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以太坊2.0是当前以太坊主网的重大升级。 其目的是通过分片等技术解决以太坊的可扩展性问题。
以太坊2.0的历史
以太坊 2.0 在以太坊社区中并不是一个新想法。 自以太坊诞生以来，关于改变以太坊底层共识机制以解决工作量证明（PoW）局限性的想法就一直存在。 2015年7月主网Frontier上线后，关于以太坊2.0升级的讨论就从未停止过。
与以太坊以往的多次升级相比，以太坊2.0的推出显得尤为重要，因为它将实施的权益证明共识机制（PoS）将从现有网络中移除工作量证明（PoW）。
股权证明 (PoS)
权益证明（PoS）是以太坊2.0最重要的变化，因为它彻底改变了区块链验证的经济激励结构。 当前的激励结构由 PoW 共识维持。 大多数使用PoW的公链都是众所周知的（包括BTC、ETC、LTC等），也是迄今为止最常用的共识机制。 PoW机制中的矿工运行节点并消耗算力来解决复杂的数学问题并竞争打包下一个区块的权利。
矿工在 PoW 链上运行硬件和消耗电力所需的时间和金钱通过区块奖励进行补偿，这些奖励被分配给成功开采区块的矿工。 PoW共识算法非常安全。 个人摧毁BTC或以太坊等成熟的PoW公链所需的算力非常大，而如此巨大的算力甚至可能不存在。
虽然 PoW 机制非常安全，但 PoW 共识也存在可扩展性（Scalability）和可访问性（Accessibility）的问题。
可扩展性：由于每个区块都是顺序开采的，并且每个区块中可以记录的数据量是有限的（即区块大小有限），因此以太坊在给定时间内只能处理有限的数据量。 信息量。 如果待处理的交易数量超过了一个区块可以容纳的数量，则剩余的交易必须等待下一个或后续的区块进行验证。 可扩展性问题将通过在 PoS 网络上实施分片来解决（见下文）。
可访问性。 PoW 矿工在过去十年中我们看到的去中心化技术的出现和发展中发挥了基础性作用。 尽管PoW公链有很多优点，但成为矿工的进入门槛相当高。 个人必须购买并设置所有必要的硬件才能成为矿工，并且可能还必须居住在电力成本较低的地区，才能从区块链奖励中获得可观的总收入。 此外，对于企业和公司来说，电力成本往往较低，这意味着矿工如果想要获得最大收益，可能需要组建公司并购买足够的挖矿硬件来增加挖矿能力。 矿的概率。 几个最大的挖矿集团会阻止大多数普通区块链用户真正参与网络的维护，这也导致了矿工的中心化。 在以太坊2.0中，PoS的目标之一是让更多的个人验证者参与进来，通过公平竞争分享维护网络的奖励。
股权证明取代了 PoW 的两个最重要的组成部分：矿工和电力，分别用验证器和抵押代替。 从广义上讲，验证者取代矿工作为维持网络商定状态的节点，并通过随机选择下一个区块来获得奖励。 与 PoW（矿工消耗电力来实现区块确认）不同，PoS 系统中的验证者只需要投入 32 个 ETH 即可将自己的利益与系统绑定。
在以太坊 2.0 中，验证者将资金（至少质押 32 ETH）存入以太坊基金会开发的官方存款合约中。 验证者将下载并运行以太坊 2.0 客户端软件。 在运行客户端软件时，它们将被随机选择来打包或验证链上的块。 正确打包并验证区块的验证者将获得 ETH（金额为验证者质押给所有验证者的 ETH 的比例）作为奖励。
在以太坊 2.0 中，如果验证者未能保持在线并履行其计算职责，他们的区块奖励将相应减少，从而激励验证者尽可能长时间地保持在线。 。 如果验证者恶意尝试破坏网络（例如验证不正确的数据记录），他们所质押的 32 ETH 或部分将被没收。 在 PoS 网络中，对恶意行为者的经济激励机制更强（即恶意行为者这样做的动机较小），而在 PoW 中，攻击失败的经济风险仅为实现一定计算所需的电力成本power，对 PoS 系统发起攻击的成本等于抵押的 ETH 数量（即惩罚）。 对于想要发起攻击的个人来说，损失相应金额的金钱的风险比更抽象的电力成本更直观。 PoW攻击失败的结果就是电费的损失，而没收验证者的质押资金就相当于PoW矿工在攻击失败中烧毁了整个矿场。 总之，PoS系统可以让个人更有动力去维护整个网络。
尽管硬件成本的节省使得成为验证者的准入门槛比成为矿工低得多，但现实情况是，没有多少人拥有 32 ETH 或愿意冒近 6,000 美元（约 190 美元/ETH）的风险进行质押。 拥有足够专业知识的专家并不多，能够使整个系统在不停机、不损失资金的情况下良好运行。 现在我们预计接入问题有两种解决方案： 为了克服技术困难带来的障碍，一些公司已经开始提供 Stake 服务。 通过这项服务，他们将帮助其他人质押 32ETH，这将通过从中获得的收入来维持。 客户端操作。 如果 ETH 持有者的质押数量少于 32 ETH，那么他可以加入质押池，与其他人汇集资金，以达到所需的 32 ETH 门槛。 那么他获得的回报将与他的总投资成正比。
权益证明（PoS）将在以太坊2.0升级的第一阶段（也称为阶段0）中推出。
阶段0
以太坊2.0将于2020年在第0阶段之后分阶段推出。第0阶段将推出以太坊2.0网络的信标链。 信标链将部署 PoS 共识算法，并将管理将开始验证以太坊 2.0 区块的验证者的注册记录。
为了让信标链生成其创世区块，必须在网络上质押至少 524,288 个 ETH，并分配给至少 16,384 个验证者（这些数字的设置是为了确保足够的安全性和去中心化）。 在达到这个阈值之前，不会分配质押奖励，这也是为什么第 0 阶段的早期参与者需要一些利他主义的部分原因。
随着信标链的推出和PoS的实施，现有的以太坊PoW链将继续存在。 事实上，第 0 阶段信标链对于大多数以太坊用户来说并没有特别的用途，因为它无法处理交易、执行智能合约或支持去中心化应用程序（DApp）。 这实际上是出于设计考虑，即确保以太坊2.0能够在运行状态下经受足够的测试，然后才能支持数百万交易的DApp。 为了确保以太坊2.0的推出不会扰乱现有的以太坊生态，原有的以太坊区块链将继续并行运行，并在第0阶段继续接受各种升级。在第1.5阶段，两条链将实现合并实现连续且单一的以太坊网络。
阶段1
目前阶段 1 尚未确定启动日期，但预计将在阶段 0 信标链启动后一年内启动。 第一阶段的主要改进是分片链的实现，这在本文前面已经提到过。 提到了可扩展性解决方案。 对于以太坊2.0来说，分片将导致以太坊被分为64条独立的链（即分片链），这些链并行运行并实现无缝互操作。 分片将通过让以太坊同时处理多个交易来解决可扩展性问题：理论上，64 个分片链意味着一次可以处理 64 个区块。 目前以太坊（以及其他 PoW 链）一次只能处理一个区块，这意味着后续交易必须等到一个区块处理完毕后才能在下一个区块中得到确认。 由于数十个数据块同时运行并无缝互操作，因此处理数据的工作量可以分布在同时处理的多个块上。
1.5阶段
第一阶段的一个重要时刻是原始 PoW 区块链和新 PoS 链的合并。 这一刻在以太坊社区中被称为 1.5 阶段。 具体来说，PoW链将被带入以太坊2.0，并作为64条区块链之间的分片链与信标链共存，这意味着数据历史不会中断，即ETH持有者也无需进行以太坊 1.0 和 2.0 之间任何形式的代币转移或交换； 相反，他们将能够继续在以太坊 2.0 中使用他们的 ETH，无需额外的操作步骤，也不会导致原始 ETH 失效。 的风险. 虽然原PoW链的历史仍然存在，但不再需要PoW共识机制来维护； 它将像以太坊 2.0 上的其他 PoS 分片链一样运行。
第二阶段
目前，第 2 阶段并不像第 0 阶段或第 1 阶段那么明确。但是，我们知道，随着 PoS 和分片链的实施，第 2 阶段将实现以下功能（包括但不限于）： ETH 账户的建立、交易、转账和取款以及智能合约的执行。
第2阶段之后
以太坊的发展不会在第二阶段之后结束。在第二阶段之后的几年里，以太坊网络的覆盖范围和功能将得到极大的改善。
以太坊 1.x
虽然上面提到了，但值得再次强调的是，以太坊 2.0 预计要到第 2 阶段才能完全功能。在此期间，区块链生态系统将继续发展，以太坊仍然需要满足开发者、去中心化应用建设、企业的需求。因此，在实际进入第一阶段之前，以太坊 PoW 链至少会以“以太坊 1.x”的形式存在。 即使以太坊2.0的未来建设计划仍在完善中，开发者仍然会致力于提升以太坊1.x的性能。
以太坊2.0在区块链生态中已经被期待已久，并在区块链生态中得到了广泛的讨论。 PoS 和分片将为可扩展性、安全性和可访问性带来巨大改进。 对于ETH持有者来说，以太坊2.0意味着一个新的机会，即他们都可以参与并获得维护网络的奖励。 对于那些想通过质押 32 ETH 成为验证者的人，可以通过第三方质押 32 ETH，或者与他人共享资金来降低进入门槛。