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以太坊自2015年誕生以來就廣受歡迎，但最近其昂貴的交易費用和低可擴展性對執(zhí)行復雜的應用程序產(chǎn)生了負面作用，用戶對以太坊改進的需求也日益急迫。以太坊2.0已進行了一段時間，它是多年來以太坊網(wǎng)絡的最大變化，旨在解決當前基礎設施的一些問題。根據(jù)以太坊創(chuàng)始人Vitalik Buterin的說法，升級將加速以太坊區(qū)塊鏈的功能并推進大規(guī)模采用。本文將回顧以太坊2.0的基本特征，并探討升級將給系統(tǒng)帶來哪些變化。
以太坊2.0并不是一次性的升級，而這是對網(wǎng)絡的一系列變化，整個過程將在未來幾年內(nèi)完成。當前以太坊仍使用與比特幣相同的PoW工作量證明共識機制，雖然該機制高度安全且去中心化，但存在著一些明顯缺陷。在PoW區(qū)塊鏈中，礦工需要使用高算力來解決復雜的密碼問題（競爭驗證交易的權利），因此鏈上交易速度較慢。此外，算力的比拼增加了電力消耗，這也是比特幣被環(huán)保主義者攻擊的原因。
以太坊2.0將使用PoS權益證明共識機制，在該機制下，驗證者不通過算力解決數(shù)學難題來驗證交易，而是需要在智能合約中鎖定該區(qū)塊鏈的原生加密貨幣。然后，網(wǎng)絡通過分析多種因素（包括權益大小和時長）來隨機選擇驗證者。目前，以太坊2.0的測試平臺信標鏈已擁有超過290000個驗證者。按照當前計劃，今年6月份以太坊網(wǎng)絡與信標鏈合并后，驗證者數(shù)量將會繼續(xù)增長。
以太坊2.0是區(qū)塊鏈社區(qū)史上最受期待的發(fā)展之一。如果一切按計劃進行，以太坊可能會解決其可擴展性問題，增加普通用戶的可訪問性，并增強去中心化應用程序的功能。
高昂的gas交易費是以太坊目前最大的問題。gas費指支付給在驗證交易中消耗算力的礦工的費用，以“gwei”為單位，根據(jù)網(wǎng)絡需求波動。通常，一旦交易需求大，以太坊區(qū)塊鏈就會被阻塞。在這種情況下，礦工會優(yōu)先考慮gas價格較高的交易請求，從而推高了整體的gas交易費。隨著以太坊轉(zhuǎn)向PoS權益證明機制，處理交易將變得更加簡單，這將會有效防止未處理的交易阻塞網(wǎng)絡。
以太坊2.0升級的一部分包括引入“分片”。分片將會把區(qū)塊鏈拆分為多條鏈，這些鏈都可獨立于主鏈對交易進行處理。
PoW區(qū)塊鏈在一條完整的鏈上記錄交易，例如比特幣區(qū)塊鏈，從2009年創(chuàng)世區(qū)塊被開采之后的交易歷史都記錄在鏈上。但是，在一條鏈能處理的交易數(shù)量有限。比特幣每秒只能7筆交易，而以太坊的處理速度也僅為每秒10-15筆交易。
分片將在現(xiàn)有主鏈的基礎上創(chuàng)建更新的鏈。根據(jù)以太坊基金會的說法，分片程序會將以太坊區(qū)塊鏈分成64條不同的鏈。由于這些鏈都可用于驗證交易，以太坊主網(wǎng)絡的負擔將減輕，整個生態(tài)系統(tǒng)的吞吐量將得到顯著提升。
3. 降低硬件要求
中本聰設計比特幣時，本意是希望每個人都參與到交易的驗證和記錄系統(tǒng)中。但是，系統(tǒng)的變化已經(jīng)使普通人參與網(wǎng)絡驗證的門檻變得很高。挖礦難度的增加意味著必須投資昂貴的高級計算機來保證算力，當前以太坊也面臨著同樣的問題。
另外，節(jié)點還必須持有區(qū)塊鏈記錄的副本，這要求節(jié)點存儲大約4TB的數(shù)據(jù)。按照目前的市場價格，具有4TB以上存儲空間的計算機成本約為數(shù)千美元。設備門檻過高不利于吸引更多合格驗證者參與網(wǎng)絡的保護和建設。
以太坊引入PoS共識機制意味著驗證者不再需要計算能力強大的高級設備，僅需要服務器級設備即可用于驗證交易。而且，分片將減少分配給儲存以太坊區(qū)塊鏈歷史記錄的磁盤空間。由于以太坊未來將會有64條分片鏈，驗證者只需保存其中一條分片的歷史，即總數(shù)據(jù)的1/64。
除了充當支付結算系統(tǒng)，以太坊的可編程性還可用來創(chuàng)建智能合約和去中心化應用程序（dApp），為NFT和DeFi等行業(yè)提供動力。以太坊EVM就像一臺超級計算機，運行在以太坊網(wǎng)絡中的不同計算機（節(jié)點）上。EVM存儲執(zhí)行智能合約的代碼并允許用戶與dApp進行交互。
盡管EVM極大地提高了以太坊的網(wǎng)絡能力，但由于生態(tài)系統(tǒng)面臨的壓力越來越大，其實用性近年來有所下降。與2015年以太坊剛剛誕生時相比，其網(wǎng)絡上運行的dApp數(shù)量已經(jīng)非常多了，其中包括游戲（Axie Infinity、CryptoKitties）、DeFi協(xié)議（Uniswap、Yearn）和DAO（MakerDAO）等等。
EVM上不斷增加的負載使得網(wǎng)絡處理速度急劇下降。然而，改進EVM很困難，因為代碼是用復雜的編程語言Solidity編寫的。據(jù)以太坊網(wǎng)絡開發(fā)的主要參與者稱，以太坊2.0將引入由萬維網(wǎng)聯(lián)盟設計的以太坊Web程序集（eWASM）來取代EVM。
eWASM讓開發(fā)人員可以選擇其他更簡單的編碼語言，例如 C++ 和Rust。此外，eWASM 旨在與當前的Web標準兼容，因此更易于在常規(guī)瀏覽器中運行。這將使用戶更加便捷地從瀏覽器訪問dApp，而無需依賴瀏覽器擴展。eWASM的最大好處是它對開發(fā)者生態(tài)系統(tǒng)的影響，有了其他語言選項之后，更多的開發(fā)人員將涌向以太坊，從而進一步促進社區(qū)的創(chuàng)新和創(chuàng)造力。
5. 減少碳足跡
以太坊轉(zhuǎn)向PoS權益證明共識機制將減少電力消耗并減少對環(huán)境的消極影響。實際上，比特幣和以太坊1.0等PoW工作量證明的能源密集型特性已經(jīng)引起了環(huán)保主義者和監(jiān)管機構的擔憂。根據(jù)以太坊官方博客預測，PoS將使以太坊的功耗降低90-95%。此外，其他擴展解決方案（如rollup和分片）也將通過擴大網(wǎng)絡的規(guī)模經(jīng)濟來降低交易的整體能源成本。
從以太坊基金會發(fā)布的信息來看，以太坊2.0可分為三個階段：
第0階段
第0階段從2020年12月1日信標鏈推出之后就開始了。信標鏈引入了權益證明共識，做一個完整的驗證者需要至少質(zhì)押32枚ETH。目前，信標鏈的鎖定總價值（TVL）約為250億美元。信標鏈將在2022年第二季度與以太坊主網(wǎng)絡進行合并。合并后，整個以太坊網(wǎng)絡將切換到 PoS共識機制。
第1階段
根據(jù)以太坊基金會的計劃，第1階段將在2022年晚些時候或2023年的某個時間發(fā)生。該階段的升級將引入分片，但代碼開發(fā)和審計難度較大，因此具體時間將根據(jù)實際情況來調(diào)整。
第2階段
以太坊2.0的最后階段涉及到用以太坊Web組件（eWASM）替換以太坊虛擬機（EVM）。這將使用戶和開發(fā)人員更容易訪問以太坊。對于用戶而言，內(nèi)置瀏覽器的支持將使去中心化應用程序的使用更加便捷。對于開發(fā)者來說，自由使用其他語言將使以太坊區(qū)塊鏈的應用程序開發(fā)更加容易。
雖然以太坊2.0是否能獲得成功還是個未知數(shù)，但以太坊2.0升級將帶來的諸多改變和整體跡象相對積極。升級若成功實施，將會徹底改變以太坊的基本面。憑借更低的gas費用、更高的可訪問性和更好的用戶體驗，以太坊很可能成為區(qū)塊鏈技術領域的龍頭。
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