小白如何理解ETH2.0升级？

以太坊网络是世界上最大、使用最广泛的区块链网络之一。 它也是世界上最大的开源项目之一，以太坊是 Github 上最大的项目之一。 自 2015 年首次发布以来，以太坊一直朝着其最终目标取得进展，即成为去中心化的全球计算机，有朝一日可以取代我们日常生活中使用的许多集中式应用程序。 然而，在实现这一目标之前，以太坊社区和网络还有很多工作要做。 本文将简要介绍以太坊迄今为止的进展，然后讨论即将发布和期待已久的网络版本。 那就是万众期待的ETH2.0升级版。

以太坊发展的四个阶段

根据ETH基金会官网发布的消息，ETH网络将在区块高度达到906.9万时进行升级，预计升级时间为2019年12月7日。

当以太坊网络于 2015 年首次推出时，该项目的长期路线图分为四个阶段。 每个阶段都由一组以太坊改进提案 (EIP) 定义。 这些是以太坊社区提出并批准的提案。 这些提案为各种以太坊客户和开发人员制定了指导方针。 例如，当前版本的以太坊称为君士坦丁堡，它总共创建了四个 EIP，以提高网络的安全性、隐私性和可扩展性。

以太坊的第一阶段称为 Frontier。 它于 2015 年发布，是该网络的第一个实时版本。 Frontier 允许用户和开发人员挖掘 Ether，构建 Dapps 和工具，并试验新平台。

以太坊发展的第二阶段是 Homestead。 Homestead 于 2016 年 3 月发布，是以太坊网络的第一个生产版本。 它对协议进行了许多改进，这些改进将作为未来升级和提高交易速度的基础。

以太坊发展的第三个阶段和当前阶段称为 Metropolis。 大都会分为两个版本，拜占庭和君士坦丁堡。 拜占庭于 2017 年 10 月发布，比以前的版本更轻、更快、更安全。 一些具体的升级包括更可预测的 gas 价格和开发人员更容易的编程。 拜占庭还通过允许以太坊开发人员执行 zk-SNARKs（零知识简洁非交互式知识论证）的高效链上验证来提高隐私性。 尽管首字母缩写词 zk-SNARKs 乍一看似乎很复杂，但该系统使用了一个相对简单的概念，即零知识证明。 这种方法证明了陈述的真实性，除了陈述试图证明的内容之外，没有揭示任何其他内容。 例如，我可以向朋友证明我知道我手机的密码，而无需实际向他们透露。 拜占庭更新还更新了挖矿调整，称为“难度炸弹”，这将使挖矿随着时间的推移变得更加困难，因为预计会过渡到股权证明系统（稍后会详细介绍）。 君士坦丁堡旨在进一步完善这些改进。 虽然君士坦丁堡原定于 2018 年 11 月推出，但以太坊的领导和开发者决定将其推迟到 2019 年推出，最终于 2019 年 2 月 28 日发行，发行量为 728 万。

以太坊的第四个也是最后一个阶段被称为以太坊 2.0 或 Serenity。 这是迄今为止最雄心勃勃的升级，应该会改善网络的几乎每个方面。 Eth 2.0 计划在 2019 年至 2021 年之间分四个阶段推出，尽管这个时间表可能会发生变化。 为了充分理解 Eth 2.0 的意义和重要性，我们首先需要审视当前以太坊网络面临的主要问题，这也正是 Eth 2.0 试图解决的问题。

当前以太坊和ETH2.0解决方案面临的问题

1. 以太坊网络目前面临的最重要的单一问题是可扩展性。

以太坊网络支持数百个去中心化应用程序，每秒需要处理大量交易。 添加更多的节点并不会增加网络的可扩展性，因为每个节点都需要验证每笔交易信息。 以太坊网络的使用增加，包括创建更多 Dapp 和执行更多交易，导致交易时间和成本持续增加。 这使得以太坊网络速度变慢以太坊a卡n卡，使用起来也不太方便。 在最近的速度测试中，该网络每秒仅处理 20 笔交易（去年，各种消息来源表明每秒处理 12 至 45 笔交易）。 相比之下，大规模提高可扩展性的努力对于以太坊 2.0 的发展至关重要，以便网络得到广泛采用。 在检查了其他几个选项后，以太坊团队决定采用称为分片的过程，这是网络可扩展性的最佳解决方案。 等离子链和状态通道等链下解决方案也可用于卸载主网络并进一步提高可扩展性。

2. Eth 2.0 将解决的另一个主要问题是效率和环境可持续性。

与比特币和许多其他区块链网络一样，以太坊目前依赖工作量证明 (PoW) 共识协议来确保其网络的安全性。 PoW 系统的主要优点是它是一个非常快速且相对简单的过程来验证新块是否属于链。 然而，为了确保网络的安全和防止欺诈，矿工找到正确的哈希输入在计算上是昂贵的。 由于只有一个矿工会找到正确的哈希值这一事实加剧了这种情况，因此所有其他矿工所做的工作实际上并没有被使用。 结果也有明显的缺点，PoW 共识需要大量的算力和电力，效率很低。

PoW 协议需要大量能源，这会降低挖矿的盈利能力，并对环境和系统的长期可持续性产生严重的负面影响。

PoW 协议很重要，因为它们可以创建早期的区块链网络，但效率很低。 它们也容易受到市场垄断的影响，因为它们赋予拥有更多资源的参与者不公平的优势。 有钱有势的个人和组织可以买得起更多、更快、更强大的计算机，从而使他们有更好的机会成功解决每个密码难题并获得奖励。 例如，大约 65% 的比特币挖矿是由 5 个理论上可以联合控制 50% 以上市场份额的矿业集团完成的。 比特币矿工使用昂贵且专门的专用集成电路 (ASIC)，这导致了比特币挖矿的工业化和部分中心化。 由于以太坊挖矿通常使用许多家用计算机中的图形处理单元 (GPU) 进行，因此集中式挖矿的风险不如比特币。 然而，最近针对以太坊发布了 ASIC，由于其目前依赖的 PoW 协议，以太坊挖矿仍然存在中心化和垄断的风险。 这造成了比特币、以太坊和其他区块链网络的去中心化程度低于最初预期的情况，这危及了它们的独立性和实用性。

Eth 2.0 旨在将网络从工作量证明协议过渡到称为 Casper 的权益证明 (PoS) 协议，旨在解决效率和可持续性问题。 由于 2017 年通过拜占庭更新引入的炸弹开采难度调整，这种转变将变得越来越重要。 炸弹将使 POW 越来越难以开采以太币，直到最终变得不可行。 该设备是在 Serenity 从 PoW 过渡到 PoS 期间引入的，这是更新对以太坊社区如此重要的另一个原因。

3. Eth 2.0 要解决的最后一个主要问题是速度和可用性。

这与分片将要解决的可扩展性问题相关但不同。 分片的引入应该消除最重要的交易速度和吞吐量瓶颈，但另一个瓶颈是由以太坊虚拟机 (EVM) 本身造成的。 EVM 本质上是以太坊的基础设施，它执行代码并允许网络正常运行。 EVM 负责以太坊网络的内部状态及其所有计算。 EVM 还确保以下信息准确无误：帐户信息，例如余额、当前 gas 价格、地址和区块信息。 此外，机器必须跟踪以下组件：块信息、存储状态，并且虚拟机还处理所有在 Solidity/Vyper 上编写并编译成独特的 EVM 字节码的 ETH 智能合约。 然后合同由网络上的每个节点执行。

因为它负责以太坊网络的许多重要方面，虚拟机执行任务的速度对网络本身的整体速度和可用性有重大影响。 针对这一瓶颈的先进 Eth 2.0 解决方案称为 Ewasm（ETH WASM）。 Wasm 是一个 W3C 社区组织开放标准指令集，目前由 Google、Mozilla、Microsoft 和 Apple 的工程师开发。 除了提高速度和吞吐量之外以太坊a卡n卡，Ewasm 还可以提高以太坊网络的安全性和可用性，以及其他好处。

Serenity版本长期目标：抵御天灾人祸

在 Devcon 2018 的一次演讲中，以太坊开发者 Justin Drake 解释了团队如何希望 Eth 2.0 “在第三次世界大战中幸存下来”或类似的东西，即多达 80% 的节点立即下线。 在其他不太极端的情况下，它也很重要。 例如，一场或多场与气候变化相关的重大灾难可能会在数小时内摧毁大部分节点，或者像中国或美国这样的大国可能会决定禁止以太坊和其他区块链网络并试图在本国消除这些网络节点。

Eth 2.0 可能遇到的另一个场景是量子计算的到来。 目前，美国、中国和其他大国和公司之间正在进行技术竞赛，率先发明和生产量子计算机。 在这一点上，问题不是是否，而是何时。 无论何时可用，量子计算机都将比最先进的经典计算机更强大。 这将使大多数现有的网络安全，包括加密和区块链技术，相对没有防御能力并且容易被破解。 因此，对于新的和未来的区块链网络来说，尽一切可能（在传统二进制计算的限制内）来阻止量子计算机的出现是很重要的。

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