以太坊2.0技術淺析：信標鏈和分片_ETH

就在剛過去的7月31日，加密貨幣市值第二高的以太坊迎來了5周年生日。隨著以太坊的不斷發展，社會各界對以太坊的關注也在不斷增加，用戶及應用的不斷激增，也使得大家對以太坊2.0的呼聲不斷高漲。

什么是以太坊2.0？

以太坊2.0是計劃中的以太坊替代方案。

隨著DeFi等項目的迅速升溫，以太坊上交易量不斷激增，這使得交易費用不斷攀升，交易時間不斷加大。總的來說，現行的以太坊1.0已經難以滿足用戶的使用需求和發展需求。

今年4月份，信標鏈創建創世區塊，“0階段”正式啟動測試。以太坊2.0網絡啟動協調員DannyRyan也在論壇中初步宣布，以太坊2.0最終測試網預計將于8月初正式啟動測試。這也意味之以太坊2.0已離我們近在咫尺。

以太坊開發人員：單個執行層節點捆綁多個共識層節點的運行方式是危險的:8月30日消息，以太坊開發人員MariusVanDerWijden在其社交平臺表示，單個執行層節點（EL）捆綁多個共識層節點（CL）的運行方式是危險的，大家可以在1個共識層節點與執行層節點的組合上運行多個驗證者。Marius對此解釋道，不同的共識層節點會告訴執行層節點不同的狀態信息，造成執行沖突。[2022/8/30 12:57:11]

以下是以太坊2.0的設計目的：

圖1

1、使其更加簡潔，哪怕影響一些效率

動態 | 以太坊未確認交易20622筆:據Etherscan.io數據顯示，以太坊未確認交易20622筆。當前挖礦難度2492.91 TH，交易處理能力4.1 TPS。截至目前以太坊全球均價為127.55美元，最近24小時漲幅為0.68%。[2019/12/28]

2、當主要網絡分區以及大部分節點離線時仍能保持存活狀態

3、選擇可以抵抗量子計算的組件或者使用日后可以替換為抗量子計算的組件

4、使用加密技術并使驗證者在單位時間里能夠參與更多的出塊

5、使任何消費級個人電腦也可以參與到分片的處理中

為實現這些目標，以太坊2.0采用了信標鏈、分片、POS及eWASM等技術。我們先來看看以太坊2.0完全實現后的樣子，如下圖所示：

動態 | 以太坊未確認交易93914筆:據Etherscan.io數據顯示，以太坊未確認交易93914筆。以太坊全網算力為194.52 TH/s，當前挖礦難度2416.78 TH，交易處理能力5.7 TPS。[2019/9/21]

圖2

整個以太網2.0分為四層：

1、POW主鏈層：也就是以太坊1.0的單鏈，作為最底層的基礎，在以太坊1.0向2.0過渡階段，會將以太坊1.0中的價值逐漸轉移到信標鏈中，當以太坊2.0過渡完成，可能會作為一條分片鏈，也可能繼續保留，還未有定論。

聲音 | 風投機構Pantera capital 合伙人：看好以太坊將把更多的擴展性項目推向市場:據theblockbeats消息，區塊鏈風投機構Pantera capital 合伙人Paul Veradittakit在接受采訪時表示：以太坊將繼續擁有最強的社區和項目吸引力。此外。最近 ICO 方面有了一些流動性，像 Thunder、Ankr 和 Celer 這樣的項目已經上市。在不久的將來，我想我們將開始把更多的擴展性項目推向市場: Blocksuite、Oasis、Filecoin 和 Polkadot。我預計未來一兩個季度就會出現這種情況。[2019/5/8]

2、信標鏈層：此層最終將是分片鏈的管理層，負責管理分片鏈，并參與分片鏈之間的互通，在過渡階段也涉及價值轉移等。

3、分片鏈層：64條不同的鏈，與同一條信標鏈進行溝通，存儲數據，運行合約等，每一條鏈都相當于一條以太坊1.0。

4、虛擬機層：eWASM虛擬機，運行智能合約的執行環境，建立于分片上。

以太坊2.0的關鍵技術

鑒于區塊鏈的不可篡改及出現漏洞后影響巨大等特性，以太坊1.0到2.0的過渡期將持續2年左右，并且分階段進行。

階段0：主要實現信標鏈及以太坊1.0中的部分價值轉移。

階段1：主要實現分片，并穩步將區塊鏈1.0上的數字資產轉移到分片中

階段2：主要實現eWASM虛擬機

……

……

由于階段2的具體實現還不清晰，我們主要針對階段0和階段1的技術實現進行簡單分析。

信標鏈和POS

信標鏈就是一條基于POS機制的區塊鏈單鏈。

在實現CasperFFG共識時，定義了“驗證者”和“提案者”兩種角色。一個節點如果想要成為“驗證者”，就需要向以太坊1.0中的一個智能合約抵押至少16ETH，智能合約觸發事件，信標鏈檢測到事件并將地址其加入“驗證者”列表。

信標鏈將“驗證者”隨機分配到分片中進行作業。在進行出塊時，信標鏈從“驗證者”中隨機選出“提案者”，“提案者”提出區塊，由“驗證者”進行驗證。信標鏈會對所有“驗證者”和“提案者”進行監視，如若其誠實的完成作業，就給予獎勵，如果其作惡，就會沒收其抵押的ETH。

在實現信標鏈時，定義了信標鏈上保存的數據時分片鏈上的世界狀態。當分片鏈上的世界狀態發生變化，信標鏈上就會產生新的區塊，只有在信標鏈上被記錄的分片的世界狀態，才是被認可的不可逆的區塊數據，如下圖所示：

圖3

分片

分片就是不同的子區塊鏈。

分片的實現其實是基于地址的。這里我們可以假設：我們將地址為0x00開頭的地址定義為分片1，將地址為0x01開頭的地址定義為分片2.以此類推，我們就可以擁有16*16=256個分片。

當節點1被信標鏈分配到分片1時，那么節點1只會對地址是0x00開頭的地址交易進行打包和交易，對于其他地址開頭的交易，將直接丟棄。這樣就抽象出了不同的分片，整個區塊鏈就被抽象的分割成不同的分片。

以太坊2.0展望

以太坊2.0將會是與以太坊1.0完全不同的系統，可能在未來的幾年就會正式上線運行。我們應該在以太坊2.0正式上線前對它的功能特性進行了解，更好的迎接區塊鏈的新浪潮。

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