近期，以太坊开发者MariusvanderWijden在社交平台上表示，目前正在以太坊上测试PoS机制，并将进行首次主网影子分叉。这意味着以太坊“合并”的即将到来，“合并”是以太坊2.0可扩展蓝图上的一个关键里程碑，届时以太坊整个网络将过渡为PoS共识机制。
另外，以太坊2.0核心开发者dapplion在其社交账号上表示，本周六将再次进行以太坊主网影子分叉测试。
伴随着“合并”临近，以太坊2.0的脚步也更进了一程。其力图在不牺牲去中心化原则的前提下使应用区块链变得更快速、更便宜，具体的方案和进程再次成为大家热切关注的话题。那么以太坊2.0到底是什么方案？包含哪些升级？目前进展如何？它的到来，又会为行业发展造成哪些影响呢？欧易研究院将从以太坊2.0技术进展、以太坊2.0方案、展望和风险三个部分对以太坊2.0展开详细讲解。
注：为迎接合并的到来，以太坊基金会此前宣布，以太坊在升级协议的同时也面临着定位的转变，在2021年底，核心开发人员已经停止使用Eth1.0、Eth2.0术语，分别使用“执行层”和“共识层”来替代。但改名未影响以太坊的既定的升级路线，因以太坊2.0称谓已深入人心，本文仍将沿用“以太坊2.0”这一名称。
以太坊2.0技术进展
路线规划
以太坊成立至今牢牢占据第一公链的位置，拥有着全球最大的开发者社群，DAPP数量将其他公链远远甩在身后。但是即便是这样首屈一指的地位，也并不意味着就可以高枕无忧了。定位于“世界计算机”的以太坊，目前每秒只能处理大约20笔交易，甚至难以支持一个普通规模的商业应用，频频发生的拥堵事件导致的高gas费和等待打包交易更是让用户的体验变得很差，这在很大程度上限制了以太坊的发展。
以太坊2.0便是解决当前以太坊的网络性能瓶颈的既定规划，致力于在不降低去中心化的前提下大幅提升以太坊网络上的扩展性与性能，从而更好的承载去中心化应用，促进行业应用爆发。
以太坊的目标是成为分布式金融和智能合约执行平台，成为“一台真正的世界计算机”。为了实现世界计算机的目标，其在2014年诞生之初，就设定了4个发展阶段：分别是Frontier(前沿)、Homestead(家园)、Metropolis(大都会)、Serenity(宁静)。前三个阶段都是采用PoW模式，第四个阶段“宁静”则是以太坊的最终形态，也就是我们常说的以太坊2.0。
Coinbase向WNBA球员捐赠价值12万美元的比特币:金色财经报道，加密货币交易所Coinbase向WNBA球员赠送了价值12万美元的比特币，作为其持续赞助女子职业篮球联赛的一部分。在周二的WNBA专员杯锦标赛上，纽约自由队和拉斯维加斯王牌队两支球队的球员都从交易所获得了5,000美元的比特币奖励，并存入他们的个人Coinbase账户。
Coinbase于2021年9月成为WNBA和NBA的首个加密货币赞助商后，于2022年扩大了与WNBA的合作伙伴关系。作为扩张的一部分，该交易所帮助联盟的所有球员设置了加密教育内容，并建立个人加密货币账户。[2023/8/17 18:04:30]
目前为止，以太坊的前三个阶段都已经完成，正在进行第四阶段的开发工作，这期间将完成从PoW到PoS的转化，以及分片、由eWASM代替EVM等重要升级，升级完成后以太坊的性能将会大大提升。
当然，第四阶段无法一蹴而就，会分阶段进行升级。据其最新路线图显示，以太坊第四阶段升级的主要节点是2021年Q3信标链上线，2022年“合并”，以及在之后将实施的分片。目前信标链已于2020年12月上线，此后信标链开始以PoS的形式运行，执行层产生区块的过程仍然由原链以PoW形式进行，以太坊进入一个PoW+PoS混合挖矿的阶段，为整个网络向PoS过渡做铺垫。
截至4月12日，信标链运行平稳。链上数据显示，信标链已拥有34.13万个节点，累计质押总额约1090.46万ETH，其中有效投票参与率达99.84%。自2021年10月15日至今，节点数量和质押总额稳步增长，每日验证者收入也在缓慢增长中。
“合并”来临
接下来，以太坊计划于2022年第二季度进行“合并”。将会把共识层与执行层合并，并停止原链的PoW部分，这次升级代表着以太坊正式切换到PoS共识。
值得注意的是，本次合并将停止原链的PoW验证，且不会解锁此前质押到信标链的ETH，解锁将在合并后的第一次硬分叉中进行。这意味解锁前既没有PoS增发的ETH能够释放流通，也停止了通过PoW方式增发的途径，以太坊进入更强的通缩。此外，本次合并只是以太坊共识的改变，并不能实现性能的提升，因此GAS费并不会因为这次升级产生变化，需要等到之后升级中引入分片才能切实提升以太坊的可扩展性。
上周加密初创公司融资6000万美元:金色财经报道，上周11家加密货币初创公司总共筹集了近6000万美元，其中大多数专注于流动性质押或智能合约安全。本周最大的资本吸引者是流动性质押衍生品解决方案Helio Protocol，该解决方案从BinanceLabs获得了1000万美元的融资。据币安实验室称，该协议锁定的总价值总计3亿美元，主要从事其去中心化稳定币HAY的超额抵押贷款。
SphereX是第三家也是最后一家以安全为首要考虑的融资公司。该公司以2400万美元的估值筹集了820万美元的种子资金，投资者包括Aleph、PillarVC、FabricVentures、MenschCapitalPartners和其他天使投资者。该公司的旗舰产品是SphereXProtect，这是一种智能合约安全解决方案，可防止黑客利用代码中的漏洞。[2023/8/14 16:24:06]
以太坊2.0方案
以太坊2.0架构模型
以太坊2.0方案模型图中从上至下分别为：
PoWMainChain是原以太坊主网。在以太坊2.0中，它将会作为信标链的一个分片继续运行。
BeaconChain是信标链，它是整个以太坊2.0系统的中枢部分。通过Casper共识协调管理所有独立并行的分片链，负责为分片链随机分配验证者，对整个系统的安全性起到至关重要的作用。通过交联作为各分片的锚定点以实现跨分片通信，并追踪每条分片当前的状态，为以太坊提供最终确定性保证。
ShardChains是分片链，以太坊2.0是可扩展性的来源，目前规划是建立64条分片链，每一个分片都有一组验证者委员会负责对区块进行打包和验证。它能在没有提高节点硬件要求且没降低去中心化程度的情况下，实现网络性能和容量的大幅提升。
VM层是虚拟机，它是智能合约运行的基础环境，驱动着整个以太坊的运转。以太坊2.0将以eWASM将替代当前的EVM，这会提升智能合约的兼容性和执行效率。因为相比于EVM，eWASM具有更好的性能以及更好的扩展性，可以支持Solidity，C++，Rust，AssemblyScript等编程语言，开发合约会更容易。此外，eWASM也与当前的Web标准兼容，因而更容易在普通浏览器中运行，用户无需扩展程序即可访问dApp。
Bitcoin Woods：比特币减半剩下不到50,000个区块:金色财经报道，据Bitcoin Woods推文显示，比特币减半剩下不到50,000个区块，并且减半日期预计将发生在2024年4月22日。根据这个时间表，该事件将在342天内发生。预计会有波动，取决于区块关闭的时间是否早于或晚于指定的10分钟间隔。
即将到来的减半将是比特币历史上的第四次，将区块奖励从6.25BTC削减到3.125BTC。协议中共有33次减半，最后一次将在2140年发生，届时区块奖励为零。[2023/5/17 15:07:06]
关键解决方案
区块链有一个著名的不可能三角问题，即区块链系统无法同时在可扩展性、安全性、和去中心化程度这三项指标上做到最优，需要在这三者之间做一个取舍进行优化权衡。即使如BCH对区块大小进行扩容，效率提升的作用也很有限，EOS通过DPoS共识牺牲去中心化来保证性能，但随之引来人们对安全的问题担忧。种种解决方案并不能完美解决不可能三角问题，目前公链无论是在扩展性、交易效率还是安全性能等多个方面都无法满足实际商业应用的需求。
定位于下一代分布式社会底层平台的以太坊，针对不可能三角问题提出了以下解决方案：
通过分片提升网络性能和容量，解决性能问题；
通过共识机制PoW转PoS，降低节点门槛，支持更多用户参与，解决去中心化问题；
通过信标链和Casper共识机制解决由分片和PoS引入的安全性问题。
解决性能问题——分片
分片是区块链扩容最佳方案，它能在没有提高节点硬件要求且没降低去中心化程度的情况下，实现网络性能和容量的大幅提升。物理空间上，分片是将公链网络中的所有节点划分为不同的分组，每一个分组叫做一个分片。原本公链中所有节点都要执行同样计算，在所有节点比对结果一致后写入区块数据中，整个网络严重受制于网络中单个节点所能处理任务的上限。现在将区块里的任务分组后分配给不同的分片处理，单个分片内的节点仅需承担全网的部分工作。假设分片数为n，则每个节点需要承担的工作量为全网工作量的1/n。于是各个分片可以并行工作，从而提升整个网络的承载能力。同理，全网容量也将变为原来的n倍。
观点：ETH2.0将降低以太坊通胀率 使ETH成为稀缺性超黄金的资产:V神最近声称，原定于7月份启动的以太坊2.0开发工作仍在进行当中。著名分析师和投资者Alex Saunders以以太坊2.0会如期启动为假设绘制了以太坊的流量和存量（stock-to-flow, S2F）图表。Alex Saunders称，以太坊在2019年的S2F比率为21.95，和银等贵金属的S2F值22非常接近。然而，该S2F图表2020年部分显示，ETH可能在稀缺性方面超越白银。桑德斯预测，到今年年底，ETH的S2F将达到28.25。他指出，随着以太坊2.0按预期启动，其S2F到2021年将跃升100%。然而由于这些都是基于协议升级的实现，而此前该协议已被多次推迟，社区将不得不等待以太坊2.0的最终发布，届时质押（staking）将取代挖矿。Alex Saunders预计，随着协议改变，所有人都将会将ETH用来质押。他预计，到2021年，以太坊的流量和存量比将达到57.2，到2022年会接近58.5。黄金目前的存量和流量比率约为60，这意味着以太坊将可能成为更惜售的资产。随着ETH这一第二大加密货币变得更为稀缺，预计其通胀率将会下降。随着股权证明的实施，预计以太坊的通胀率将下降2%。这一降幅接近比特币三次减半后1.8%的通胀率。以太坊的通胀率将达到2.5%，甚至比黄金等贵金属的通胀率还要低。（AMBCrypto）[2020/5/29]
解决去中心化问题——共识机制PoW转PoS
PoW机制下，成为验证节点的门槛较高，需要昂贵的专业矿机产生足够的算力来和同行竞争。采用PoS机制，以太坊可以有效降低验证节点的准入门槛。任何用户质押32枚Eth即有机会进入验证者委员会，这由信标链随机算法选出区块验证者和区块提议者，不需要比拼算力。其中区块提议者打包交易提议新区块，另外的区块验证者检验新区块，最终协作完成出块过程，对比PoW共识节点的工作大大简化。
如此一来，以太坊网络节点对硬件设备的要求大大降低，支持更多用户参与。而参与验证的节点越多，以太坊网络也更加去中心化和分散，面临攻击时将会更加安全，同时也解决了PoW需要大量算力造成资源浪费的问题。
以太坊2.0开发者：ETH2.0中每个验证者由两组密钥构成:以太坊2.0开发者Carl Beekhuizen发推阐述了ETH2.0中密钥的解决方案。具体而言，每个验证者将由两组密钥构成：签名密钥和取款密钥。此外，还有公钥作为ETH2验证器的标识。验证者需要使用签名密钥来执行其职责，即签署认证和提交区块；提款密钥将则用来转移和提取以太币。此外，为了在不牺牲完整性的前提下提高密钥存储速度，将添加助记短语和从其他密钥派生密钥的功能。（U.today）[2020/5/21]
解决安全性问题——信标链、Casper共识机制
分片和PoS共识机制的引入，为以太坊增加了新的安全性的挑战。比如由分片导致的单分片51%攻击问题、分片间双花攻击问题，以及PoS共识机制导致的无利害攻击问题、长程攻击、简单攻击问题。以太坊通过信标链和共识机制Casper来弥合这两类风险，解决安全性问题。
信标链——解决分片51%攻击问题、分片间双花攻击问题
与普通区块链不同，信标链是以Slot和Epoch而不是“区块”作为基本时间单位的。
Slot:未来在以太坊中每一个分片都有一个验证区块的验证者委员会，验证者委员会完成一次区块确认的时间，分为区块提议和区块验证两个步骤。如果验证者委员会内部能达成共识，该Slot便能成功产生一个区块，否则该Slot就无法出块，形成了一个“跳过”的Slot，所以链上的出块速度并不确定。
Epoch：多个Slot组合而成的时间段，为6.4分钟。验证者委员会的节点们会在每个Epoch后被洗牌重新分配，它们的奖惩金额也是在每个Epoch结束后进行确定。Epoch中最后一个Slot称为Checkpoint。
(Slot和Epoch图示，图片来源于《区块的产出和确认》)
为系统随机分配验证者，解决分片51%攻击问题
区块链系统出块过程中的随机性至关重要，它必须是分布式、可验证、不可预测的，并且是不可剥夺的。对于公链来说，在将全网任务划分到不同分片的同时，也就把算力划分到了相应分片中。对于单个分片来说，只能得到原来1/n的算力保证，此时对单个分片发起51%攻击的难度也会降到原来的1/n，这会导致分片更容易被恶意矿工掌控。因此对于一个分片系统来讲，需要很好的随机性来防止特定分片被单独攻击，而信标链就是负责向系统提供这种随机性的，它会为每个分片随机选出验证者委员会。
验证者委员会是由信标链随机选择的一组验证节点，负责见证信标链和各分片产生的区块。信标链有其对应的委员会，每一个分片也各有一组验证者委员会。委员会负责保证它们所在分片的安全性和完整性，并负责证明信标链上的分片状态。
在每一次Slot中，信标链会在验证者委员会中随机为该链选出一位验证者负责出块，一定数量的其他验证者则检查该区块并验证正确性。到下一次出块时，则再从委员会中随机选出一个验证节点提议生成区块，同时换另一组不同的验证节点验证正确性。
在完成一个Epoch的出块和验证任务后，信标链会将所有的验证节点重新洗牌，给每一分片随机选出下一个Epoch的新的验证者委员会。验证节点的选举过程在随机数生成算法的帮助下，从根本上避免了验证节点间的勾结串通，提高了协议的安全性。
跨分片通信，解决分片间双花攻击问题
双花攻击是指将同一笔资金分别发给两个人或者多个人。在分片中也存在双花问题，攻击者完全可以尝试将同一笔资金发送给不同分片中的帐户来实施双花攻击，这就需要做好跨分片通信来避免双花攻击。
跨分片通信需要借助信标链来完成，分片与信标链直接通信，信标链会同步更新所有分片的区块头作为验证的信息，不同的分片就能通过信标链通信。当信标链区块完成时，相应的分片区块就被认为是最终确定的，而其余分片则可依赖其进行跨分片交易。信标链作为枢纽能够记录所有分片的状态和信息，避免出现双花问题。
具体来看：当分片1向分片2发出消息时，分片1会将相关信息打包到它的区块头中。等待信标链将分片1的区块头打包到新的区块中，信标链完成区块共识后，分片2会接收到信标链广播的包含分片1区块头的信息。在此之后，分片2会验证关于分片1的信息然后开始执行相关操作，并将执行完成的区块信息发送给信标链。
共识机制Casper——解决无利害攻击、长程攻击、简单攻击问题，以奖惩机制规范节点行为
Casper是以太坊2.0的核心共识协议，负责管理系统节点，对验证者施行奖励和惩罚。
通过节点质押解决PoS无利害攻击问题，以奖惩机制规范节点行为
由于PoS存在“无利害攻击”问题，即在PoS机制下，恶意的节点验证者可以在没有任何损失的情况下把自己的币押在分叉链上推动硬分叉。因此在持币者需要向信标链抵押一定数量的Eth申请成为节点，当被标记为“active”之后，才能运行协议。
同时信标链也会跟踪和管理验证节点。节点们每成功打包一个区块，就会获得一个与他们所持有的Token成比例的以太坊系统奖励。节点负责出块、验证区块，还需要一直在线以完成系统分配给它们的任务。如果大多数验证者拒绝他们所建立的区块，节点将面临失去抵押token的风险；如果验证者没有履行对区块投票的责任，他们质押的Eth也会被罚没；如果验证节点的余额减小到验证阈值以下，则将被踢出验证节点池，无法继续参与验证工作。因此，Casper迫使验证者诚实行事，并通过奖惩制度遵守共识规则。
确保链的最终确定性，避免PoS长程攻击、简单攻击
长程攻击指的是从创世区块开始，创建一条比原主链还要长的链，并篡改交易历史来代替原来的主链。简单攻击指的是分叉链在单位时间里面尽可能多的创造区块，以此来超过原主链长度所形成的攻击。对比PoW，PoS没有两次出块之间强制延时的机制，攻击者可以短时间内让重写历史的链追赶上原本的主链，根据最长链原则来决定的话，很有可能出现真正的主链被篡位的情况。
以太坊将通过每Epoch周期一个的检查点实现链的最终确定性，避免这类风险。具体来看，以太坊将每个Epoch里的第一个Slot区块设置为一个检查点。参与共识的验证节点会对检查点投票。当检查点收到了超过2/3的的投票，且上一个检查点也是确定性检查点，那么这个检查点即是确定性检查点，这段区块就成为确定性不可更改的。所以Casper共识的一大改进是引入了显式的最终确定性,只要是在最终性检查点之前的区块都是被确认的，区块信息无法再被篡改，没有被颠覆的可能，也无需后续的矿工用为已经确认的区块增加安全性。
展望和风险
展望
奠定行业地位
以太坊2.0如果成功实施，将彻底解决以太坊的性能瓶颈。凭借其目前最大的生态规模，升级后更低的Gas费、更快的交易速度，加之eWASM更好的开发者体验和更高的可访问性，以太坊将成为公链领域不可颠覆的存在。
促进生态繁荣
受限于底层公链的性能瓶颈，目前区块链无法服务于实体应用，超过千万月活用户的Dapp还没有出现。以太坊2.0如果成功实施，便可以支持大规模商业应用，届时，必定会将公链赋能于实体，助推Web3的腾飞，千万用户级的Dapp也将涌现。
风险
落地风险
以太坊2.0开发难度较大，虽然以太坊的框架已经确定了下来，但很多细节还在持续讨论和修改中，存在落地风险。由架构图可以看出，完成以太坊2.0需要有几个大的技术创新，实现智能合约分片与状态分片本身就有极高设计与开发难度，除此之外还需要考虑与原链的过渡与兼容，更进一步的增加了实现难度。以太坊作为一个发展几年的平台，代码结构已经变得非常复杂，底层重则修改难，对于原有架构的修改牵一发则动全身，需要考虑很多因素。
竞争风险
根据公链TVL对比数据，虽然左边饼图中以太坊公链依然是以55.4%占比位居第一位，但右图面积图能清晰反映出以太坊上的TVL比例正在不断下降且被其他公链蚕食。
许多公链致力于解决以太坊当前面临的扩展与性能问题，他们大都会在智能合约层兼容以太坊代码，可以最快速、最方便的让开发者能转移到自己的公链上来，所以以太坊面临的竞争压力是非常大的，如果以太坊不能及时的完成升级，将会给其他公有链超越的机会。高性能公链赛道里，Solana、Avalanche和Terra等公链激烈角逐，地址数量迅猛增长，留给以太坊2.0的时间是紧迫的。
参考文章：
TokenInsight《分片技术研究报告》
以太坊2.0都要来了你还不知道Casper吗？
以太坊2.0系列：区块的产出和确认
读懂以太坊升级：了解最新路线图，消除对合并转PoS的误解
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