以太坊的定位是世界計算機，為了實現這個目標，開發(fā)者在誕生之初就為它規(guī)劃了一條升級路徑，分別是Frontier (前沿)、Homestead (家園)、Metropolis (大都會)、Serenity (寧靜)四個階段。

目前整個網絡已經走到了第三個階段，前三個階段都屬于以太坊1.0，而最后一個階段Senerity也就是我們經常會聽到的以太坊2.0（為了避免誤導，以太坊官方已經棄用了以太坊2.0的說法，但我們在本文中將延續(xù)這個習慣用法）。

(資料圖片僅供參考)

以太坊2.0升級主要是為了解決以太坊的發(fā)展過程中產生的一些限制整個網絡的發(fā)展的問題，主要有以下三個：

首先是挖礦帶來的高能耗。由于采用了PoW（Proof of work，工作量證明）機制來作為共識機制，以太坊需要節(jié)點提供算力來進行挖礦，各種礦機挖礦的計算過程需要消耗大量電能，所以時常被指責網絡運行不夠綠色環(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秒一個塊，TPS（Transaction per second，每秒處理交易數）大概是15左右，這個處理速度甚至不足以支撐一個普通的商業(yè)應用。以太坊網絡時不時產生的擁堵，也限制了它的發(fā)展。

第三就是使用費用問題。使用以太坊網絡需要支付gas fee給維護網絡的礦工，通常在幾美元到幾十美元，視網絡的擁堵狀況而定，最多時甚至達到數百美元。高昂的gas fee使一些協議轉向了以太坊的競爭對手，如Solana、Near等公鏈。

針對這些問題，開發(fā)者社區(qū)為以太坊2.0升級規(guī)劃了幾個步驟。下文將介紹以太坊2.0升級的路線圖。

以太坊2.0路線圖

以太坊2.0的Roadmap主要包括了平行鏈--信標鏈、合并和分片3個步驟。其中前兩個步驟的目的是將整個網絡的共識機制由PoW轉向PoS（Proof of Stake，權益證明），最后一個步驟是為了改善整個以太坊網絡的性能，提高擴展性。

1.平行鏈--信標鏈

為了實現共識機制的平滑過渡，2020年12月1日，以太坊在當前PoW主網運行的同時，首先啟用了一條平行運行的鏈，叫做信標鏈（Beacon Chain）。信標鏈以PoS作為共識機制，獨立于主網運行。參與者需要向鏈上的一個智能合約質押32個ETH作為權益證明，經過審查后進入驗證者名單，成為信標鏈的驗證者。在這條鏈上，驗證者取代了礦工的角色，成為鏈的構建者。

在PoW機制下，節(jié)點通過計算挖礦來生成下一個區(qū)塊，而到了PoS機制的信標鏈中，下一個區(qū)塊的產生是由驗證者們選擇出來的。這個選擇具有隨機性，不由一個驗證者決定，這體現了去中心化的特點。驗證者們如果表現良好，就可以獲得獎勵，反之如果他們作惡，系統(tǒng)將會從他們質押的32個ETH中扣除一部分。當質押的ETH少于16個時，他們就會被移除出驗證者名單。

在合并之前，也就是目前這個階段，以太坊處于PoW+PoS平行運行的階段。提前啟用PoS平行鏈鏈主要是出于兩方面考慮，第一是盡量減少對目前運行的PoW鏈的影響，減少共識轉換對網絡帶來的沖擊，第二是給新的PoS網絡足夠的時間收集質押的ETH，以保證網絡安全運行。

2.合并（Merge）

在說以太坊2.0時常常提到的合并（Merge）就是將PoW的主網（以太坊稱為處理交易的執(zhí)行層）與PoS的信標鏈（以太坊官方稱為共識層）進行合并。以太坊的合并需要首先在測試網上進行測試，一旦在測試過程中發(fā)現任何問題，節(jié)點視情況進行修復。

目前以太坊的測試網Ropsten、Sepolia已經分別于6月9日和7月6日完成了合并。剩下的Goerli測試網也將于近日進行合并。如果一切順利，以太坊正式網絡將于九月中下旬結束合并。在那之后，PoW的機制將被廢棄，整個網絡將通過PoS來產生新的區(qū)塊。

為了確保共識機制切換成功，以太坊開發(fā)者提議實施難度炸彈，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：在預定的區(qū)塊數上，增加PoW算法中謎題的難度，使計算產生區(qū)塊的時間變長，挖礦變得困難，以此來減少礦工的挖礦獎勵，打消他們的積極性。難度炸彈實施后，礦工們將變得無利可圖，原PoW網絡也就無法繼續(xù)運行。

3.分片

共識機制的轉變并不能提升以太坊的性能，性能的提升需要通過分片來實現。

分片是一種數據庫分區(qū)概念，用于優(yōu)化存儲并快速處理，通過把組織的網絡分為較小的分區(qū)，水平分割數據庫，分散負載，每個分片都有自己獨立的數據，多個分片可以并行處理，從而減少網絡擁堵，增加TPS，實現網絡的可擴展性。

以太坊比較早期的分片計劃是將主網劃分成64個分片，每個分片都有獨立的區(qū)塊提議者和委員會，區(qū)塊提議者和委員會是隨機選擇和隨機分配的，區(qū)塊提議者從交易池中選擇要納入區(qū)塊的交易，當獲得委員會三分之二的同意票之后，區(qū)塊就可以被納入鏈上。

這個早期的分片方案旨在擴展以太坊主鏈的性能。但是執(zhí)行起來很復雜，加之經過幾年的時間，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原有的方案，轉向了新的技術選型，即不再在以太坊主網上直接分片以追求承載更多交易，而是轉換為以Rollup為中心，由Rollup在交易層面擴容、主鏈只為Rollup提供數據可用性的底層鏈的路線圖。

在新方案中，以太坊的目標是作為可擴展的數據可用性層，可以簡單理解為最終的結算和記賬。主鏈擴容將聚焦于擴大區(qū)塊的數據容量，而非提高鏈上計算效率，即：以太坊分片旨在提供更多數據blob（二進制大對象）空間以支持Rollup，以太坊無需對這些數據進行解釋，只收集Rollup的計算和證明結果，確保數據可用，而更多的計算執(zhí)行和交易有效性則由Layer2的Rollup來實現。更具體來說，由Rollup來進行交易的計算和驗證，并將驗證完成的多筆交易和證明結果納入一個包裹，而主鏈上的區(qū)塊只記錄這些包裹。

由于一個區(qū)塊可以納入多個Rollup產生的包裹，未來以太坊上會存在多種Rollup來為整個網絡執(zhí)行擴容，目前主流的主要是zkRollup和Optimistic Rollup，分別對應有效性證明和欺詐證明兩種證明方式。

以太坊2.0升級的影響

能耗減少

在切換到PoS機制后，整個網絡不再依靠消耗大量電能的礦工節(jié)點，因此也變得更加環(huán)境友好。PoS機制下的節(jié)點的能源效率比PoW高99%以上，所以PoS網絡的能源效率將大大提升。當采用PoW機制時，礦工節(jié)點需要強大而能耗高的硬件設備來進行復雜的數學計算，誰先完成計算，誰就獲得了構建區(qū)塊、獲得區(qū)塊獎勵的資格。在這種情況下，礦工只能24小時滿負荷運行自己的挖礦設備，以獲得最大的收益，這些高能耗的設備對電力的需求無疑是巨大的。

在PoS網絡中，區(qū)塊的提議者是隨機選擇的，不再需要大量的礦機硬件來競爭出塊權，也就不再需要巨大的電力消耗。

ETH產量

以太坊在由PoW共識轉向PoS之后，不再產生礦工獎勵，取而代之的質押獎勵。所以ETH的發(fā)行率將會減少90%。大家把這種情況稱為“Triple Halvening”，因為相當于同時發(fā)生了3次比特幣減半，以太坊將經歷發(fā)行量的瞬間減少，同時由于質押中的ETH不能流入市場，ETH將進入通貨緊縮的階段。

ETH質押

在合并完成之后，會有更多用戶選擇將自己的ETH質押，因為可以獲得一筆幾乎無風險的質押收益。根據測算，質押ETH的年收益率大概為4%。Kraken在《2022年第一季度質押狀況》的報告中預計，在以太坊完成合并后，質押用戶的年收益率可以達到8.5%-11.5%。

另外由于質押需要增加，質押服務賽道預計會有一波爆發(fā)。目前有1300多萬ETH質押在信標鏈上，超過以太坊總量的10%，一共41萬驗證者參與了質押。

由于網絡要求最少要質押32個ETH，同時運行節(jié)點設備又有一定的技術和資金門檻，選擇質押服務商相比自行質押就顯得有吸引力得多。目前的質押賽道龍頭Lido（參見前文從stETH的折價說開去-stETH的定價、流動性和風險）已經在流動性質押這個市場中占據了90%以上的份額。

礦工

以太坊合并后，原來的PoW鏈將逐漸被廢棄，原來的礦工的去向也成為一個重要的關注點。作為加密世界里第二大的礦業(yè)生態(tài)，礦工們會作何選擇？是選擇分叉原鏈，還是轉向ETC繼續(xù)挖？作為以太坊的分叉鏈，以太經典可以使用以太坊的礦機進行挖礦，但是以太經典能承載的算力有限，一是因為ETC價格比較低，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，競爭加劇，會進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計，可能也很難實施。

結語

以太坊合并已經近在咫尺。雖然升級方案幾經更迭，但目前為止，進展基本順利。作為區(qū)塊鏈世界影響最大、擁有最多開發(fā)者的公鏈，以太坊的升級毫無疑問會產生巨大的影響。隨著以太坊2.0的到來，公鏈發(fā)展也進入一個新的篇章，困擾以太坊使用者許久的低性能、高費用、高能耗的問題，有望通過一系列的升級來解決。對于即將發(fā)生的一切，我們充滿期待。

關鍵詞： 隨機選擇 數據可用性