作者 | Alex Koma
图片由Pete Linforth提供
以太坊 2.0是以太坊网络的升级，预计将在2020年年底进行。
一旦推出，以太坊 2.0将成为测试Proof-of-Stake共（PoS）识算法系统的试验网。大部分经济活动和智能合约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。开发者实现了Eth1向Eth2过渡的连接桥，但反向是无法转回 Token 的。
以太坊 2.0部署的三个阶段是什么？
第0阶段：信标链
测试网于2020年7月开始。它只包括测试新的PoS共识机制，因此该网络将主要是测试驱动的，尽管它将使用真实的以太坊 Token。在这个阶段内，以下PoS的功能将会上线。
- Staker的管理
- Staker的资金管理。
- 一个随机数生成器，帮助选择区块生产者和质押的监管者。
- Staker对区块大小提案进行投票。
- 奖励和罚款的分配，对Staker的奖励和罚款。
第一阶段：分片
最初将部署一个有64个分片的实验网络。在没有重大经济活动的情况下，0阶段旨在测试基本的PoS基础设施，而1阶段旨在测试基本的分片模型。在这一阶段，65个区块链将并行运行--0阶段存在的信标链和64个新的分片。在信标链和所有64个分片之间也将有一个双向通信和链接机制。
第二阶段：实施新的运行模式
假设在这个阶段，智能合约将开始在网络上工作，经济活动将开始。分片将不再是原始数据的存储，而是开始类似于虚拟机和以太坊 1.0智能合约。第二阶段的规范正在制定中。
单向转换
在以太坊 2.0推出后，将有两个网络并行运行--Eth1和Eth2。最初可以将Eth1 Token兑换成Eth2 Token，但反之则不行，所以理论上，Eth2 Token的交易价格应该小于或等于Eth1 Token的价值。然而，在过渡的早期阶段，Eth2 Token不太可能被交易所定价或支持，因为它们的唯一用途将是质押。甚至连基本的转账都将无法实现。
要将Eth1转移到Eth2，你需要使用Eth1托管协议。这个协议会销毁Eth1上的 Token，然后销毁的 Token可以作为发行新的Eth2 Token的确认。Token 会被永久销毁毁，不过由于硬分叉导致的协议变更，可以实现 Token 的回收。
转移到Eth2的 Token 会自动进入验证器池。
PoS（Proof of stake）
根据PoS的概念，投票的 "权重 "和验证者的奖励金额是由质押的 Token 值决定的。Eth2规范规定，每个验证者必须有32个ETH。如果合约中收到的 Token 数超过32ETH，那么验证者不会从这些额外的 Token 中获得奖励。如果少于32个ETH Token ，那么节点将不会被激活。因此，您需要以32个 Token 的比例将ETH转入Eth2。32个ETH的每一部分都可以是一个单独的Staker。
Token 的发行将是怎样的？
Eth1将继续在PoW的基础上运行，Eth2将继续在PoS的基础上运行。
在此期间，这两组验证者、矿工和候选节点都将获得奖励，因此以太坊的通货膨胀率将上升--至少在两个系统合并之前是这样。
Eth2的发行水平将取决于参与质押过程的token数量。每年的发行水平将基于一种算法，其中Eth2是参与PoS验证池的以太坊 Token数量（这些数字的来源是Vitalik Buterin在2019年4月发表的一篇文章）。
来源: BitMEX Research
这个公式是基于这样的想法：ETH转入Eth2的数量越多，新 Token 的发行量就越多，但投资收益会随着质押的增加而减少。图解以太坊2.0通货膨胀率。
数据来源: BitMEX Research
下图表示以太坊 2.0的通货膨胀率：
图表来源: BitMEX Research
发行率决定了报酬的数额。该奖励旨在激励用户向Eth2转换 Token 。由于Eth2的成功将减少对 Token 的需求，因此奖励将按比例减少。这样的模式可以确保移动 Token 的数量足以显著增加网络的规模；但是，如果Eth2很受欢迎，那么发行量不会变得太高。
这样的模式似乎与以太坊最初的 "永久线性膨胀 "计划相矛盾。
- 一些因素可以减轻通货膨胀可能上升的影响。
- 在第一阶段，激励系统预计将包括两个要素：一个是销毁 Token 的基本佣金，另一个则是Staker 的奖励佣金。销毁 Token 将降低通货膨胀。
- 如果验证者不能参与验证过程--例如，如果节点停止工作或失去与网络的连接--那么质押奖励将被取消。
- 如果验证者违反规则，他们会被罚款，没收的 Token 会被销毁掉。
这些机制可能会导致大量的以太坊 Token 被销毁毁，可能会抑制高通胀的影响。
区块链合并将如何进行？
在未来，Eth1和Eth2可能会在几年内合并回一个系统。事实上，Eth1将成为Eth2内部的一个分片，允许以太坊在分片之间双向移动，两个 Token 将合二为一。据推测，目前发生在Eth1上的大部分经济活动将继续在Eth2分片内部进行。
下一步可能是共识系统的合并。Eth1分片可以逐渐转向PoS。
Proof-of-Work可以继续工作，但在给定数量的区块之后--例如，每100个区块之后--区块的共识将决定Proof-of-Stake。最后，将有可能完全放弃PoW：PoW区块的奖励将变得没有必要。这将使以太坊用户和投资者对通货膨胀时间表更加确定。
网站开发人员提供的主要技术功能是什么？
数据来源: GitHub
在以太坊 2.0中， PoS（proof of stake）将如何运作？
PoS是分叉选择规则的一般概念。
优先选择多数 Token 投票的链。Eth2的核心投票系统原则与以太坊2018年提案中的原则相同，是基于Casper Friendly Finalty Gadget的想法。然而，该系统已经基于Casper Friendly Finalty Gadget和最新的Message Driven Greedy Heaviest Observed Subree Fork选择规则（Casper FFG & LMD GHOST Fork选择规则）的组合进行了更新。
投票系统引擎包含以下几个部分。首先，一个大型的分叉池，每个分叉池最多代表32个ETH（激活一个分叉池需要32个ETH，这个数量可以减少到16个ETH，这就需要停用）。这个池子并不直接对区块进行投票--它被划分为委员会，其成员从更大的池子成员中随机选出。
划分到委员会的原因是，不是每个Staker都能为每个区块投票--否则，区块链将包含过多的投票数据，这将使扩展变得不可能。
此外，委员会允许你将投票数据收集到可控的数据器中。因此，在这些委员会中，随机选择一组Staker进行投票。
根据Eth2的规范，每个委员会的Staker目标数量是128个（期望的最低数量）。开发者认为，这是一个足够多的stakers数量，以提供一个可能的区块选择保证。签名可以结合起来，以减少所需的区块大小并扩展网络。
委员会由RanDAO等系统随机选出。随机选择定义了一个口令短语，每当有一个区块被建议时，就会加上这个口令。为了对抗区块分片攻击，提议区块只有两个选项可以影响该阶段：提议区块或不提议。因此，操纵的可能性是有限的。
除了委员会分配质押外，还有另一个子类别的块和检查点块。
每32个区块中就有一个区块检查点（checkpoint），检查点之间的时间间隔称为一个epoch（纪元）。在每个时代的边界内，有32个12秒的时间段(间隔)可以提出区块。
因此，每个时代有32组时段，供32个委员会使用。在每个epoch结束时，委员会的成员会更换位置。每个时代有一个委员会（"理想的最小值 "是128名成员）。一个委员在12秒的时间间隔内有独家提案权，其他委员可以投票支持一个区块。这种投票也称为证明。
为信标链中的委员会分配Staker（假设每个槽位有一个委员会）：
数据来源: BitMex Research
在现实中，事情可能比这些图中更复杂。所以，在0阶段，一个时段最多可以有64个委员会，而不是一个。因此，如果每个委员会有128个成员，那么每个时段最多可以容纳262,144个staker，相当于大约840万ETH。
每个Staker被分配到一个委员会。质押的越多，委员会越多。最大的委员会规模是2048个，大致相当于每个epoch使用的全部以太坊供应量（64个委员会*32个ETH*32个槽位*每个委员会2048个staker=1.342亿ETH）。
下图说明了委员会的数量和委员会成员的数量如何随着质押池中ETH数量的变化而变化。它显示，随着质押池的增长，委员会数量首先增加到64个，然后当质押池中约有840万ETH时，委员会的规模开始增长。
委员会的数量和委员会成员的数量。
数据来源: BitMex Research
为了确定哪些区块拥有最多的选票，有必要将所有委员会的所有选票相加。如果投票者表现得很有好，他们可以从新增发的以太坊 Token 池中获得奖励。如果投票者违反规则，他们会被罚款，并失去部分质押物。惩罚的目的是为了防止诸如投票给两个冲突的区块这样的站队行为，尽管在某些情况下可能允许这样做。Staker会因为下线而被剥夺奖励。
在以太坊 2.0中如何进行最终确定？
当委员会成员对一个区块进行投票时，他们不仅要对一个特定的区块提案进行投票，还必须对一个特定的历史区块检查点进行参考和投票。正是这种机制保证了投票过程的稳定。因此，事实上，在PoS模型上，存在着两种投票程序，一内一外。下图说明了这两种投票是如何发生的，以及这些投票可以存储在哪些区块中。
投票和引用，假设有效沟通（假设每个槽位有一个委员会）。
资料来源: BitMex Research
如果在一个区块上建立了一个检查点区块，超过三分之二的委员会成员在投票时提到了这个检查点，那么这个区块就可以得到 "确认"。
一个区块最早能成为 "确认 "的时间是在该区块的三分之二确认之后。
下一个阶段是最终确定。当一个区块在区块链中包含两个确认后的区块时，这个区块就被最终确定了。因此，在大多数情况下，当三分之二投票者形式的门槛达到足够快时，由于有效的沟通渠道，用户需要等待一个纪元（6.4分钟）的确认，以及两个纪元（12.8分钟）的最终确定。这个过程如下图所示。
正常情况下，在信标链中确认和最终确定一个区块的过程。
数据来源: BitMex Research
违反规则者将受到什么处罚？
三种情况下，投票人会受到处罚。
- 区块打包者在同一时段内提出两个相互冲突的提议。
- 同时提交两个含有冲突链接的检查点区块。
- 投出两个与检查点区块转场有重叠链接的投票。例如，一个标志着从检查点块1到检查点块4的过渡，以及从检查点块1到检查点块4的过渡，另一个一个指的是检查点块2到检查点块3的过渡。
可以假设这个规则将被一个更合理的规则所取代，根据这个规则，所有对区块过渡的引用都必须按顺序进行，然而，一个诚实的节点有可能跳过一个检查点区块，连续投票的结果可能变成合法的。一张图说明了这种情况。
来源: BitMex Research
以太坊 2.0中的PoS效率如何？
开发者宣称，在区块最终确定后，用户将得到保证，他们的交易不会被篡改。然而，这些系统在收敛程度和最终确定等参数上极难评估。
也许整个过程，包括投票委员会、这种委员会的指数、检查点区块转换的链接，以及需要等待两个纪元的区块最终确定，都是一种不必要的抽象，是试图PoS模型将投票系统划分为组件，使其复杂化。但是安全模型包含一个根本性的缺陷，即stake没有资产的问题。
另一方面，有可能这样的过程实际上增强了网络的安全性。
多组件过程--例如，质押的周期--这使得决定更改质押的用户很难改变规则。
在以太坊 2.0中，分片是如何工作的？
在第一阶段，分片被添加到系统中。最初的计划是以1024个分片开始，但现在这个数字已经减少到64个。信标链仍然被认为是主链，但现在也包含分片引用。由于有64个分片，而每个信标区块可以与64个分片相关联，所以假设在正常操作中，每个信标区块可以与每个分片相关联。
有一个双向链接机制--分片区块引用信标区块（有这些区块的哈希值），信标区块可以引用分片区块（交叉引用）。有些分片可能不会被信标区块引用，但每个分片区块都必须引用一个信标链。
以太坊分片系统中的区块结构（显示两个分片）。
图片来源: BitMex Research
蓝色箭头代表区块的哈希值，每一个区块中都必须包含这个哈希值。灰色箭头代表交叉引用的分片，不一定包含在信标区块中，如图右侧所示。
在第一阶段，分片系统和质押过程变得相互交织。从0阶段开始的槽位的验证者委员会以分片的形式显示。每个分片都有自己的投票选择委员会，该委员会在拟议区块的每个 "委员会期 "中都会发生变化。
同样，在信标链中，一个委员会成员被分配了在指定时间段产生一个区块的任务，而其他委员会成员在那个时间段对每个提案进行投票。关键因素是当信标链通过交叉引用系统引用分片区块链时，所有的投票数据都包含在信标链中。
在第一阶段，质押被随机分配--要么在信标链中，要么在特定的分片中。如果stake包含的ETH少于840万，则没有足够的质押品完全服务于所有的分片，因此分片的工作可能会在一定程度上减缓。
下图表示了一种可能：Staker委员会按分片分配。
图：BitMex Research
这使得信标链每个槽位只有一个验证者委员会。然而，每个分片区块链都包含最后一个信标区块的哈希值，每个信标区块可以包含所有分片的投票数据（交叉引用）。
因此，分片区块链上的所有投票和质押也可以用于计算选择分叉的规则和主信标链的最终确定过程。PoS系统的工作原理和之前一样，只是信标链中不包含委员会目录（索引）中的投票数据，而是每个分片的投票数据。
在各个分片区块链中没有检查点区块，也没有确认或最终确定的过程。为了确保交易在分片内部完成，你需要等待信标链。一旦信标链中的实际区块被最终确定，用户就可以验证交易是否在分片中进行。
因此，交叉链接使得：
- 将分片区块链委员会的投票权计入主信标链的投票权。
- 最终确定和验证分片区块链区块。
- 进行所有其他类型的分片交互--例如，将ETH从分片移动到分片或其他类型的资产。
这方面所需的机制尚未充分发展。随着第二阶段的开始，它们可能会成为需求。
分片框架允许以灵活的质量来管理一个节点--能够处理一切，包括信标链和每个分片。只有信标链可以被管理，这包括各个分片区块链的头。
还有第三种可能--控制验证信标链和所选分片段的节点。如果用户选择不管理处理每个分片的节点，他必须依靠其他用户来验证这些分片中进程的真实性。然而，一些用户很有可能会选择验证这些分片，从而提供保证。
以太坊 2.0的前景如何？
以太坊持有者倾向于尝试新的复杂系统--DAO、Maker、DeFi。
一些以太坊社区成员担心，以太坊技术已经存在5年了，但它仍然落后，所以他们认为需要新的技术。
以太坊 2.0满足了社区对新想法的需求，可以预期它将产生大量的资金和stake奖励（可能是数十亿美元的ETH）。
以太坊 2.0的推出将如何影响价格？
短期内，大量的ETH Token可能会在信标链中被锁定，因为用户会被通过打包新区块赚钱的机会所吸引。因此，ETH在市场上的存量可能会缩减，价格可能会上涨。另一方面，ETH可能只是从其他合约中吸引过来，在那里它们被认为是封锁的。要想让以太坊 2.0成为token价格长期增长的催化剂，存量不仅不应受到限制，而且产生的需求也是必要的。
为了使以太坊 2.0网络取得成功，PoS和分片系统必须发挥作用，并且有足够的吸引力来吸引以太坊生态系统中具有经济意义的组成部分。
智能合约和DeFi系统将不得不选择适合他们的分片，并投资升级他们的技术以兼容分片系统的限制。
以太坊 2.0的主要缺点是什么？
以太坊 2.0非常复杂。在一个拥有众多委员会、分片和不同类型投票的系统中，很有可能出现失败和延迟更新等问题。
Alex Koma 作者
李翰博 翻译
李翰博 编辑
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