以太坊核心開發者會議：深入探討以太坊合并及其路線演變_KIN

原文標題：《以太坊核心開發者會議更新006》

這次更新與以往的有點不同。首先，我決定轉移到Mirror發布更新。使用這個用于1559NFT項目的平臺是很不錯的體驗，而且我一直在找機會再次使用它。我會在HackMD保留更新列表，這樣便于在一個地方輕松找到它們。

第二，由于我們現在的工作重點在合并(TheMerge)上，本文其實不算是一篇「更新」，而是對走到當前架構選擇的路線圖演變的深入探討。幾周后，會有一篇類似的文章，詳細介紹以太坊網絡在合并后將如何運作。

合并史前史

合并將把以太坊目前的工作量證明(PoW)共識算法轉為在信標鏈上運行的權益證明(PoS)機制。這個設計是「以太坊2.0」路線圖多次迭代的結果。讓我們回顧一下過去幾年路線圖的變化吧。

階段0，1，2

幾年來，權益證明和分片的研發是彼此獨立的。在2018年臺北的一次研討會上，大家決定將這兩項研究計劃統一起來，形成一個分三個階段的「以太坊2.0」路線圖。BenEdginton在這篇文章里對當時的研討會和總的理念作了非常好的總結。正是在這次活動中，Hsiao-Wei展示了這張現在廣為人知的「以太坊2.0」簡圖：

KingData監控：灰度ETC基金減持1007.36枚以太坊經典:據KingData數據顯示，灰度ETC基金減持1007.36枚以太坊經典，基金持倉總規模變為1225.52萬枚ETC。(注：灰度暫未開放贖回，小幅減持或因每股含幣量微調、扣減管理費所致。)[2021/9/24 17:02:35]

來源：https://docs.google.com/presentation/d/1G5UZdEL71XAkU5B2v-TC3lmGaRIu2P6QSeF8m3wg6MU/edit#slide=id.g3c326bb661_0_298

這張圖展示了當時新路線圖的每個階段將交付的內容：

階段0將帶來信標鏈

在階段1，會加入數據分片

在階段2，在每個分片加入虛擬機，以在系統里實現計算。

分片的數量最初定為100，然后提高到1024，最近又調低到64。

提早合并?

隨著信標鏈的工作在2018年開啟，很明顯，這個分三個階段的以太坊2.0路線圖將需要幾年時間才能完全交付。伴隨著使用以太坊人數的快速增長帶來的成長陣痛，這帶來了工作量證明區塊鏈研究計劃的復蘇。在2018年的DevconIV上，「Ethereum1.x」這個術語被提出，用于涵蓋這些研究計劃。其中最重大的一項是無狀態以太坊(StatelessEthereum)，這個范式會把未被訪問的狀態從網絡中移除，以限制狀態的膨脹速度。

報告顯示 以太坊是歐洲區塊鏈初創企業的首選:風險投資基金LeadBlock Partners最新報告顯示，以太坊是歐洲區塊鏈初創企業的首選。

在LeadBlock調查的200家初創企業當中，27%的歐盟企業區塊鏈初創企業和企業正在使用以太坊進行項目。而Hyperledger和Corda分別吸引了20%和16%的開發者。[2020/7/3]

一方面有越來越多的關注放在讓PoW鏈變得長期可持續上，另一方面開發者們意識到信標鏈可以比以太坊2.0路線圖的其他部分更早實現，結合兩者后出現了一個「提早合并」的提案。這份提案把現有的EVM鏈作為以太坊2.0系統的「分片0」來啟動。這樣不僅會加快搬到權益證明的速度，還會使應用層的過渡更順滑，因為搬到權益證明不需要在應用層上做遷移。

這提案出來不久，DannyRyan在他的《Eth1+Eth2客戶端關系(Eth1+Eth2clientrelationship)》的文章里探索了我們可以如何通過利用現有Eth1客戶端實現提早合并。這將大大減少交付一個合并后系統和利用客戶端的開發工作，因為Eth1客戶端已經在主網上久經沙場了。按這條路走下去還可以給研究者更多時間解決階段1和2的開放性問題(請看這里)，和無狀態以太坊(這仍然是非常活躍的研究領域)。

以Rollup為中心的路線圖?

Cardano創始人：若V神應用Snow-Stake的PoS共識，將極大加快以太坊2.0開發:Cardano (ADA)的創始人Charles Hoskinson日前在接受采訪時討論了一項潛在的早期收購，可能會給以太坊帶來巨大的變化。根據Hoskinson的說法，如果V神應用了康奈爾大學教授Elaine Shi開發的Snow-Stake的股權證明(PoS)共識，將會極大地加快以太坊2.0的開發。Elaine Shi在 2016年與人合著了一篇關于《Snow White的PoS共識》(Snow White PoS consensus)的論文，該論文“為一個真正去中心化、開放參與的網絡提供了第一個正式的端到端的利害關系證明系統”。節點可以在任何時候連接，甚至在創建系統之后也是如此。Hoskinson認為，這將解決“有限的學術嚴謹性”，他說這在以太坊的發展中很普遍。但Hoskinson表示，V神本可以讓對這個問題有濃厚興趣的頂級科學家為他創建一個漂亮的一致算法，讓他可以自由地專注于開發業務和技術的其他部分。然而，Hoskinson說V神有其他的想法。Hoskinson得出結論，在堅實的基礎上進行改進，而不是從頭開始開發新的東西，可以節省以太坊大量的時間和精力，并避免困擾項目的長期延遲。（Cointelegraph）[2020/4/21]

很快到了2020年末：階段0此時的進度已經達到99%，信標鏈很快就要啟動了。盡管在階段1的工作進展順利，但將在階段1引入的分片上實現計算功能的階段2仍然有很多未解決的問題：

聲音 | 以太坊開發者：繆爾冰川硬分叉或于12月31日前后啟動:PegaSys Protocol Engineering產品經理Tim Beiko發推稱，以太坊“繆爾冰川（Muir Glacier）”硬分叉計劃在2019年12月31日新年前夕進行。但考慮到存在難度炸彈，出塊時間應該至少再增加一次，并將其推遲三到四天。據悉，本次網絡升級旨在解決網絡難度炸彈問題。據悉，EIP 2384提議在區塊高度920萬左右進行硬分叉以延遲難度炸彈，預計發生在2020年1月6日前后。（AMBCrypto）[2019/12/16]

如何從當前的EVM鏈順滑過渡到分片的虛擬機？

從性能上看，有哪些替代虛擬機能被部署？

我們要如何確保各種虛擬機是真的安全？

如何協調所有虛擬機上的狀態和余額？

......

同時，rollup(例如二層的擴容方案)方面正發生非常快速的進展。多個團隊公布要上測試網，且取得令人鼓舞的早期成果。

大約在這個時候，Vitalik在EthereumMagicians論壇上發表了長文，論述我們應該把短期和中期的擴容工作集中在rollup上。它們不僅會在階段2完成前上主網，還會是階段1的最大受益者。Rollup會生成大量數據，而分片可以為它提供比EVM鏈消耗更低的存儲。下面是文章的截圖：

動態 | 游戲Gods Unchained成以太坊鏈上交易量最大應用:據數據分析平臺 Alethio 的報告顯示，基于以太坊的游戲 Gods Unchained 在上周推出交易市場功能后，鏈上交易數據已遠超排名第二的 USDT。這是一款利用非同質化代幣（NFT）概念的卡牌類游戲，用戶可以通過交易市場篩選卡牌、創建卡牌組合或與其他用戶交戰。[2019/11/25]

這種方法將對階段0-2路線圖產生幾方面的影響。具體如下：

階段0(信標鏈)當時正處于部署主網前在測試網上運行的階段，一旦PoW鏈準備好，信標鏈就可以成為共識層引擎，而不需要等到階段2以后；

階段1(數據分片)的實現還需要幾年時間，它從擴容的關鍵障礙變成一項增量改進，它會減少已經開發出來的擴容方案(例如rollup)的開銷；

階段2(分片執行)是有最多開放性研究問題且更復雜的功能，它可以在幾年后推出，或完全取消，對擴容路線圖沒有任何影響。

研究社區快速就這個提案聚集起來，并在一個月內發表了一篇ethresear.ch文章，詳細介紹了當前這個合并計劃！

當前&未來的路線圖?

可執行信標鏈

當前的合并架構在首次于2020年11月由MikhailKalinin發表的《可執行信標鏈(ExecutableBeaconChain)》上得到詳細說明。簡言之，它結合了多次迭代的以太坊2.0路線圖的洞見：

信標鏈已經啟動了，現在可以作為共識引擎來使用；

Rollup是擴展計算的最佳短期解決方案；

當前的Eth1客戶端是作為合并后執行層的最佳基礎；

搬到權益證明可以通過對當前運行的應用影響最小的方式實現

Mikhail提議中的一個重大變更是，與其讓當前的EVM鏈成為」分片0」，不如直接與信標鏈連接。

這是一個簡單但重要的見解——Eth1執行層客戶端已經是以共識算法可換的方式構建的。主網使用工作量證明，而測試網和私人以太坊網絡使用的是權威證明(proofofauthority)共識算法(clique、IBFT等)。

在文章里，Mikhail提議直接把權益證明作為客戶端使用的新共識算法。換句話說，就是把當前的工作量證明鏈與信標鏈合并。下面由TrentVanEpps制作的這張圖很好地說明這個變化：

來源：https://twitter.com/trent_vanepps/status/1415741658067517441/photo/1

這種方法將最大程度地減少PoW鏈上客戶端團隊要做的工作，同時仍然帶來「提前合并」和「以Rollup為中心路線」的所有好處。

Rayonism項目

為了驗證可執行信標鏈架構的可行性，在名為Rayonism的長達一個月的黑客松里，客戶端進行了原型設計。

在幾周內，Eth1和Eth2客戶端的各種混合組合作為合并后的客戶端在EVM上運行交易，通過信標鏈達成共識。

高度概括來說，現在的Eth2節點變成作為網絡的共識層，而現在的Eth1節點則作為其執行層。共識層的功能擴展為把最新的鏈頭信息發送給執行層，并向執行層請求區塊。執行層仍然負責處理區塊、廣播交易、存儲和管理狀態，和處理JSONRPC請求。

這個實驗驗證了可執行信標鏈的架構是合理的，且可以用作過渡到權益證明的基礎，現在這個過程被稱為合并。

PoW->PoS的過渡?

Rayonsim項目里沒有測試的是從真正的PoW網絡過渡到運行中的Pos網絡。經過幾次迭代后，現在已經大致敲定了一份規范。

為了實現從工作量證明到權益證明的過渡，在客戶端里需要設置一個TERMINALTOTALDIFFICULTY（終結總難度)。當發現區塊上的難度超過了工作量證明鏈的難度時，客戶端會進入過渡模式，它們會開始監聽權益證明層的信息來達成共識。一旦共識層最終敲定的一個區塊的難度超過了TERMINALTOTALDIFFICULTY，執行層將完全停止監聽和廣播PoW區塊信息。這樣，合并就完成了！

對于應用，這不會對合約和用戶造成任何影響。有一些操作碼需要更新，但就僅此而已。對于信標鏈節點的運行者，在合并中需要選擇一個執行引擎。同樣地，如果你在工作量證明網絡運行一個節點，在合并中需要選擇一個共識客戶端。隨著合并工作的開展，你可以預期會有多個開發者測試網、教程和會議來討論這些問題。

接下來的工作

盡管合并的總體方案已經確定了，客戶端團隊還有一長串的事情需要在未來幾個月內完成。大部分要做的事都可以在這里追蹤到，值得關注的包括確定合并后的同步協議、為整個過程設置創建集成測試、上線開發者測試網并在不利條件下運行它們，以及為過渡期間的各種意外情況做計劃。

如果你想深入了解實際的規范，EIP-3675詳細列出執行層客戶端需要的變化，而共識規范中的mergefolder詳細列出了共識層的變化。

當事情稍微穩定下來，請期待另一篇深入以太坊客戶端在合并后將如何工作的文章。謝謝你的閱讀，下次再見！

感謝DannyRyan、TrentVanEpps和MikhailKalinin對本文草稿的反饋。

一個值得注意的變更是「無狀態以太坊」不再是過渡到權益證明的先決條件。

在過渡階段根據總難度而不是區塊或slot號可以更好處理重組情況。想了解更多，請參見EIP-3675里的"Transitionprocess(過渡過程)"部分。

撰文：TimBeiko翻譯：ETH中文站

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