UPS:可視化以太坊的未來之路該如選擇_eth化學縮寫

以下內容改編自作者于4月9日(周五)的演講內容。非常感謝DannyRyan和SachaSaint-Leger的建議。

本文是關于通往未來以太坊的道路。今天的以太坊就是eth2開發者所稱的“eth1”，也即當前我們熟知和喜愛的PoW鏈；明天的以太坊既不是eth1，也不是eth2，而就是...以太坊：綜合了在今天的執行層(eth1)之上部署PoS和分片的一系列eth2工作。

我們先來回顧一下今天的以太坊(eth1)：

今天的?eth1鏈的運作方式

在今天的以太坊上，當用戶想要做一些事情(即“事務”)，他們會把事務(transactions)發送給礦工，然后礦工把事務打包進區塊，并將這些區塊添加到一條不斷增長的區塊鏈(eth1)中。礦工運行PoW共識機制，以此來決定由誰來添加下一個區塊，礦工也執行區塊中包含的事務，以確保這些事務是有效的。

PoS替代PoW：驗證者替代礦工，小型服務器替代大量挖礦設備

PoW需要大量的硬件設備來運行密集運算，進而造成了過高的能耗。在此，我們不會像大多數加密貨幣批評者那樣討論能源浪費問題(比如“為什么我們要使用一個消耗<某個國家的>能源的支付系統？”)，但如果我們可以消耗絕對更少的kWh(千瓦時)來做一些事情，那么這(PoW)就確實是存在能源浪費，我們應該減少能耗。

全球首顆在軌可視化區塊鏈衛星成功發射:金色財經報道，7月22日13時07分，“泰安號”（星時代-16）衛星搭載谷神星一號遙六運載火箭，于中國酒泉衛星發射中心成功發射入軌，這是全球首顆在軌可視化區塊鏈衛星，也標志著國星宇航第12次太空任務順利完成，星時代AI衛星星座組網進程在2023年穩步推進。

本次衛星平臺搭載的國星宇航自主研發的創新型可視化區塊鏈在軌存證系統，實現在軌可視化區塊鏈多重簽名認證、在軌視頻可視化播錄、在軌可視化遙感數據存證確權等功能，打造區塊鏈與空間技術的深度融合，將應用于金融與政務服務等行業。[2023/7/23 15:53:32]

因此，這將我們帶入PoS，使用小型的服務器來取代大量挖礦設備，并使用驗證者(validator)取代礦工。

在PoS中，如果驗證者不執行驗證工作(圖中第2步)，則將會適當地損失質押金

那么，上圖中的第2步(即驗證)是什么呢？驗證者到底要驗證什么？

我們可以將以太坊的活動分為兩部分：共識層→“哪個是正確的數據？”；執行層→“數據的含義是什么？”

共識層(consensuslayer)確保所有人都對正確的數據達成共識。執行層(executionlayer)實際上是“解釋”這些數據，使數據有意義。“數據”是指與區塊鏈進行的任何交互，比如部署一個智能合約，在交易所進行交易，發送一筆付款等等...

中國銀行等金融機構推出數字人民幣可視卡“硬錢包”:北京市于春節前夕啟動了“數字王府井 冰雪購物節”數字人民幣紅包試點活動，面向在京個人以“搖號抽簽”的形式發放5萬份數字人民幣紅包，每份金額200元。此次活動中，中國銀行、中國郵儲銀行等金融機構推出了數字人民幣可視卡“硬錢包”。中國郵政儲蓄銀行工作人員介紹，目前數字人民幣無源可視卡“硬錢包”尚處于受邀辦理體驗階段，優先發放給東城區具有抗疫事跡的老年人。（新華社）[2021/2/18 17:25:59]

區塊鏈的核心是在鏈中引入新的區塊。當新區塊被添加進來時，新區塊進來之前的狀態和進來之后的狀態之間，會發生一次狀態轉換(statetransition)。區塊鏈的當下狀態匯總了之前所有區塊的數據。

例如，如果當前狀態維持著一個記錄了Alice和Bob的賬戶余額的賬本，而新區塊中包含了一筆Bob向Alice支付了10枚幣的交易，那么這個新區塊被添加進區塊鏈中之后，狀態將會記錄新的余額信息。一個新區塊添加進來之后，要么會更改當前的狀態(比如，更新Alice和Bob的余額)，要么會創建一個新的狀態(比如部署一個智能合約，或者將Carol新添加進賬本中...)。

根據以太坊計劃，第1步是將共識與執行解耦；第2步是把PoW共識換成PoS共識

根據我們的計劃，Rollups和eth2工作的總體要點就是處理上圖中的第1步，也即將共識與執行解耦(decorrelateconsensusandexecution)。那么，這方面進展如何了呢？

報告：算力可視作比特幣價格的先行信號:據區塊鏈公布平臺Xangle的最新報告，新一輪比特幣減半應關注算力變化，回看過去兩次減半期，算力可以視作是比特幣價格的先行信號。2012年11月28日，比特幣迎來首次減半，此后一年算力飆升19766%，比特幣價格也隨之年內上漲8069%。2016年7月9日，比特幣第二次減半，之后一年內算力與價格分別上升248%、284%。報告指出，新一輪比特幣減半行情也應關注算力變化，但值得注意的是，與過去兩次減半不同，目前比特幣算力受新冠病疫情等影響已回落24%。[2020/4/9]

第1步已經完成了！

自2020年12月以來，我們已經有了兩條并行運行的區塊鏈(見上圖)：

上方的是PoS共識鏈(即信標鏈)

下方的是可靠的PoW共識+執行鏈(即eth1鏈)

這兩條鏈并行運行，但它們會相互“交流”，當然目前是單向的...

如何成為一名驗證者？

要成為PoS共識鏈(即信標鏈)的驗證者，用戶需要在部署于PoW共識+執行鏈(即eth1)上的存款合約中鎖定32ETH，該質押金會自動轉移到PoS共識鏈中。一旦驗證者被激活，就可以開始(對PoS共識鏈)進行驗證并獲取獎勵。

聲音 | 陸金所朱益盛：行業區塊鏈開發與應用有可視化、共享化和合規化三個瓶頸待突破:11月19日，陸金所科技中心研發總監朱益盛在北京舉行的亞洲金融峰會上表示，行業區塊鏈的開發與應用仍有三個瓶頸待突破，分別為可視化、共享化和合規化。朱益盛說：\"在法律法規上對區塊鏈的接受程度會越來越高，這方面的應用也會做的越來越多。\"朱益盛還表示，由于區塊鏈天然具備不可篡改、可溯源的特性，如果金融機構上報的數據都能上鏈，那監管機構的效率也會得到提升和突破，法律法規相關配套措施會更快地跟上來，很多應用場景也會更快得到許可和落地，這也正契合監管科技(Reg-Tech)的方向。（中國網財經）[2019/11/20]

合并之后，信標鏈(紫色)是共識鏈，切換為PoS共識的eth1鏈(紅色)將作為執行鏈。什么時候實現合并？可能在2021年實現...

預計這種單向的“交流”將不會持續很長時間。合并這兩條鏈將永久地連接PoS共識鏈(信標鏈)和PoW共識+執行鏈(eth1)之間的鴻溝，從而允許驗證者為執行層(即合并之后切換為PoS共識的eth1鏈)生成區塊。因此，合并之后，我們將有兩條鏈：

同一條PoS共識鏈(即信標鏈)

基于PoS的執行鏈(即切換為?PoS共識的eth1鏈)

合并之后，PoS共識鏈(信標鏈)的驗證者們將終于能夠贖回和提取他們的收益和存款，并將收益和存款發回至PoS執行鏈(eth1)中。

所有這些使我們從PoW環境轉移到了一個完全合格的PoS環境中！但需要注意的是，此時并沒有增加這條鏈的帶寬——這是分片(sharding)要實現的目標。在這之前，在我們尚且只有一條執行鏈(即eth1鏈)之際，我們來討論一下如何通過其它方式來對執行進行擴展。

法國著名電子開發公司愛可視即將推出加密貨幣錢包:公司愛可視（ARCHOS）是一家多年以來一直從事電子產品開發的法國公司，該公司專注于便攜式媒體播放器，同時以其音響配件而聞名。該公司即將成為Ledger和Trezor強勁的競爭對手，推出加密貨幣錢包Safe-T，售價將為62美元。據悉，這是愛可視首次涉足加密貨幣領域。這款計劃于6月開始發貨的設備包含許多流行的加密貨幣錢包（如Ledger Nano）擁有的功能，其中包括生成私鑰和支持各種加密貨幣，例如比特幣，比特幣現金，以太坊，萊特幣和zcash，支持的加密貨幣還會繼續增多。該設備還可用于為第三方錢包（如Mycelium）添加額外的安全層。[2018/2/25]

擴展計劃：1.將執行轉移至鏈下；2.將數據提交至鏈上。

Rollups是眾多可用的擴展解決方案之一，但從協議設計的角度來看，它可能提供了最優折衷的方案。Rollups的理念很簡單：通過在鏈上提交重建狀態轉換執行所需的數據，來綜合地處理狀態轉換，并將執行轉移至鏈下進行。如果有人對執行結果有異議，或者有人忘記了在第一時間執行，那么數據就在那里等著所有人處理。Rollups是無需許可的！

更準確地說，在Rollups中，執行所需的數據(事務輸入)與它的載體(事務)是分開的，且這些數據是以節省空間的方式“捆綁”起來。同時，Rollups在執行鏈(即eth1鏈)之外運行，提交數據并加以執行。見下圖：

如今eth1鏈的擴展正在發生，Rollups已經部署，其它擴展方案也在開發中。

想要“使用某條Rollup鏈”的用戶，需要在該Rollup位于執行鏈(eth1)上的合約中存儲一些資產，之后用戶就可以在該Rollup上做一些事情了，比如使用自己的資產與該Rollup鏈上的其它資產進行交易。一旦用戶完成了想要做的事情，就可以將資產從Rollup撤回至執行鏈中。就是這樣！

Rollups有什么其它替代性方案？如果我們沒有這些并行運行的Rollps鏈(上圖中的黃色鏈)，而是擁有很多條并行運行的執行鏈(上圖中的紅色鏈)，那會如何？比如，如果eth1鏈被“復制”，并與其它幾條復制鏈并行運行，那會怎樣？

其中的問題在于我們如何處理幾條平行運行的執行鏈。如果其中某條執行鏈想要知道另一條執行鏈中發生的事情，那該如何做到？這正是分片(sharding)?遇到的棘手問題(注：也即所謂的跨分片通信問題)。

你可能會說，“Rollups差不多也有這樣的問題！”，實際上確實如此。當你在某條Rollup鏈上想要與另一條Rollup鏈進行交互時，同樣的棘手問題也會出現?(即跨Rollup通信問題)。但重點是，當前存在幾種Rollup設計，這一問題的解決方案空間很廣闊，且在很大程度上尚未被探索。因此，在將某種方案納入協議層之前，為何不通過Rollups先啟動試驗呢？

這將我們帶向了以Rollup為中心的以太坊路線圖。

以Rollup為中心的eth2：使用分片來保存Rollups發布的數據

你聽說過區塊空間的稀缺性吧？Rollups需要發布數據，而eth1的區塊空間是稀缺的！且如上所述，跨分片很難。因此，為什么不使用分片來保存Rollups需要發布的數據呢？借助于64條分片鏈，就能帶來比當前可用的多出64倍的帶寬，而且可能更多，因為一個分片區塊將可能保存比當前的eth1區塊更多的數據量。

應該強調的是，這并不意味著在分片層的執行功能會永遠被排除在外。當前以Rollup為中心的以太坊路線圖是一種短期到中期的前進方式，直到(例如)找到更好的加密原語來保證正確地將執行劃分到多條鏈中(注：即實現可執行分片)。這一切都非常迷人，應該會讓很多人忙上很長一段時間。在此期間，Rollups是解決之道。

每條Rollup鏈都是其自身的“執行環境”：如何輕松地遷往/遷出Rollup？我們可以進行跨Rollup操作嗎？Rollups應該如何處理擁堵問題？

這方面還有很多工作要做！首先，我們不要忘記，合并和數據分片是非常復雜的工作，目前有多個團隊在致力于其中一項或兼顧這兩項工作。而即便是在Rollup方面，仍然有一些非常有趣的問題有待探討，以下僅是其中一些：

如何大規模地實現用戶向Rollups的遷移或者從Rollups遷回至鏈上，這是一個很酷的概念。如果你有足夠多的公共交通工具讓你往返于Layer1(eth1)和Layer2(Rollps)之間，為何你還要自己開車往返呢？其中的經濟機制是什么呢？

如果你想在臨近的一條Rollup鏈做一些事情，因為該Rollup中有著一些你所在的Rollup中沒有的酷東西，那你該怎么辦？你是否必須從當前的Rollup撤回至Layer1上，然后再從Layer1轉移至該臨近的Rollup中？這似乎相當的不經濟。

對于當前的鏈上操作來說，Rollups是一個巨大的帶寬提升，這是毫無疑問的。但是，Rollups并不是用戶所期望的無限高速公路。在Rollups中，仍然會有很多人想要做很多事情，且有時候是同時發生的！因此，Rollups將與生俱來地要應對擁堵問題，但與Layer1協議保護的擁堵市場(EIP-1559很快就會實施)不同，Rollups有著更大的設計空間可供探索。

說到擁堵問題，這是更特定于協議的，但我們還將看到EIP-1559扮演交通警察的角色，來規范每個數據分片上發布的數據量，以確保驗證者能夠處理這個數據量。如果你認為EIP-1559機制在一條鏈(eth1)上很酷，那么等到有64條分片鏈同時運行該機制時會更酷。那么，Rollups應該在哪里發布它們的數據呢？是將數據僅發布在單個分片上，使數據僅在該條分片上可獲取？還是發布在多個分片上，從而受益于計劃中的分片交錯出塊？其中，分片交錯出塊(shardstaggering)是Vitalik最近提出的想法，即所有分片輪流出塊，這樣Layer2項目(如Rollups)在發布數據時，距離一個新區塊的時間間隔不會超過幾百毫秒，這對于需要快速敲定的應用來說是理想選擇，詳見?。

撰文：BarnabéMonnot，以太坊基金會研究員

原文鏈接：

https://barnabe.substack.com/p/eth2

正文中涉及的鏈接：

:https://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698

:https://ethresear.ch/t/mass-migration-to-prevent-user-lockin-in-rollup/7701

:https://ethresear.ch/t/simple-approach-to-incentivizing-shard-staggering/9149

*本文首發于Unitimes?App*

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