以太坊 2.0 網絡四層結構包含 PoW 層、信標鏈層、分片層與虛擬機層。

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原文標題:《成都鏈安:以太坊 2.0 技術淺析》
撰文:成都鏈安

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 週年生日。隨着以太坊的不斷髮展,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

什麼是以太坊 2.0?

以太坊 2.0 是計劃中的以太坊替代方案。

隨着 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」正式啓動測試。以太坊 2.0 網絡啓動協調員 Danny Ryan 也在論壇中初步宣佈,以太坊 2.0 最終測試網預計將於 8 月初正式啓動測試。這也意味之以太坊 2.0 已離我們近在咫尺。

以下是以太坊 2.0 的設計目的:

成都鏈安:簡析以太坊 2.0  網絡架構與關鍵技術圖 1

  1. 使其更加簡潔,哪怕影響一些效率
  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後可以替換爲抗量子計算的組件
  4. 使用加密技術並使驗證者在單位時間裏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

爲實現這些目標,以太坊 2.0 採用了信標鏈、分片、PoS 及 eWASM 等技術。我們先來看看以太坊 2.0 完全實現後的樣子,如下圖所示:

成都鏈安:簡析以太坊 2.0  網絡架構與關鍵技術圖 2

整個以太網 2.0 分爲四層

PoW 主鏈層:也就是以太坊 1.0 的單鏈,作爲最底層的基礎,在以太坊 1.0 向 2.0 過渡階段,會將以太坊 1.0 中的價值(以太幣)逐漸轉移到信標鏈中,當以太坊 2.0 過渡完成,可能會作爲一條分片鏈,也可能繼續保留,還未有定論。

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

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,每一條鏈都相當於一條以太坊 1.0。

虛擬機層:eWASM 虛擬機,運行智能合約的執行環境,建立於分片上。

以太坊 2.0 的關鍵技術

鑑於區塊鏈的不可篡改及出現漏洞後影響巨大(The DAO)等特性,以太坊 1.0 到 2.0 的過渡期將持續 2 年左右,並且分階段進行。

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,並穩步將區塊鏈 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

……

……

由於階段 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

信標鏈就是一條基於 PoS (Casper FFG)機制的區塊鏈單鏈

在實現 Casper FFG 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爲「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(event),信標鏈檢測到事件並將地址其加入「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(相當於挖礦),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,纔是被認可的不可逆的區塊數據,如下圖所示:(藍色表示信標鏈;綠色表示分片鏈;黃色表示已被信標鏈確認的分片鏈區塊)

成都鏈安:簡析以太坊 2.0  網絡架構與關鍵技術圖 3

分片

分片就是不同的子區塊鏈。

分片的實現其實是基於地址的。這裏我們可以假設:我們將地址爲 0x00 開頭的地址定義爲分片 1,將地址爲 0x01 開頭的地址定義爲分片 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,那麼節點 1 只會對地址是 0x00 開頭的地址交易進行打包和交易,對於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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