邁向以太坊2.0：伊斯坦布爾升級將帶來哪些改變？_POS

2019年12月，區塊鏈領域最先受到關注的事件莫過于以太坊的伊斯坦布爾升級。伊斯坦布爾升級是以太坊的第八次網絡升級，最近一次以太坊升級代號“君士坦丁堡”。

根據ethernodes.org最新消息，ETH網絡將于區塊高度9069000時進行伊斯坦布爾升級，目前區塊高度為9064936（12月7日15：18）。根據目前出塊速度推算，以太坊預計將在12月8日8點29分左右進行伊斯坦布爾升級，距離升級還有約17個小時。具體升級時間可能會因出塊速度而有所變化。

此次升級完成也意味著以太坊走進了創始團隊為其設計的四個發展階段中的最后一個：Serenity（寧靜）。此次升級完成后，再經過預計于明年1月實施的“柏林升級”，以太坊將實現從PoW共識機制向PoS共識機制的轉換，最終邁向以太坊的2.0階段。

一、以太坊的升級之路

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以太坊正式上線之后，歷經了數次升級。按照其創始團隊的規劃，以太坊的發展路線分為四個階段，即：Frontier（前沿）、Homestead（家園）、Metropolis（大都會） 和 Serenity（寧靜）。每個階段都會通過硬分叉的方式來進行升級過渡，而每個階段的升級都是為了引入更多的特性和修復問題。

表1：以太坊歷次升級信息

資料來源：網絡公開資料整理，01區塊鏈

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第一階段：前沿（Frontier）

以太坊進入第一階段——前沿（Frontier）開始于2015年7月30日，這一階段主要是將挖礦和交易所交易運行起來，從而社區可以運行挖礦設備，同時還建立了一個測試分布式應用（DApps）的環境。這一階段的以太坊只有命令行界面，沒有圖形界面，需要非常精通整個以太坊模型，對工具的掌握非常好才能進行開發使用。從這一階段開始就可以挖出真正的以太幣，但每個區塊的獎勵只有正常獎勵的10%，即每個區塊獎勵是0.59個ETH。然而，由于這一階段的以太坊版本非常復雜，一般礦工難以參與挖礦，更多參與挖礦的是開發者。

第二階段：家園（Homestead）

聲音 | 張哲宇：未來逐步邁向區塊鏈3.0 將徹底的社會變革:1月6日，交通銀行金融研究中心研究專員張哲宇在中國證券報發文稱，區塊鏈正處于向區塊鏈2.0（可編程金融）深入，目前在金融領域的應用集中供應鏈金融、支付結算、貿易融資、資產證券化、票據等業務場景。未來逐步邁向區塊鏈3.0（可編程社會），即超越貨幣和金融領域，向政府、醫療、科學、文化以及藝術等領域滲透，帶來徹底的社會變革。[2020/1/6]

2016年3月14日，以太坊在主網區塊高度1150000時進入第二階段——家園（Homestead）。這次升級主要包括幾個協議的改變：EIP-2（主要的硬分叉改變）、EIP-7（以太坊虛擬機更新）、EIP-8（devp2p向前兼容性）。

以太坊優化協議后，系統更加穩定、更易使用，普通用戶也可以開始參與挖礦。挖礦的獎勵也從“前沿”階段的10%恢復到正常獎勵水平，即每個區塊獎勵5個ETH。

動態 | 長沙市委新春慰問信：區塊鏈等新技術不斷涌現，產業發展邁向價值鏈高端:據星辰在線報道，2月3日，中共長沙市委、長沙市人民政府在致全市人民的新春慰問信中表示，全市經濟運行呈現出智能制造擴面提質、新舊動能轉換提速、營商環境大幅提升等新特點，項目和人才引進創歷史新高，物聯網、人工智能、區塊鏈等新技術、新產業、新業態、新模式不斷涌現，產業發展邁向價值鏈高端。[2019/2/3]

第三階段：大都會（Metropolis）

這一階段主要包含兩次硬分叉升級：拜占庭（Byzantium）和君士坦丁堡（Constantinople）。這個階段被認為是從PoW機制到PoS機制的過渡階段，以太坊的底層協議將發生重要改變。

拜占庭硬分叉升級已按原定計劃于第4730000個區塊高度完成升級。拜占庭升級在以太坊網絡中引入了大量新特性，主要包括zk-Snarks、“revert功能和returndata指令”（智能合約的靈活性），以及抽象賬戶等。

上海逐步邁向“智慧政府”，將讓區塊鏈等高新技術組成城市“神經網絡”:據新華社今日報道，上海正朝著“智慧政府”方向逐步邁進，善用技術賦能，讓物聯網、云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等高新技術組成城市的“神經網絡”，體現即時感知、高效運行、科學決策、主動服務、智能監督、開放協同和韌性兼容等特色。[2018/3/30]

2019年3月，以太坊君士坦丁堡分叉升級完成，本次升級在性能和安全上的改變主要有：智能合約執行性能優化、為合約更新時提供更廉價的存儲、為狀態通道等二層網絡擴容方案做鋪墊、修改了以太坊經濟政策。

第四階段：寧靜（Serenity）

即將到來的伊斯坦布爾升級，是計劃在未來六個月內進行的兩次主要網絡升級中的第一次（第二次為預期在2020年1月實施的柏林升級）。這兩次升級將使以太坊最終走向2.0階段，因為涉及共識協議的轉變。因此，此次伊斯坦布爾升級也被稱為“通往以太坊2.0的一個關鍵里程碑”。

二、以太坊2.0：寧靜將至

1、如何升級？

根據以太坊伊斯坦布爾升級公告，此次升級中實現的規則改動都使用EIP（以太坊升級提案）來定義。此次伊斯坦布爾升級包括14項EIPs，其中6項提案將在12月8日伊斯坦布爾第一次升級中實施應用，涉及的關鍵技術包括：引入分片技術；降低GAS成本的措施；改進與隱私幣Zcash的鏈上互操作性；以及允許更多創造性功能的智能合約。剩余的8項提案還需要核心開發人員商討審議后，在之后的柏林升級中實施。

寧靜階段（Serenity）的完成也將分為4個不同的子階段進行。

表2：以太坊2.0分階段實施詳情

三、以太坊2.0會產生什么變化？

在2018年11月的DevCon大會上，以太坊研究員Danny Ryan羅列了五個以太坊2.0的設計目標，包括去中心化、系統恢復能力、安全性、簡潔性、持久性。

總體來說，以太坊2.0將使以太坊網絡實現更高程度的擴展性和去中心化，最重要的變化在于完成共識機制從PoW到PoS的轉換。

現在以太坊采用的是PoW，亦即工作量證明共識機制，通俗來講，就是多勞多得制度，付出的計算工作量越高，就越有可能得到獎勵。這一機制存在的缺陷就是處理交易的速度太慢。而升級之后的POS機制則可以提高交易處理速度，同時節省很多算力消耗。

在具體操作方面，根據以太坊伊斯坦布爾升級公告，對于以太坊用戶或者Ether持有者來說，不需要進行任何手動操作，除非交易所或者錢包服務商等提示需要采取額外的操作。而節點運營者、礦工以及其他開發人員則需要進行以太坊客戶端的更新操作。

另外，上次以太坊君士坦丁堡升級決定將難度炸彈延緩一年，而經過公開討論后，以太坊網絡難度炸彈將被再次推遲。

難度炸彈一直是以太坊網絡中飽受爭議的地方。所謂難度炸彈是指計算挖礦難度時，除了根據出塊時間和上一個區塊難度進行調整外，加上了一個每十萬個區塊呈指數型增長的難度因子。

根據這一計算規則，隨著以太坊區塊高度的增加，出塊難度也將大大增加，礦工將難以挖出新的區塊。而挖礦難度越來越難，到最后礦工幾乎無法通過挖礦產生新的區塊，這時就到了被稱作“冰川時代”的階段。

之所以加入難度炸彈，是為了防止礦工聯合抵制PoW向PoS的轉換過程。加入難度炸彈后，會使礦工在挖礦過程中逐漸發現轉移到PoS機制對自己更加有利，于是會逐漸擯棄PoW，完成整個網絡共識機制的“溫和“過渡。

但現實情況卻是，整個轉換過程遠比開發者最初設想的要長。目前，PoW仍然是以太坊的主要挖礦機制，而且由于難度炸彈的存在，挖礦難度持續快速增加。為了保證網絡通暢和系統的穩定，在正式上線PoS機制之前，難度炸彈只能被一次次延遲。

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