以太坊的定位是世界計(jì)算機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，開發(fā)者在誕生之初就為它規(guī)劃了一條升級(jí)路徑，分別是Frontier (前沿)、Homestead (家園)、Metropolis (大都會(huì))、Serenity (寧?kù)o)四個(gè)階段。

目前整個(gè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)走到了第三個(gè)階段，前三個(gè)階段都屬于以太坊1.0，而最后一個(gè)階段Senerity也就是我們經(jīng)常會(huì)聽到的以太坊2.0（為了避免誤導(dǎo)，以太坊官方已經(jīng)棄用了以太坊2.0的說(shuō)法，但我們?cè)诒疚闹袑⒀永m(xù)這個(gè)習(xí)慣用法）。

(資料圖片僅供參考)

以太坊2.0升級(jí)主要是為了解決以太坊的發(fā)展過程中產(chǎn)生的一些限制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展的問題，主要有以下三個(gè)：

首先是挖礦帶來(lái)的高能耗。由于采用了PoW（Proof of work，工作量證明）機(jī)制來(lái)作為共識(shí)機(jī)制，以太坊需要節(jié)點(diǎn)提供算力來(lái)進(jìn)行挖礦，各種礦機(jī)挖礦的計(jì)算過程需要消耗大量電能，所以時(shí)常被指責(zé)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不夠綠色環(huán)保。

再是性能問題。目前以太坊鏈的出塊速度大概是每12-15秒一個(gè)塊，TPS（Transaction per second，每秒處理交易數(shù)）大概是15左右，這個(gè)處理速度甚至不足以支撐一個(gè)普通的商業(yè)應(yīng)用。以太坊網(wǎng)絡(luò)時(shí)不時(shí)產(chǎn)生的擁堵，也限制了它的發(fā)展。

第三就是使用費(fèi)用問題。使用以太坊網(wǎng)絡(luò)需要支付gas fee給維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的礦工，通常在幾美元到幾十美元，視網(wǎng)絡(luò)的擁堵狀況而定，最多時(shí)甚至達(dá)到數(shù)百美元。高昂的gas fee使一些協(xié)議轉(zhuǎn)向了以太坊的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，如Solana、Near等公鏈。

針對(duì)這些問題，開發(fā)者社區(qū)為以太坊2.0升級(jí)規(guī)劃了幾個(gè)步驟。下文將介紹以太坊2.0升級(jí)的路線圖。

以太坊2.0路線圖

以太坊2.0的Roadmap主要包括了平行鏈--信標(biāo)鏈、合并和分片3個(gè)步驟。其中前兩個(gè)步驟的目的是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的共識(shí)機(jī)制由PoW轉(zhuǎn)向PoS（Proof of Stake，權(quán)益證明），最后一個(gè)步驟是為了改善整個(gè)以太坊網(wǎng)絡(luò)的性能，提高擴(kuò)展性。

1.平行鏈--信標(biāo)鏈

為了實(shí)現(xiàn)共識(shí)機(jī)制的平滑過渡，2020年12月1日，以太坊在當(dāng)前PoW主網(wǎng)運(yùn)行的同時(shí)，首先啟用了一條平行運(yùn)行的鏈，叫做信標(biāo)鏈（Beacon Chain）。信標(biāo)鏈以PoS作為共識(shí)機(jī)制，獨(dú)立于主網(wǎng)運(yùn)行。參與者需要向鏈上的一個(gè)智能合約質(zhì)押32個(gè)ETH作為權(quán)益證明，經(jīng)過審查后進(jìn)入驗(yàn)證者名單，成為信標(biāo)鏈的驗(yàn)證者。在這條鏈上，驗(yàn)證者取代了礦工的角色，成為鏈的構(gòu)建者。

在PoW機(jī)制下，節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算挖礦來(lái)生成下一個(gè)區(qū)塊，而到了PoS機(jī)制的信標(biāo)鏈中，下一個(gè)區(qū)塊的產(chǎn)生是由驗(yàn)證者們選擇出來(lái)的。這個(gè)選擇具有隨機(jī)性，不由一個(gè)驗(yàn)證者決定，這體現(xiàn)了去中心化的特點(diǎn)。驗(yàn)證者們?nèi)绻憩F(xiàn)良好，就可以獲得獎(jiǎng)勵(lì)，反之如果他們作惡，系統(tǒng)將會(huì)從他們質(zhì)押的32個(gè)ETH中扣除一部分。當(dāng)質(zhì)押的ETH少于16個(gè)時(shí)，他們就會(huì)被移除出驗(yàn)證者名單。

在合并之前，也就是目前這個(gè)階段，以太坊處于PoW+PoS平行運(yùn)行的階段。提前啟用PoS平行鏈鏈主要是出于兩方面考慮，第一是盡量減少對(duì)目前運(yùn)行的PoW鏈的影響，減少共識(shí)轉(zhuǎn)換對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的沖擊，第二是給新的PoS網(wǎng)絡(luò)足夠的時(shí)間收集質(zhì)押的ETH，以保證網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行。

2.合并（Merge）

在說(shuō)以太坊2.0時(shí)常常提到的合并（Merge）就是將PoW的主網(wǎng)（以太坊稱為處理交易的執(zhí)行層）與PoS的信標(biāo)鏈（以太坊官方稱為共識(shí)層）進(jìn)行合并。以太坊的合并需要首先在測(cè)試網(wǎng)上進(jìn)行測(cè)試，一旦在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)任何問題，節(jié)點(diǎn)視情況進(jìn)行修復(fù)。

目前以太坊的測(cè)試網(wǎng)Ropsten、Sepolia已經(jīng)分別于6月9日和7月6日完成了合并。剩下的Goerli測(cè)試網(wǎng)也將于近日進(jìn)行合并。如果一切順利，以太坊正式網(wǎng)絡(luò)將于九月中下旬結(jié)束合并。在那之后，PoW的機(jī)制將被廢棄，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將通過PoS來(lái)產(chǎn)生新的區(qū)塊。

為了確保共識(shí)機(jī)制切換成功，以太坊開發(fā)者提議實(shí)施難度炸彈，以增加PoW的挖礦難度。難度炸彈在2015年被加入到以太坊代碼中，它被描述為：在預(yù)定的區(qū)塊數(shù)上，增加PoW算法中謎題的難度，使計(jì)算產(chǎn)生區(qū)塊的時(shí)間變長(zhǎng)，挖礦變得困難，以此來(lái)減少礦工的挖礦獎(jiǎng)勵(lì)，打消他們的積極性。難度炸彈實(shí)施后，礦工們將變得無(wú)利可圖，原PoW網(wǎng)絡(luò)也就無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。

3.分片

共識(shí)機(jī)制的轉(zhuǎn)變并不能提升以太坊的性能，性能的提升需要通過分片來(lái)實(shí)現(xiàn)。

分片是一種數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)概念，用于優(yōu)化存儲(chǔ)并快速處理，通過把組織的網(wǎng)絡(luò)分為較小的分區(qū)，水平分割數(shù)據(jù)庫(kù)，分散負(fù)載，每個(gè)分片都有自己獨(dú)立的數(shù)據(jù)，多個(gè)分片可以并行處理，從而減少網(wǎng)絡(luò)擁堵，增加TPS，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

以太坊比較早期的分片計(jì)劃是將主網(wǎng)劃分成64個(gè)分片，每個(gè)分片都有獨(dú)立的區(qū)塊提議者和委員會(huì)，區(qū)塊提議者和委員會(huì)是隨機(jī)選擇和隨機(jī)分配的，區(qū)塊提議者從交易池中選擇要納入?yún)^(qū)塊的交易，當(dāng)獲得委員會(huì)三分之二的同意票之后，區(qū)塊就可以被納入鏈上。

這個(gè)早期的分片方案旨在擴(kuò)展以太坊主鏈的性能。但是執(zhí)行起來(lái)很復(fù)雜，加之經(jīng)過幾年的時(shí)間，layer2發(fā)展迅速，Rollup百花齊放，所以，以Vitalik為中心的以太坊的開發(fā)者們逐漸拋棄了這個(gè)原有的方案，轉(zhuǎn)向了新的技術(shù)選型，即不再在以太坊主網(wǎng)上直接分片以追求承載更多交易，而是轉(zhuǎn)換為以Rollup為中心，由Rollup在交易層面擴(kuò)容、主鏈只為Rollup提供數(shù)據(jù)可用性的底層鏈的路線圖。

在新方案中，以太坊的目標(biāo)是作為可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)可用性層，可以簡(jiǎn)單理解為最終的結(jié)算和記賬。主鏈擴(kuò)容將聚焦于擴(kuò)大區(qū)塊的數(shù)據(jù)容量，而非提高鏈上計(jì)算效率，即：以太坊分片旨在提供更多數(shù)據(jù)blob（二進(jìn)制大對(duì)象）空間以支持Rollup，以太坊無(wú)需對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，只收集Rollup的計(jì)算和證明結(jié)果，確保數(shù)據(jù)可用，而更多的計(jì)算執(zhí)行和交易有效性則由Layer2的Rollup來(lái)實(shí)現(xiàn)。更具體來(lái)說(shuō)，由Rollup來(lái)進(jìn)行交易的計(jì)算和驗(yàn)證，并將驗(yàn)證完成的多筆交易和證明結(jié)果納入一個(gè)包裹，而主鏈上的區(qū)塊只記錄這些包裹。

由于一個(gè)區(qū)塊可以納入多個(gè)Rollup產(chǎn)生的包裹，未來(lái)以太坊上會(huì)存在多種Rollup來(lái)為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行擴(kuò)容，目前主流的主要是zkRollup和Optimistic Rollup，分別對(duì)應(yīng)有效性證明和欺詐證明兩種證明方式。

以太坊2.0升級(jí)的影響

能耗減少

在切換到PoS機(jī)制后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不再依靠消耗大量電能的礦工節(jié)點(diǎn)，因此也變得更加環(huán)境友好。PoS機(jī)制下的節(jié)點(diǎn)的能源效率比PoW高99%以上，所以PoS網(wǎng)絡(luò)的能源效率將大大提升。當(dāng)采用PoW機(jī)制時(shí)，礦工節(jié)點(diǎn)需要強(qiáng)大而能耗高的硬件設(shè)備來(lái)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，誰(shuí)先完成計(jì)算，誰(shuí)就獲得了構(gòu)建區(qū)塊、獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)的資格。在這種情況下，礦工只能24小時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行自己的挖礦設(shè)備，以獲得最大的收益，這些高能耗的設(shè)備對(duì)電力的需求無(wú)疑是巨大的。

在PoS網(wǎng)絡(luò)中，區(qū)塊的提議者是隨機(jī)選擇的，不再需要大量的礦機(jī)硬件來(lái)競(jìng)爭(zhēng)出塊權(quán)，也就不再需要巨大的電力消耗。

ETH產(chǎn)量

以太坊在由PoW共識(shí)轉(zhuǎn)向PoS之后，不再產(chǎn)生礦工獎(jiǎng)勵(lì)，取而代之的質(zhì)押獎(jiǎng)勵(lì)。所以ETH的發(fā)行率將會(huì)減少90%。大家把這種情況稱為“Triple Halvening”，因?yàn)橄喈?dāng)于同時(shí)發(fā)生了3次比特幣減半，以太坊將經(jīng)歷發(fā)行量的瞬間減少，同時(shí)由于質(zhì)押中的ETH不能流入市場(chǎng)，ETH將進(jìn)入通貨緊縮的階段。

ETH質(zhì)押

在合并完成之后，會(huì)有更多用戶選擇將自己的ETH質(zhì)押，因?yàn)榭梢垣@得一筆幾乎無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的質(zhì)押收益。根據(jù)測(cè)算，質(zhì)押ETH的年收益率大概為4%。Kraken在《2022年第一季度質(zhì)押狀況》的報(bào)告中預(yù)計(jì)，在以太坊完成合并后，質(zhì)押用戶的年收益率可以達(dá)到8.5%-11.5%。

另外由于質(zhì)押需要增加，質(zhì)押服務(wù)賽道預(yù)計(jì)會(huì)有一波爆發(fā)。目前有1300多萬(wàn)ETH質(zhì)押在信標(biāo)鏈上，超過以太坊總量的10%，一共41萬(wàn)驗(yàn)證者參與了質(zhì)押。

由于網(wǎng)絡(luò)要求最少要質(zhì)押32個(gè)ETH，同時(shí)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)備又有一定的技術(shù)和資金門檻，選擇質(zhì)押服務(wù)商相比自行質(zhì)押就顯得有吸引力得多。目前的質(zhì)押賽道龍頭Lido（參見前文從stETH的折價(jià)說(shuō)開去-stETH的定價(jià)、流動(dòng)性和風(fēng)險(xiǎn)）已經(jīng)在流動(dòng)性質(zhì)押這個(gè)市場(chǎng)中占據(jù)了90%以上的份額。

礦工

以太坊合并后，原來(lái)的PoW鏈將逐漸被廢棄，原來(lái)的礦工的去向也成為一個(gè)重要的關(guān)注點(diǎn)。作為加密世界里第二大的礦業(yè)生態(tài)，礦工們會(huì)作何選擇？是選擇分叉原鏈，還是轉(zhuǎn)向ETC繼續(xù)挖？作為以太坊的分叉鏈，以太經(jīng)典可以使用以太坊的礦機(jī)進(jìn)行挖礦，但是以太經(jīng)典能承載的算力有限，一是因?yàn)镋TC價(jià)格比較低，挖礦的成本和收益本就難以平衡，加上如果合并之后大量算力涌入，競(jìng)爭(zhēng)加劇，會(huì)進(jìn)一步削減礦工的收入。而分叉原鏈的方案，受制于難度炸彈的設(shè)計(jì)，可能也很難實(shí)施。

結(jié)語(yǔ)

以太坊合并已經(jīng)近在咫尺。雖然升級(jí)方案幾經(jīng)更迭，但目前為止，進(jìn)展基本順利。作為區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缬绊懽畲?、擁有最多開發(fā)者的公鏈，以太坊的升級(jí)毫無(wú)疑問會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。隨著以太坊2.0的到來(lái)，公鏈發(fā)展也進(jìn)入一個(gè)新的篇章，困擾以太坊使用者許久的低性能、高費(fèi)用、高能耗的問題，有望通過一系列的升級(jí)來(lái)解決。對(duì)于即將發(fā)生的一切，我們充滿期待。

關(guān)鍵詞： 隨機(jī)選擇 數(shù)據(jù)可用性