金色深核｜以太坊2.0全面技术指南

本文是《区块链技术手册》系列的第一篇，《区块链技术手册》系列是一个可以了解加密货币技术逻辑的文章系列，主要介绍比较特色的项目类别或者主流项目的技术架构。

第一篇选择了介绍以太坊2.0，会尽力全面的把相关技术内容汇集此文中，如有偏颇请指正。

ETH2.0的阶段0已经箭在弦上，一周内以太坊2.0存款合约质押了超过50万枚ETH，我们对以太坊的期待更上了一层。但从技术来看，谜一样的ETH2.0仍然是一个未来不可预测的形态，因为公链始终都在尝试。

或许我们已经对ETH2.0期望太高了，所以从技术角度详细了解下ETH2.0以及近期的变化，可以基于这些内容再去给予合理的期待。

ETH2.0这个词是相对于ETH1.0或者ETH1.X说的，从共识上很容易区分，ETH2.0是PoS共识，而ETH1.0是PoW共识。

以太坊在创世的时候，是先利用基金会的poa节点启动的，随后运行稳定后加入PoW节点，开始了挖矿进程，这么多年来，ETH1.0的PoW节点已经发展出庞大的数字，因为PoW挖矿的收益力量，以太坊矿工也是加密货币矿业里不可或缺的一部分，其挖矿算法是ETHhash，使用GPU挖矿，也出现了ASIC挖矿，但ASIC算力并没有像比特币挖矿里ASIC和GPU对比那么悬殊。

PoW的ETH1.0网络像比特币网络一样，并发量很低，并且以太坊还是一个具备可编程能力的网络，在以太坊上运行的各种智能合约，会增加很多链上确认消息的数量，比只做转账的比特币网络多了很多调用类消息，所以，以太坊太堵了。

当年的加密猫让以太坊堵的一塌糊涂，2020年Defi流动性挖矿热潮的时候，以太坊依旧堵的一塌糊涂，Gas费居高不下。当以太坊从PoW转向PoS后，这样的问题会解决一部分，可以从每秒处理7笔交易的的处理能力提升到上千笔交易，这已经是质的飞跃。

在以太坊2.0的路线图里，最终目标是PoS，PoW链会在历史的发展中被留存至不适合挖矿，ETH1.0网络彻底不适合再工作为止，当然这不知道会是多少年后，在我们可预测的时间内，ETH2.0启动Phase0后，PoW和PoS会是混合存在的，在ETH2.0的分片架构里，ETH1.0的PoW链就是一个分片，与ETH2.0信标链中的分片承担一样的任务。

那ETH2.0究竟代表了什么？ETH2.0是代表了基于PoS共识建立以太坊的开始，信标链会开始逐渐承担以太坊主要的确认出块过程。

与现在的PoW链相比，ETH2.0实现的是PoS共识、分片结构以及带来新的虚拟机eWASM，实现这三种设定后，以太坊可以更加分散化（目标和实践也许会有差异），因为用笔记本小型设备就可以成为一个验证节点。网络更有弹性，即使有节点脱机，也会因为分片的布置而保持稳定。当然最重要的就是前文所说，网络的处理能力和ETH1.0的处理能力完全不同。

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ETH2.0把前期实施分为了3个阶段，Phase0、1、2（是主要变化）。

Phase0是启动信标链的开始，启动信标链前需要用户抵押32个ETH成为节点，并且需要足够量的ETH（超过50万枚）才能启动。为了保证信标链的稳定性，用户存入32ETH后，暂时不能取出，等到Phase1才会有退出的设定。Phase0启动后，ETH2.0信标链会成为以太坊庞大网络中的一个部分，虽然已经开始出块，但并不承担转账、合约执行等。这个时候相比信标链，其实ETH1.0的PoW链会更健壮，Phase0开始后ETH2.0和1.0链会面临一个混合成为一体的过程。

ETH2.0和1.0链因为是不同共识的链，而网络要有一致性，这个过程也是形成网络总帐本的实验过程。根据官方说明，在Phase1阶段会部署64个分片进行试运行。

分片的试运行，多个以太坊开发者透露过重要的是测试分片间的信息确认过程，因为不同分片是不同的链，跨分片互通是必要的，跨分片互通之后才能状态统一。

ETH2.0Phase0让信标链运行稳定，ETH1和ETH2链并行运行，Phase1开始后，分片开始测试，进展合格后，Phase2阶段就是网络正常运行开始eWASM虚拟机的建设等，Phase2后代表着可以在ETH2.0链上部署智能合约、开发dapp。

但经过11月20左右以太坊开发团队进行的AMA，Vitalik和开发者们重点指出，可能会暂缓Phase2阶段里的关于分片的技术设计，因为在rollup技术成为以太坊2.0的中心技术后，Phase1阶段里运用rollup已经可以提升足够的处理量。

这里提到的Phase1阶段的rollup。是把信标链的数据层进行一个数据分片，然后数据再经由rollup处理后提交到信标链，这样信标链会有足够的处理能力。（如果再加上layer2的方案，处理能力会更好。）

此外，开发者还提及将会提前推出ETH2.0、1.0混合测试网，这意味着ETH2.0、1.0两条链的状态融合可能会提前。这是目前以太坊2.0会出现的一些变化，总结来看，就是加快推进。

其他的以太坊2.0出现的特殊情况还有几点需要注意：

1.在阶段0、1和2中，ETH2.0和1.0链都在出块，所以块奖励也会是给两个链，ETH的增发量会增加，官方预测，两条链的总通货膨胀可能最初会飙升，但随后随着PoW链的逐渐淡化而开始趋向0-1％范围。

2.官方期望在阶段2之前将客户端等工具移植为支持eWASM的。

3.dApp未来需要选择分片。因为跨分片通信的问题，分片之间可能会失去了一些组合可能。

4.可能未来一段时间内会面临ETH1.0链账户和合约迁移到2.0的升级问题。

以上是基于技术结构和技术目标，以太坊将面临的变化。而这些都是网络底层或者后端的变化，作为一个用户或者投资者，这些变化带来的实际影响并不明显。与用户和投资者最为密切的还是拥有哪些参与过程？接下来我们总结一下和用户最密切的部分：参与指南的技术项。

首先是以太坊2.0最重要的存款质押，在阶段0启动的时候，信标链正式启动，届时从创世区块开始有信标链的BETH奖励。

以太坊2.0的存款页面是https://launchpad.ETHereum.org/，在页面介绍会有详细的参与指引，主要过程包括注意事项、选择客户端、保存密钥、上传密钥文件、选择钱包支付、成交。

从技术上看，其实是把以太坊1.0链上的ETH锁到合约里，启动节点的权限，但节点的奖励并不是ETH，因为旧链和信标链还没有同步，节点奖励是信标链上的ETH，即BETH。

用户需要先安装一个ETH1.0链客户端、再安装ETH2.0链客户端，然后再使用ETH1链的钱包支付。两个客户端也需要同步运行，其中ETH1节点服务也可以使用infrua等第三方服务。

此处提示，安装节点需要根据各个客户端的文档提示安装和部署。例如gETH?hyperledger?besu?parity或者直接使用infura第三方服务。

以太坊2.0存款的运行操作界面是从ETHereum/ETH2.0-dePoSit-cli页面下载该文件，然后在终端窗口中运行./dePoSit命令。另一个选项是用Python源代码构建工具。需要按照说明操作，以确保安装了所有必需的开发库和dePoSit-CLI工具。

更多内容请查看上文中的网页，请不要忽略其中的超链接的文档叙述。

此外，更严格的要求是客户端的运营，因为节点的验证是要一直持续的，如果节点掉线，用户质押的钱很可能会损失掉，所以为了防止节点掉线的话，需要保证运行客户端的硬件随时开机运转，并且网络也需要稳定，例如使用笔记本电脑或者台式机运行，保持电源在线不断电、客户端在线、以及联网状态良好都是需要的。

如果使用服务器或者一些定制硬件运行，也是如此，大部分服务器可能运营在IDC，其稳定性会更高，但部署成本和运维成本也会很高。例如可能在笔记本运行可能每月需要几十美元，但稳定性并不高，服务器或者一些树莓派、迷你电脑、定制主板的设备会更合适，另外还推荐使用Linux，稳定性更高，轻巧、安全，但成本可能会更高一些。

除了自己建节点，然后抵押进去之外，其实很多用户可以用更小的资金参加，因为32个ETH现在已经是一个较大的资产数目。所以那些只持有少量ETH的用户想要投资会有其他方法。

这里面会涉及一个第三方的问题，也就是用户把ETH给第三方，第三方再建立节点去抵押。用户存入的钱有固定的数量，这样32个ETH可以由几十个用户一起组合而成。满足32个之后就可以做一个节点抵押。

第三方在做这件事的时候，是需要把ETH拿到手，然后再抵押进去，但如果只是拿到ETH然后抵押到合约里，只是一个迁移过程，只是迁移过程的话整个业务里的ETH资产流动性会很堪忧，并且资金利用率不高。

对于以太坊2.0的staking业务，最好的形式仍是把存款过程做成合约执行，用户把ETH转进固定的合约之后拿到凭证。抵押之后的凭证是比较重要的，惯用的方式，是用户存入之后可以生成合成资产凭证，然后合成资产也有自己的交易市场，这样既可以解决流动性问题，又可以多增加一种资产市场。同时合成资产的协议也会成为未来和以太坊2.0合约调用的关键部分。

这里可以举例的是例如项目stafi在以太坊2.0staking业务协议里生成的rETH、项目stkr在以太坊2.0staking业务协议的aETH。这些都是用户可以用定量小资金参与以太坊2.0质押的技术过程。

除了这一点外，如果说以太坊2.0的32ETH的限制是一个证明，那使用多方签名的方式也可以把ETH的证明形式切分成更多的小参与方，这里会设计多方计算MPC等，不过这些实现还没有实例。

上文把以太坊技术发展的前因后果、网络架构、用户参与方式等介绍完毕。但以太坊还有很多有趣的东西没有写出来。例如你知道以太坊路线图里还有以太坊3.0吗？

在以太坊wiki的介绍里，除了以太坊2.0的阶段0、1、2。还有3、4、5、6。其中阶段3是轻客户端状态协议，阶段4是跨分片交易，阶段5是与主链安全性的紧密耦合，阶段6的超二次分片或指数分片，也就是分片中的分片。

当然现在这些部分有些已经有变化，不过这也代表未来更多可能性，例如基于零知识证明的starkware，还有异构分片、Casper?CBC，这三项是被成为以太坊3.0的代表。

以太坊的进展是值得充满期待的，2年前的在布拉格的以太坊开发者大会上，2.0还是一个宏大的远景，现在近在咫尺，站在这个高度上，我们似乎可以看到更远了，但对于每个参与或者经历的人来说，公链的发展就是充满了不确定性的。成功和失败可能就在一两件小事上，不过参与者需要引颈高歌，因为这本身就是一场新的教育过程，为行业加油的是行业发展的不确定性给予的兴奋和成就感，enjoy。

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