 2 会结合所有链条的功能。在阶段 1 中，分片链只是纯粹的数据存储，现在正在成为结构化的链，将智能合约的状态与共识过程也联系起来。

开发者可以在某个分片上创建他们的 DApp, 而以太坊则成为了一个 由信标链控制的多链系统。

第二阶段预计在 2021 年末或 2022 年初完成。根据路线图所述，许多部分例如执行环境的概念化，“仍然在深入研究和开发中”。

阶段 3 - 6

按照计划，以太坊 2.0 将会分为 6 个阶段上线。然而根据路线图，从阶段 3 开始，任何类型的预测都是推测，因为很可能会发生变化。在这些阶段的某个时候，以太坊 1.0 可能会逐渐因为无人参与而衰竭。当然，如果按计划推进的话，或者以太坊 2.0 替代掉原来以太坊 1.0 区块链的时候，所有的用户和以太坊代币都能迁移到新的区块链上了。不过，这一切还没有决定下来。

对于这几个阶段，在以太坊的 Github 文件库中，是以一种开放方式描述的：

阶段 3 : 轻客户端状态协议
实现轻客户端。这么做可能是为了减少各个节点必须携带的以太坊状态的数据大小，但并没有完全消除这些状态。
阶段 4 : 交叉共享交易
交易可以在不同的分片之间共享。
阶段 5 : 与主链安全性紧密耦合
阶段 6 :  更多的分片，二级分片或指数级分片

分片之中会继续包含分片，单个分片链或成为未来其子链的信标链。

然而，关于这些阶段的更具体的信息现在仍然缺失，也只是有一些高度抽象的论文或来自来自在线研讨会的只言片语。

以太坊 2.0 的具体形式是怎样的？至今为止，还没有明确定义。因此，预计以太坊的宁静阶段，可能还需要一段时间——比如 4-5 年，甚至更久时间才能完成。

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译者：荆凯。

原文：

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