以太坊这么堵，Eth 2.0在干什么？

作者|丹尼瑞安

翻译 | 核子可乐

策划 | 楚杏娟

自 4 月底以来，以太坊网络变得非常拥堵。

数据显示，自 5 月初以来，以太坊网络的平均 gas 价格翻了两番多，过去几天平均上涨 30 Gwei。 EthGasStation 表示，这样做的结果是发送一笔简单的 ETH 交易平均花费 0.16 美元，这仍然是使用尽可能少的 gas 的价格。 ERC-20代币转账和智能合约调用的成本可能是这个数字的数倍。

费用上涨已经对游戏 DApp 产生了重大影响。 DappRadar数据显示，5月游戏类DApp活跃度明显下降，其他类型DApp小幅上升。

归根结底，以太坊网络拥堵的原因是当前网络无法支撑不断增长的交易量。 Eth 2.0 是一套可扩展的权益证明基础设施。 在即将到来的升级中，区块链协议将从 PoW 转向 PoS 共识机制，在可扩展性、安全性和性能方面进行改进。 Eth 2.0 目前进展如何？ 以太坊 2.0 协调人 Danny Ryan 最近发表了一篇文章，详细介绍了 Eth 2.0 的最新进展和计划。

Eth 2.0 的状态

团队目前正在努力启动 Phase 1，这意味着很多共识即将达成。 预计将启动最初的 64 个分片，系统的总可用数据大约在每秒 1 到 4 MB 之间。

注：Eth 2.0 的启动分为 4 个阶段：Phase 0、Phase 1、Phase 1.5 和 Phase 2。Phase 0 的目标是与分布在各地的数千个节点和数十万个共识实体（验证者）达成共识世界。 确保区块链能够处理大量验证程序是现阶段的难点。 其他非分片的权益证明机制通常只包含 100 或 1000 个验证者，而 Eth 2.0 至少需要包含大约 1600 个验证者，并且这个数字预计在两年内增长到数十万。 第一阶段代表即将达成的群众共识。 达成共识的“物”将以分片链的形式出现，来自信标链的验证者将被赋予随机的短期任务来构建和验证每条分片链，并监控每条链的状态、可用性和有效性. 做出加密经济承诺并最终将结果返回给核心系统。 第 1.5 阶段是将以太坊主网作为分片（第 1 阶段创建的许多分片之一）集成到新的 Eth2.0 共识机制中。 但不同于传统的以太坊挖矿算法，这次的构建工作是由 Eth2.0 验证人完成的。 这种共识机制的热插拔将保持高度透明，应用程序将保持其原始运行状态。 阶段 2 将进一步添加状态和执行。 具体操作可以有多种形式。 在目前的研究和原型制作工作中，团队的主要工作是弄清楚哪种形式更好，以及这种选择背后的详细含义。 State of Eth 2.0 客户端和测试网

在过去两年的第 0 阶段，Eth 2.0 客户端已经发展成为极其复杂的软件解决方案，能够处理跨数千个节点的数千个验证器之间的分布式共识。 目前已进入测试网阶段，正逐步走向全面上线。

Danny Ryan 鼓励大家积极体验多客户端，但在稳定性和探索之间需要权衡。

此外，协议中还内置了反相关激励措施。 在极端情况下，如果一个主要客户端无意中让一个验证者下线或者执行了一些被用户验证者利用的严重行为，开发者将受到非常严重的惩罚——严重程度远远超过独立的负面操作。 也就是说，在这样的系统下，运行更少更好的客户端是最好的选择，因为客户端的增加只会增加出错的概率。

需要强调的是——如果有多个安全合适的客户端满足您的需求，用户有义务主动选择其中的少数客户端软件，以促进不同客户端在网络上的健康分布。

测试网状态

目前，以太坊网络上运行着一个小型公共开发网，大约每两周重启一次。

“开发网络”主要负责客户团队开发人员的bug处理和系统优化。 Devnet 是完全公开的，但不如 Goerli 或 RInkeby 成熟。 由 Afri Schoedon 领导的最新 Witti 测试网版本目前正在运行规范的 0.11 版（如果您打算运行一个节点，请查看此处的文档）。

客户端团队正在积极升级到规范的 0.12 版本以太坊建立时间，其中集成了最新版本的 IETF BLS 标准。 基于此，以太坊团队将继续扩大网络规模，提高客户端的负载水平，最终将开发网络全面过渡到0.12版本。 在成功启动 2 到 3 个客户端并在 0.12 网络上运行一些高强度负载后，团队将开放一个更加开放的测试网，开发者可以在其中运行大部分节点和验证程序。

测试网的目标是创建一个长期存在的多客户端测试环境，尽可能地模仿主网的运行条件（用户可以可靠地了解节点的运行方式并测试他们想要的一切）。 理想的当然是只启动一次测试网，并在后续网络维护期间对任何故障进行分类。 但根据实际情况和故障严重程度，团队可能还需要多次启动才能完成测试网的全面上线。

除了正常的测试网，团队还将提供更具激励性的“攻击网络”，客户端团队可以在其中运行稳定的测试网，并邀请更多的参与者以不同的方式进行破坏性攻击。 一旦攻击成功，每个人都会得到以太奖励。

Eth 2.0 工具的状态

虽然 Eth 2.0 的工具体系还处于起步阶段，但已经带来了很多令人振奋的成果。 工具贡献主要来自客户代码库和客户团队，但其他贡献来源也显示出它们的优势。 为了更好地与 Eth 2.0 互动，了解、保护和提升 Eth 2.0 项目，整个社区有必要建立和扩展更大的 Eth 2.0 生态系统。

Eth 2.0 工具代表着前所未有的商机。 每个人都可以在这里挖掘价值，获得真正的成功。

以下是目前正在开发的方向，更多的工作正在进行中：

以下是开放工具的一些创意示例：

Eth 1.0+Eth 2.0 融​​合现状

在目前的以太坊客户端（如geth等）中，几乎所有的复杂性都体现在用户层面活动的处理上——包括交易池、区块创建、虚拟机计算、状态存储/检索等。 协议中真正的核心共识（工作量证明）相当简单。 大多数复杂性由核心协议之外的复杂硬件处理。

另一方面，Eth 2.0 客户有完全的共识。 在股权证明和分片中，大部分复杂性都被纳入协议以实现共识的可扩展性目标。 这种侧重点的不同使 eth1 成为 Eth 2.0 客户端的完美匹配。

目前，geth (EF) 和 TXRX (ConsenSys) 团队的成员正在将两者合并。 这项工作的具体内容包括：

定义eth1和eth 2.0客户端之间的通信协议；

为eth1客户端添加一个共识引擎，可以通过该通信协议进行控制；

在 Eth 2.0 Phase 1 中通过原型设计和模拟行为来测试耦合。该团队希望在今年夏天取得一些具体成果。

不同分片之间执行和通信的当前状态

可以跨多个分片正确执行的路径一直是一个广泛争论的技术问题。 对此，团队需要回答很多实际问题，包括：

eWASM (EF) 和 Quilt (ConsenSys) 团队正在这些领域投入大量研究资源。 事实证明，有很多可能的解决方案，而现在的首要挑战是找到更简单、更实用的解决方案，这些解决方案可以快速测试、制作原型并有针对性地进行讨论。 eWASM 的 Eth1 x64 项目就是这样诞生的。

将抽象的跨分片思维引入具体规范，并以此为基础讨论构建设计方案的实用方法，帮助团队在探索中取得了快速进展。 DApp 开发人员需要在未来几个月密切关注这一点。

无状态以太坊与Eth 2.0的关系

与 Eth 2.0 并行推进的另一项重大研究工作是“无状态以太坊”。

无状态以太坊的核心是解决状态规模不断增长的问题。 在它的帮助下，参与者可以完成区块验证，而无需在本地存储完整的区块链状态。 今天，以太坊状态转换函数有一个新的隐式输入：整体状态。 使用无状态以太坊后，区块内部会包含必要的状态证明（witness），以保证区块可以作为纯函数进行转换/验证。

对于用户来说，这意味着以太坊将成为一个环环相扣又独立的世界，我们只需要关注一部分需要关注的状态即可。 一些网络参与者可能存储所有状态（例如区块生产者、区块探索者、现收现付状态提供者等），但绝大多数参与者只需要知道整体状态的一部分。

对于 Eth 2.0，这将是一个重要的技术机制，可以确保节点和验证者能够成功验证和保护整体协议，而无需在每个分片上存储完整的用户状态。 相反，验证者可能会选择利用某些分片的区块生产者，而基线验证者可能只是验证无状态区块。 Stateless Ethereum 将成为 Eth 2.0 发展愿景的重要补充，负责保证分片协议的轻量化优势。

当然以太坊建立时间，如果最终证明无状态开发路线不可行，团队也准备了一些其他的备选方案。

Eth 2.0 的挑战

在 Eth 2.0 目前的工作中，主要的挑战是引入了太多的验证器、分片和客户端。

分片机制的关键是共识参与者（即验证者）必须以随机样本加入委员会并验证协议的特定部分（例如分片）。 如果一个特定的协议中包含了足够多的验证者，那么攻击者在数学上是不可能控制委员会并破坏整个系统的（成功概率一般在 1 / 2^40 左右）。 为了实现这一目标，团队需要设计系统，让用户可以使用消费级计算设备（例如笔记本电脑甚至旧手机）充当身份验证器（每个身份验证器将被分配到每个子部分）系统和单个设备足够的计算资源来完成本小节的验证）。

正是这种设计思想使得分片机制既强大又难以实现。 首先，我们必须有足够的验证者来确保随机抽样不受恶意方控制。 换句话说，与大多数其他权益证明协议相比，eth2 天生具有更多的潜在验证者，这在流程的各个阶段对系统提出了挑战——包括共识机制研究和规范、网络、资源消耗和客户端优化等. 每一个新的验证者都会在系统的每一步带来系统负载，这些影响因素显然需要引起重视。

除了拥有过多的验证者之外，另一个根本性的决定也增加了构建的难度。 在以太坊中，团队希望在增强可扩展性的同时尽量减少对去中心化原则的影响。 基于这个理念，团队必须建立一个分片共识机制，并以此将系统拆分成一个可验证的块，具有少量的个体。 设计和实施这样的共识机制将是极其困难的。

强调自身的协议属性是以太坊的核心宗旨之一。 以太坊代表构成协议的一组抽象规则，而不是这些规则集的任何具体实现。 为此，以太坊社区从成立之初就鼓励用户开发各种客户端实现方案。

今天的以太坊主网，可以看到besu、ethereumJS、geth、netermind、nimbus、open-ethereum、trinity甚至turbo-geth等。在eth2中，有cortex、lighthouse、lodestar、nimbus、prysm、teku和trinity。

多客户端范例有几个重要的优点：

但是，过多的客户端也会带来以下负面影响：

参考阅读：

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