STA:以太坊2.0技术浅析：信标链和分片

就在刚过去的7月31日，加密货币市值第二高的以太坊迎来了5周年生日。随着以太坊的不断发展，社会各界对以太坊的关注也在不断增加，用户及应用的不断激增，也使得大家对以太坊2.0的呼声不断高涨。

什么是以太坊2.0？

以太坊2.0是计划中的以太坊替代方案。

随着DeFi等项目的迅速升温，以太坊上交易量不断激增，这使得交易费用不断攀升，交易时间不断加大。总的来说，现行的以太坊1.0已经难以满足用户的使用需求和发展需求。

今年4月份，信标链创建创世区块，“0阶段”正式启动测试。以太坊2.0网络启动协调员DannyRyan也在论坛中初步宣布，以太坊2.0最终测试网预计将于8月初正式启动测试。这也意味之以太坊2.0已离我们近在咫尺。

以下是以太坊2.0的设计目的：

以太坊信标链网络验证者数量突破38万:金色财经消息，据Ethereum官方网站最新数据显示，以太坊信标链（The Beacon Chain）网络验证者数量已突破38万，截止目前为385,547个。此外，当前以太坊信标链总质押量为12,928,081ETH。[2022/5/22 3:33:38]

图1

1、使其更加简洁，哪怕影响一些效率

2、当主要网络分区以及大部分节点离线时仍能保持存活状态

以太坊2.0流动性质押协议Rocket Pool上线新版Staking UI并将下调迷你池费率:3月12日消息，以太坊 2.0 流动性质押协议 Rocket Pool 在其官方社交媒体上宣布新版 Staking UI 已正式上线，新功能改进了钱包面板，为用户提供交易估算服务、以及更直观的 rETH 汇率和帮助支持。此外，Rocket Pool 还宣布将根据社区提案将所有新迷你池（minipool）的佣金率下调为 15%（目前最高为 20%），除非出现重大分歧，否则该提案将在 UTC 时间 2022 年 3 月 23 日 0:00 生效。[2022/3/12 13:52:31]

3、选择可以抵抗量子计算的组件或者使用日后可以替换为抗量子计算的组件

4、使用加密技术并使验证者在单位时间里能够参与更多的出块

以太坊2.0客户端Lodestar发布Eth2轻客户端原型:以太坊2.0客户端Lodestar发布Eth2轻客户端原型。该原型连接到后端，使用未经验证者达成共识的区块来推进状态，从而能够以较低的资源成本测试消费者层，同时它还公开了请求证明的功能，可根据当前同步的状态根（state root）进行验证。[2021/8/17 22:19:12]

5、使任何消费级个人电脑也可以参与到分片的处理中

为实现这些目标，以太坊2.0采用了信标链、分片、POS及eWASM等技术。我们先来看看以太坊2.0完全实现后的样子，如下图所示：

以太坊未确认交易为196,500笔:金色财经消息，据OKLink数据显示，以太坊未确认交易196,500笔，当前全网算力为434.63TH/s，全网难度为5.79P，当前持币地址为56,776,801个，同比增加168,416个，24h链上交易量为2,306,131.1ETH，当前平均出块时间为13s。[2021/3/24 19:14:41]

图2

整个以太网2.0分为四层：

1、POW主链层：也就是以太坊1.0的单链，作为最底层的基础，在以太坊1.0向2.0过渡阶段，会将以太坊1.0中的价值逐渐转移到信标链中，当以太坊2.0过渡完成，可能会作为一条分片链，也可能继续保留，还未有定论。

2、信标链层：此层最终将是分片链的管理层，负责管理分片链，并参与分片链之间的互通，在过渡阶段也涉及价值转移等。

3、分片链层：64条不同的链，与同一条信标链进行沟通，存储数据，运行合约等，每一条链都相当于一条以太坊1.0。

4、虚拟机层：eWASM虚拟机，运行智能合约的执行环境，建立于分片上。

以太坊2.0的关键技术

鉴于区块链的不可篡改及出现漏洞后影响巨大等特性，以太坊1.0到2.0的过渡期将持续2年左右，并且分阶段进行。

阶段0：主要实现信标链及以太坊1.0中的部分价值转移。

阶段1：主要实现分片，并稳步将区块链1.0上的数字资产转移到分片中

阶段2：主要实现eWASM虚拟机

……

……

由于阶段2的具体实现还不清晰，我们主要针对阶段0和阶段1的技术实现进行简单分析。

信标链和POS

信标链就是一条基于POS机制的区块链单链。

在实现CasperFFG共识时，定义了“验证者”和“提案者”两种角色。一个节点如果想要成为“验证者”，就需要向以太坊1.0中的一个智能合约抵押至少16ETH，智能合约触发事件，信标链检测到事件并将地址其加入“验证者”列表。

信标链将“验证者”随机分配到分片中进行作业。在进行出块时，信标链从“验证者”中随机选出“提案者”，“提案者”提出区块，由“验证者”进行验证。信标链会对所有“验证者”和“提案者”进行监视，如若其诚实的完成作业，就给予奖励，如果其作恶，就会没收其抵押的ETH。

在实现信标链时，定义了信标链上保存的数据时分片链上的世界状态。当分片链上的世界状态发生变化，信标链上就会产生新的区块，只有在信标链上被记录的分片的世界状态，才是被认可的不可逆的区块数据，如下图所示：

图3

分片

分片就是不同的子区块链。

分片的实现其实是基于地址的。这里我们可以假设：我们将地址为0x00开头的地址定义为分片1，将地址为0x01开头的地址定义为分片2.以此类推，我们就可以拥有16*16=256个分片。

当节点1被信标链分配到分片1时，那么节点1只会对地址是0x00开头的地址交易进行打包和交易，对于其他地址开头的交易，将直接丢弃。这样就抽象出了不同的分片，整个区块链就被抽象的分割成不同的分片。

以太坊2.0展望

以太坊2.0将会是与以太坊1.0完全不同的系统，可能在未来的几年就会正式上线运行。我们应该在以太坊2.0正式上线前对它的功能特性进行了解，更好的迎接区块链的新浪潮。

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