比特币:观点：以太坊2.0技术分享_Sparkster

1月11号20：00，BlockManiaAMA直播第41期暨BlockMania「201技术AMA」第3期继续进行，本期主题为「以太坊2.0技术分享」，本期活动由著名技术社区Comunion主办，BlockMania协办，分享嘉宾为《深入了解以太坊》作者、星链科技技术负责人王欣。以下为本次AMA整理回顾01以太坊的发展之路

这是一张2019年的以太坊路线图，我们看到从2013年底，以太坊创始人VitalikButerin发布了以太坊初版白皮书，启动了项目，到现在已经不知不觉走过了6个年头。

2014年7月24日起，以太坊进行了为期42天的以太币预售。到9月份，以太坊通过预售一共募集到31,531个比特币，根据当时的比特币价格，以太坊成功募集到了超过1800万美元，根据CoinTelegraph的报道，以太坊「作为最成功的众筹项目之一，将会被载入史册」。到了2015年7月30日，以太坊Frontier网络发布。开发者们开始在Frontier网络上开发去中心化应用，矿工开始加入网络进行挖矿。矿工自身通过挖矿得到代币奖励，另一方面也提升了整网的算力，降低被黑客攻击的风险。Frontier是以太坊发展过程中的第一个里程碑，它虽然在开发者心目中的定位是beta版本，但在稳定性和性能方面的表现远远超出了任何人的期望，从而吸引更多的开发者加入构建以太坊生态的行列。2016年3月14日，以太坊平台的第二个主要版本Homestead对外发布，同时也是以太坊发布的第一个正式版本。2017年9月18日，以太坊开发团队开始测试「大都会」版本的第一阶段：拜占庭分叉。2017年10月16日，主网在4,370,000区块高度成功完成拜占庭分叉。此次硬分叉将为智能合约的开发者提供灵活的参数；同时，为后期大都会升级引入zkSnarks零知识证明等技术做了准备；延迟引爆难度炸弹，将冰河期推迟1年；挖矿难度显著降低，因此以太坊平台的交易速度会明显提高，对应的矿工们挖矿的收益从每区块5个以太币降低到3个。2019年6月，「君士坦丁堡」硬分叉在7080000区块高度完成，升级中包括五项改进方案：1）为数据存储的变更引入更公平的定价方法；2）使智能合约开发商受益；3）更良好的促进基于状态通道和链下交易的特定可扩展性解决方案；4）随着更多事物被转移到第二层；5）将块采矿奖励从3ETH减少到2ETH，以及延迟以太坊的难度炸弹12个月。就在上个月，以太坊正式完成了「伊斯坦布尔」分叉，包含六个以太坊改进提案，解决的主要问题是：拒绝服务攻击弹性，降低Gas成本，增加基于zcash的Equihash工作量证明。我们看到以太坊作为区块链2.0技术的代表，不断发展，不断创新，成为了业界数一数二的明星项目。

DFI.Money（YFII）发起关于如何分配Balancer奖励提案:9月3日，聚合器项目DFI.Money（YFII）收到首批Balancer（BAL）奖励，共计BAL 679.83个，价值21,814美元。该奖励来源于YFII/DAI矿池，后续每周都将收到。关于奖励如何分配，社区发起提案进行投票：放进循环挖矿池；换成yCRV给投票人激励参与投票；注入社区基金。[2020/9/8]

这张图可以看到，以太坊的项目资产规模稳居第2的位置，远远超过其他加密货币项目。这与以太坊技术的高度有着非常密切的关系。以太坊背后的开发者也是非常具有极客精神的一群人。02以太坊核心技术

回到技术层面，我们可以看到以太坊的技术架构也是一种分层架构。从上到下，依次是应用层，合约层，协议层。协议层包含了EVM虚拟机，区块管理，KV数据库，共识算法，P2P网络等基本组件。其中智能合约是以太坊最最核心的技术，它的实现基于以太坊内部的EVM虚拟机，智能合约可以完成任何代码逻辑，从而支持多样化的商业流程，以太坊中使用solidity语言编写智能合约。智能合约构建了以太坊丰富的DApp生态，让区块链更加落地，更加能与各行各业相结合，更加方便与物联网、大数据、人工智能、云计算这些技术相结合。这也是以太坊区别于比特币即区块链1.0系统的最大魅力所在。03企业以太坊

大家知道以太坊是一个公链项目，那么和我们的日常生活，还有我们开发者有什么关系呢？我们怎样利用好以太坊这个技术资源，用到自己的项目上，或者做一些传统行业的创新？这一直是困扰行业从业者最大的问题。目前可能最成功的应用还是围绕着数字资产的金融生态，比如交易所。但是在资产交易之外，人们的探索也一直没有停止。早在2017年，以摩根大通、芝加哥交易所集团、纽约梅隆银行、汤森路透、微软、英特尔、埃森哲等20多家全球顶尖金融机构和科技公司成立的企业以太坊联盟。

张春泉：区块链等如何与行业深度融合将是工业互联网发展关键要素:曙光云计算集团副总裁、中国科学院智慧城市产业联盟副秘书长张春泉表示，目前工业互联网发展呈现出新特征，一是在云计算技术架构支撑下，企业之间正从技术、产品和供应链的竞争逐步演进成为平台化的生态体系竞争。二是以工业互联网为支撑，助力企业迈向网络化、智能化的新阶段，构建数字化的工业生态和数字化的商业服务生态。三是新一轮的IT技术加速行业的深度融合，比如说标识解析、区块链等技术如何与行业深度融合，将是这一时期工业互联网发展的关键要素。（经济参考报）[2020/4/30]

这是企业以太坊的协议栈，我们看到比以太坊公链多了不少内容，它也更偏向一种企业架构，更加符合联盟链的定义，在隐私保护、跨链通信、共识算法方面做了改进和优化。04技术改进方向

我本人也是2017年和企业以太坊EEA有过一些交流，参加过他们组织的电话讨论会议。但是由于联盟是一个松散的组织，缺少明确的发展目标和合作机制，直到今天也没有什么实质性的进展。用他们自己的话说，就是组织内有太多的politics。其实这个联盟还是以摩根大通的贡献为主，他们推出了Quorum技术框架，就是以太坊在企业应用的比较好的原型。蚂蚁区块链的BaaS平台，微软云都是支持Quorum框架的。那么，现在区块链的技术也遇到了瓶颈，也就是以太坊2.0概念被提出的原因。主要的优化集中在三个方向：性能、隐私和手续费。05以太坊2.0

ETH2.0将分三个阶段实现：阶段0信标链，涉及核心部分、网络、签名方案和随机性。它在PrysmLabs创建的Sapphire测试网上运行。如果你有GoerliETH，则可以加入该测试网，质押gETH。阶段1是面向64条独立运行分片链的协议实现。每个分片都可以运行网络的一种状态。例如，你可以将Maker放在一个分片上，将其他DeFi应用放在另一个分片上，将Eth1链放在另一个分片上，将CryptoKitties放在另一个分片上，依此类推……阶段2支持执行引擎，实现整个空间的交易和帐户模型。执行引擎使系统的复杂度最小。不知道是否还会推出更多的后续阶段。尽管研究人员希望看到更多的Eth2.0分片链开发规划，但这一切仍处于发展的早期。

声音 | Ripple CEO：正与监管机构会面解释如何使用加密技术:Ripple CEO Brad Garlinghouse在接受采访时表示其正在告诉银行，“加密不是一个坏词”。他称，“我正在做很多事情是与监管机构、银行高层会面，向他们解释如何使用加密技术，特别是XRP来解决实际问题，而不是规避监管。一旦人们理解了这一点，他们很快就会解除武装，加密这个词就不再是一个贬义词”。（CoinTeleraph）[2020/2/20]

这个是以太坊2.0的分层框架，主要变化是增加了BeaconChain和ShardChain。Shard翻译为分片，类似于分布式操作系统，不同分片内的交易可以并行处理。经过一段时间的开放讨论，以太坊的2.0技术也逐渐开始收敛：分片数量从之前的1024减少到64，分片区块大小从kB增加到kB。分片总容量为1.3-2.7MB/s，具体值取决于时隙。如果需要的话，分片数量和区块大小可随时间的推移而增加，比方说10年后最终达到1024个分片，以及1MB区块。在L1和L2层实施了诸多简化方案：1）所需的分片链逻辑更少；2）因为「原生的」跨分片通信可以在1个时隙内完成，所以无需通过Layer-2为跨分片通信加速；3）无需通过去中心化交易所来促进跨分片交易费手续的支付；4）执行环境能够进一步简化；5）无需再混合序列化和哈希。当然，这也引入了一些问题：1）信标链的开销更大；2）分片区块产生时间更长；3）对「突增性」带宽需求更高，但对「平均」带宽的需求更低。TPS一直是区块链被关注的重要瓶颈，我们知道比特币和以太坊都采用了PoW共识算法，TPS也就10左右。最近以太坊2.0研究中引入了zk-rollup技术，它理论上可以将交易提高到3000TPS。接近中心化系统的性能，大家知道，Visa网络目前平均TPS为2000。

动态 | 观点：加密托管机构能对资产的市场价格产生重大影响:CoinDesk研究主管Noelle Acheson认为，在传统金融领域，一个好的托管服务机构可靠地“持有”客户名下的证券和债券，通常会提供额外的服务，但从不会影响资产的价值。加密货币市场则不同。好的加密托管服务可以对资产的市场价格产生重大影响，甚至会影响其基本价值。这种差异比最初看起来的更重要。在传统金融中，托管人是解决难题的关键部分，但他们不是市场影响者。在加密领域，他们（个人或集体）的策略可以决定资产的成功。然而，这种影响不受监控和监管，最终可能会催生一种全新的权力结构。（CoinDesk）[2020/1/21]

这是使用zk-rollup技术的以太坊理论性能对比每个批次包含2048笔交易和一个zk证明。但是，由于实施了EIP1108和EIP2028这两个提案，交易和证明的gas成本现在都发生了变化：每笔交易为8.125字节。当前每笔交易只需耗费16个gas/字节，因此每笔交易gas花费为8.125*16=130gas。由于每批次有2048笔交易，因此每批次的交易成本为130*2048=266,240gas。如果将15个批次插入以太坊区块，由于每个批次可容纳2048笔交易，这意味着我们可以让每个区块打包15*2048=30,720笔交易。30,720个交易/15秒=每秒2048笔交易。当然以上知识理论推导，还存在一些实际问题需要解决：每个zkRollup批次都需要简短的加密证明，以证明该批次中交易的完整性。事实证明，生成此证明的计算费用十分昂贵。这才是达到理论吞吐量限制的主要瓶颈。目前使用一个CPU和三个GPU，需要几分钟时间才能生成一个这样的证明。尽管通过并行计算可以显着改善性能，但是将证明生成时间从几分钟减少到几秒钟，同时保持合理的成本，仍然是一个重要的挑战。最后，再讲一下零知识证明，它被用于保护区块链上的数据隐私，非常适合用于医疗行业的电子病历场景。

声音 | 观点：密码学人才短缺，影响了马来西亚的区块链发展:私人投资公司MW Partners Group Holdings Pte Ltd顾问Mark Pui表示，密码学领域的人才短缺，拖累了马来西亚数字账本技术的发展。

Mark声称：“我认为，现实是我们没有密码技术，这影响了我们领导区块链技术发展的能力。在马来西亚和全世界，区块链技术的应用仍然有限。但在发展方面，我们落后于其他所有人，因为我们没有技能，没有深厚的密码学技能。”（The Malaysian Reserve）[2019/11/29]

理解零知识证明，大家可以回顾一下阿里巴巴和四十大盗的故事：当强盗向阿里巴巴拷问打开山洞石门的咒语时，他对强盗说：「你们在离开我一箭远的地方，用弓箭指着我，当你们举起右手我就念咒语打开石门，举起左手我就念咒语关上石门，如果我做不到或逃跑，你们就用弓箭射死我。」阿里巴巴证明了他知道咒语，同时也没有泄漏咒语的具体内容。zk-SNARKs,Zk-STARKs和BulletProofs是零知识证明用于区块链隐私技术的3种主要技术。对比来看：1、Bulletproofs和Zk-STARKs不需要可信设置，zk-SNARKs则需要可信设置；zk-STARKs：通过证明者与验证者之间的交互来执行，以一种有效的数学方法，使得验证者通过验证每一个步骤，最终确信证明者确实知道某个信息或者拥有某种权益。其特点是：证明快、验证快，但证明体积大SNARK指无需双方交互，证明人单方出具即可，不需要反复在双方之间传递信息。其特点是：证明慢、验证快，证明体积小。2、证明速度对比：Zk-STARKs>zk-SNARKs>Bulletproofs3、文件大小：zk-SNARKs<Bulletproofs<Zk-STARKs简单一句话：Zk-STARKs太大，bulletproofs太慢，优点是不用预装，zk-SNARKs最优。

目前已经有相当成熟的第三方库，可以用于零知识证明的开发和研究。

这一领域也是学术界研究的热点，最近几个月宣布了很多zk-SNARK构造相关的新突破。新的发现是臭名昭著的「可信设置」目前来看是多余的，意味着可以使用通用计算。然而，很难找到关于这些新构造的可以理解的信息。新的零知识证明构造解决了设置过程的限制，这意味着像智能合约这样的任意代码都可以作为zk-SNARKs运行。通常有两种做法：透明设置：设置过程创建一个参考字符串，是公共的，但是并不会产生有废料。这类似于zk-STARK工作方式。Fractal、Halo和SuperSonic-CG都使用了透明设置方式。这种方法的缺点是证明大小通常很大。Factal和zk-STARK证明可能高达250kB大小，这对于区块链应用来说是不切实际的。Fractal团队告诉我，他们正在努力缩小证明的大小。Halo和SuperSonic具有10kB甚至更小的证明尺寸。通用设置：设置过程创建结构化字符串，会产生有废料，但创建不再局限于单一电路。相反，一个参考字符串可以与无限数量的任意电路一起使用。例如Marlin、SuperSonic-RSA和Plonk。仪式结束后，可以更新这三个构造的参考字符串以提高安全性：如果当前的有废料泄漏，则只需更新建立过程来再次保护系统。。

表中是一些zksnark算法的性能对比。在证明方方面，为每一个zk-SNARK构造创建证明需要O(nlogn)的时间。差异主要是证明的大小、验证时间和参考字符串的大小。综上所述，我们主要考察了以太坊2.0的三个技术点：sharding，zkrollup和zksnark。涉及到比较多的理论知识和算法，需要花点时间才能理解。不过重点还是建议放在这些算法有什么用途，以及如何使用上面。Q&AQ1：以太坊完成了分叉，那么会对后续产生什么主要影响吗？答：以太坊的分叉，就是一种软件升级。以太坊的升级方向，就是以太坊社区希望发展的方向，所以随着一次次升级，网络会更加安全，更加高效，也更加符合社区治理的思想。这个我们平时软件开发的快速迭代是一个道理。唯一不同的是，以太坊是一个承载了千亿资产的金融系统，每次升级资产的安全性和服务的连续性没有收到丝毫的影响。这也是这个项目值得关注的原因。Q2：方便简单介绍一下solidity语言吗？答：solidity是一种语法非常类似javascript的以太坊特有的脚本语言。它有高级语言的大多数特性，最常用的操作就是对以太坊的账户，账户中的余额进行操作。solidity非常适合用于实现数字资产，比如ERC20，ERC721，ERC777都是非常常用的数字资产类型。之前非常热闹的币圈项目资产都是围绕ERC20在做文章，以以太猫为代表的区块链游戏则是利用了ERC721标准。Q3：区块链平台的迭代，受到公众性的影响，不能太快太激进，比如会有分叉的问题，老师觉得这个问题未来能够解决吗？在软件平台上，通常会出现马太效应，也就是胜者通吃，现在以太坊位居平台第一，是否其他平台就没有机会了呢？非中心化，也就是DAO的理论，好像是从以太坊开始才渗透的，但实际上权力的集中会带来效率，这个问题怎么看呢？答：首先，明确一点，区块链项目的成功不仅仅取决于技术。V神发文也提到，社区远比代码重要。代码只是实现社区治理和规则的工具。在解决一些基本问题上，并不会用到很高深的技术。反倒是区块链中的智能合约和通证机制，是组织改进非常核心的内容。区块链平台的迭代，现在可以说满足不少的应用场景了。但是以太坊是为全球用户服务，所以技术难度会更大。我们研究区块链，还是更多放在如何将区块链技术落地，改造一个行业，或者解决一些核心社会问题，比如：医疗、教育等。以太坊的DAO是非常好的思路，去中心化也是相对的，也就是多中心化。PoS的思想就是，干系人关系越大，投票的权重也越大。不是每人都可以投票。Q4：请问王老师,接下来以太坊生态中，对于普通的个人开发者，最大的机会在哪里呢？答：我们面向的未来是一个可编程的社会，有大量的商业规则和逻辑需要转化为智能合约，人工智能解决了生产力的问题，区块链能够更加有效和公平地治理这些生产力。咱们开发者了解这些原理，就可以在具体的某个场景中，帮助实现这些逻辑，贡献社会价值。当然区块链的底层也有很多技术挑战，但是这更加适合有一定学术研究基础的同学了。技术参与建议还是放在区块链应用方向，区块链底层不太适合大多数人。比如做区块链的工具就是很好的思路，像imtoken类似的引用。比如：etherscan这类。Q5：DApp方向有什么好的建议吗？答：广义上讲，我觉得有几个方向吧，一个是金融类，一个是个人信息类。金融就是数字资产的交易，投资，增值等，因为这个领域也越来越合规了，监管已经进来。个人信息的隐私保护，越来越被看重，个人信用、健康档案，个人消费画像，越来越需要恢复主权。Comunion的DAO，这是一个非公司，但超越公司的组织。不同背景，不同角度的思想在一起碰撞，会产生非同一般的效果。DAO的财务和人员管理，都是非常需要DApp这类工具帮助的。

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