ETH2:超越白皮書：你需要知道關于 ETH2.0 的幾個事實_ETH2.0

撰文：袁煜明、馬天元、盧軍

來源：火幣區塊鏈研究院

萬眾期待的ETH2.0升級終于要迎來它的第一個里程碑，預計在今年第三季度，ETH2.0階段0信標鏈有望上線。這次升級的整體構想之宏偉，調整范圍之廣泛，使得它不同于過往的歷次「補丁式」硬分叉升級，而是一次「重鑄式」的新鏈升級。換言之，這類似于社區擁有了一條名為以太坊的新的區塊鏈。

ETH2.0技術層面最重要的三個升級分別為Casper共識、分片和eWASM虛擬機，它可以讓以太坊網絡以較低代價，獲得很高的性能和可擴展性。基于正確技術路線以及Vitalik與眾多核心開發者的工作，ETH2.0得到了社區空前的關注和支持。當然，ETH2.0也存在一些令人擔憂的問題，例如它的開發進度仍然不夠快。今年上線的階段0信標鏈，僅支持Staking，而不支持轉賬和智能合約，暫時無法投入使用，完整版ETH2.0可能要等到2022年。

本報告包括三個主要部分，第一部分就Token機制和技術原理對ETH2.0進行了全方位剖析解讀。整體而言，為了降低升級難度和阻力并最大程度保留ETH1.0，ETH2.0在技術理念上作了一些妥協。例如，ETH2.0最終采用Vitalik的CasperFFG思路而未采用CBC思路，將原定1024分片降低為64分片等。另外值得關注的是，在ETH1.0與ETH2.0合并之前，ETH2.0會采用過渡性質的新TokenBETH，它由ETH單向1:1不可逆轉換生成。

第二部分介紹了ETH2.0升級目前的大體時間規劃。階段0信標鏈將率先支持Staking功能。目前來說，其多條測試網相繼上線，暴露出了多客戶端測試網的一些問題，因此預計時間可能要推遲到今年Q3或Q4；階段1分片預計上線時間在2021年，上線后只能試運行，仍不支持轉賬和智能合約；而階段2的新虛擬機eWASM和與之配套的智能合約、跨分片轉賬，則可能要在2022年才能姍姍上線。

第三部分推演了ETH2.0升級前后的變化。ETH老鏈不會直接被「難度炸彈」逼停，而將存在3-5年，并且有可能被改造為ETH2.0框架下的一條分片鏈而長期存在。考慮到新鏈對性能提升巨大，且由Vitalik主導，順應社區意愿，因此目前社區大幅分裂的可能性較小。另外，可以認為，ETH2.0完整版升級將會帶來公有鏈、DApp、DeFi的全方位洗牌，甚至允許一些國民級項目被搬上ETH，這將對整個行業產生深刻影響。但是僅就今年的階段0來說，它僅能進行Staking，除了提高社區關注度之外，暫時難以給行業帶來更加深刻的影響。

ETH2.0概述

ETH2.0的背景和意義

ETH2.0被視為構建新一代以太坊區塊鏈網絡，而非只是現有以太坊網絡的升級，ETH2.0的重要目標是完成主網共識機制從PoW到PoS轉換，應用分片技術大幅提高區塊鏈網絡性能，以及采用更先進的虛擬機提高智能合約執行速度。

VitalikButerin從2015年便開始研究以太坊切換到PoS網絡，并在2018年Devcon4大會演講中正式提出2.0計劃。完成這一計劃并非一蹴而就，ETH主網之前已經完成Frontier、Homesead、MetropolisByzantium、MetropolisConstaninople等重要硬分叉階段，為最終Serenity階段的PoS網絡做準備。

ETH已經成為世界級的區塊鏈平臺，它實現了第一個支持可編程智能合約的區塊鏈底層架構，然而ETH還有很多問題需要解決，比如性能、擴展性以及隱私保護等問題，尤其是隨著ETH的生態發展，以及更多DApp應用在平臺上部署智能合約，底層PoW共識的低效問題凸顯，嚴重的網絡擁塞和交易確認延遲極大地影響了平臺用戶體驗。

從最初設計理念看，ETH的EthashPoW挖礦算法確實可以安全保證區塊數據的權威性和不可篡改性，但也犧牲了網絡的交易吞吐量和擴展性，任何一筆交易都需要所有節點耗費算力資源進行哈希運算，這是所有以PoW為共識機制的區塊鏈項目的「通病」。基于PoW共識，ETH主鏈目前交易處理速度TPS還在15-20之間，而競爭對手大多數均放棄PoW機制轉向其他共識算法，性能方面早已超過ETH。除此之外，由于Gas機制的存在，當全網交易量膨脹時很容易造成高額手續費，用戶、DApp應用必須支付較高的Gas費用后，才有可能被礦工快速打包進區塊，對于交易頻率要求較高的場景DApp應用來說，它們可能因為需要面臨較高的Gas成本費用而切換到別的底層公鏈，ETH的優勢將被競爭對手削弱。

在這種背景下，Vitalik和ETH技術社區一直致力于尋找新的解決方案來突破以太坊的「瓶頸」，實現ETH作為高性能分布式「世界計算機」的目標，以支持未來更多商業化應用場景，ETH2.0也可以視為是以太坊社區為達成這一愿景目標而新設的開源項目，其主要意義將是構建一個新的以太坊區塊鏈平臺全面替代現有以太坊，和現有的以太坊區塊鏈相比ETH2.0增加了新的技術架構方面的設計，可以說最終ETH2.0完全成型后將成為一個新的以太坊公鏈平臺。對于ETH本身，完成ETH2.0的目標也意味著以太坊成為支撐未來大規模商業應用場景的分布式通用計算平臺的開端。

數據：Arbitrum交易筆數首次超越以太坊主網，創歷史新高:金色財經報道，據Dune數據顯示，昨日以太坊Layer 2擴容解決方案Arbitrum交易筆數達110萬次，首次超越以太坊主網，創歷史新高。

昨日，以太坊主網交易筆數為108萬次，Optimism的交易筆數約為19萬次。[2023/2/22 12:21:33]

這里我們糾正一個常見的誤區，ETH2.0升級并不是一次簡單的硬分叉升級。在ETH過去的歷次硬分叉升級中，老鏈停止，新鏈運行。但是ETH2.0中，以太坊基金會認為老鏈即PoW鏈將和PoS鏈共存至少3-5年。因此，在兩鏈共存的階段，ETH2.0上會有一個新的原生Token名為「BETH」，它由PoW鏈上的ETH銷毀后遷移過來，這個遷移過程是陸續的、社區自發的且不可逆的。

此外，ETH2.0采用了多種技術方案的創新，目前比較確定的包括Casper共識、分片技術和新的虛擬機eWASM，未來還可能包含其他技術。ETH2.0實際上是一個長周期的開發工程，不斷有新的技術提案將被加入到ETH2.0開發計劃中。

在設計理念方面，ETH2.0是一個非常偉大的構想。我們認為，它的技術路線是沒有問題的。在保持分布式的前提下，它選擇盡量安全地去提高性能，這將滿足更多應用的使用。和目前ETH的單鏈結構比較，ETH2.0特點是采用了「分層」和「分片」的設計思想，現有ETH因為是單條主鏈處理網絡所有的交易信息，所有參與網絡的節點按順序處理交易，處理順序完全按照區塊打包后進行串行處理，最終節點達成一致性共識但過程效率較低。從ETH2.0開始以太坊將建立三層網絡結構，如圖1所示，包括現有的PoW主鏈、信標鏈和分片鏈。

圖1ETH2.0架構圖來源：WhatyoucandoforEthereum2.0a.k.a.sharding

信標連網絡

為了幫助理解ETH2.0的整體框架，我們可以使用一個比喻，如圖2所示：

ETH2.0：一個處理各類貨物的港口；信標鏈：港口燈塔，所有貨輪都需要接受指揮和調度；分片鏈：眾多貨輪，負責實際貨物的運輸工作。

圖2關于信標鏈和分片鏈的比喻，來源：火幣研究院

信標的英文是Beacon，本意即信燈塔、燈標。ETH2.0的重要目的之一就是對ETH1.0進行擴容，大幅提高處理交易和合約的吞吐量，于是開發者設計64條分片鏈來并行地處理鏈上事務。然而，分片鏈相對獨立，分片鏈之間如果相互進行交流會大幅提升網絡復雜度，不利于提高效率。于是信標鏈就為此誕生，它像燈塔一樣，總體調度指揮眾多分片鏈達成共識，進行跨鏈溝通。信標鏈作為「燈塔」，它并不直接處理用戶的轉賬、智能合約事務。各個分片鏈則像每艘獨的貨輪一樣，接受「燈塔」信標鏈的指揮，他們是負責實際處理各類交易的。同時，每個分片鏈通常只處理本分片內的事務，但是當「貨輪」們需要其他「貨輪」協作時，也需要「燈塔」從中協調。

那么，信標鏈網絡如何實現對其他分片鏈的指揮作用呢？在信標鏈網絡，驗證委員會成員將基于PoS共識機制，對信標鏈上不同分片網絡中交易區塊的狀態結果最終一致性進行投票。

通俗來說，信標鏈網絡包含了上萬個節點。當這些節點抵押32枚以太坊后，他們就可以成為「驗證者」。這些驗證者們會組成一個個委員會。每個委員會中包含隨機選出的128個節點，隨后各個委員會中的節點們，將完成信標鏈、各條分片鏈的共識和驗證過程，確保整個網絡始終保持一致性。

每一條分片鏈具體負責處理網絡中不同的交易，ETH2.0分片鏈各自獨立，通過信標鏈獲得區塊鏈網絡中所有交易事務的最終確認全局狀態。信標鏈將協調不同分片鏈之間的狀態通信問題，基本原理是通過隨機算法選舉驗證者組成驗證委員。

這種隨機算法的隨機性非常好，而且極難進行預測2。通過隨機算法，信標鏈每隔一個周期Epoch隨機選出新的驗證委員會處理指定分片的交易校驗，每個Epoch由32個slots組成，每個slot一共12秒，12秒是信標鏈和每個分片鏈中單個區塊的生產時間。為每個slot提議區塊的節點和為每個區塊驗證投票的節點都會獲得獎勵，而沒有履行職責的節點則會被罰款。

今年即將上線的階段0正是信標鏈，它允許節點抵押以太坊成為驗證者，但是由于分片、eWASM未上線，因此這些驗證者們無法執行轉賬交易，但是仍能獲取以太坊獎勵，也就是我們通常所說的「Staking」。

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BETH

細心的讀者可能已經注意，在1.2小節我們提到抵押時，以太坊的后面備注了「BETH」。那么BETH是什么呢？我們前文提到，ETH2.0更像是一條重鑄后的「新鏈」，將與ETH1.0共存相當長的一段時間。那么ETH2.0這條「新鏈」之上，也將有新的Token，這個Token就是BETH。換言之，在ETH2.0和ETH1.0完全合并之前，網絡中將會長期存在兩種以太坊Token：ETH和BETH。

根據社區的規劃，BETH的生成是單向的。如圖3所示，使用者需要把ETH鎖到合約里以注冊信標鏈的公鑰地址，ETH2.0鏈會承認合約內注冊的公鑰，錨定主鏈的以太坊資產將被燃燒，并生成信標鏈網絡上的以太坊資產。

需要注意的是，目前來看，在兩條鏈合并之前，用戶再將ETH2.0信標鏈上的BETH遷移到ETH1.0鏈是不可能的。此外，在ETH2.0支持跨分片交易之前，BETH無法轉賬，它將成為驗證者和用戶不可轉移的資產。

圖3：BETH的單向兌換過程，來源：火幣研究院

這也是它和過去硬分叉升級不同的一點，ETH需要通過智能合約「手動」銷毀掉舊Token，并在ETH2.0上生成新的Token「BETH」，遷移過程是長期的且不可逆的。而過去的硬分叉升級，兩種Token都是自動、瞬間完成遷移的。

其中，兩種TokenETH和BETH在鏈上最大的不同，在于BETH可以參與Casper共識進行挖礦，每年可能獲得10%左右BETHStaking獎勵，但暫時無法鏈上轉賬；而ETHToken仍然可以正常使用，但無法獲得任何Staking獎勵。當然，ETH2.0一個核心理念就是，希望降低門檻，讓更多人能夠參與到Staking中，例如一臺家用筆記本電腦也能夠搭建節點。因此，參加信標鏈Staking的用戶數量相比其他區塊鏈項目可能會更高。

此外，按照目前社區的規劃，ETH1.0和ETH2.0很有可能進行合并，融為一體。一旦兩條鏈合并，ETH和BETH也將會合為一體，即整個網絡中仍然只有ETH一種Token。在Vitalik于2019年10月公布的遷移方案中已經明確指出，整個遷移合并過程中會非常重視「用戶體驗」。因此，如果某個ETH持有者無意參與BETHStaking，那么他可以直接等待2年后的合并而無需再進行手動遷移，對于自動合并過程甚至有可能沒有感知。

概括一下，BETH是一個過渡時期性質的特殊Token，是一個階段性產物。但是考慮到兩者采用單向兌換方案，在很長的過渡期間內，兩者存在無法收斂的可能，所以兩者在過渡期間是兩項不同的Token。

Casper共識機制

ETH2.0信標鏈(Beaconchain)采用Casper共識機制，Casper屬于權益證明制范疇，除了繼承PoS機制低能耗、防51%攻擊更安全的優勢外，還在現有PoS機制上增加經濟懲罰機制，解決PoS機制本身存在的「無利害攻擊」問題。

「無利害攻擊」是PoS系統的一個經典攻擊問題。PoS系統節點持有權益證明就可以參與挖礦，權益占比越大負責出塊的概率也越大，由于PoS不需要額外付出挖礦的算力成本，挖礦邊際成本為0，區塊鏈網絡產生分叉的可能性更高。PoS驗證者可以選擇同時在兩條鏈上進行「投票」，不論最后哪條鏈成為「最長鏈」勝出，驗證節點都可以獲得區塊獎勵。這和PoW鏈不同，如圖4所示，PoW鏈不會發生這種現象，因為算力只有一份，而Token同時存在在兩條鏈上。隨著時間推移，這種無成本為多條鏈出塊的投票行為會助長更多的網絡安全攻擊行為，損傷區塊鏈網絡本身的安全性。

圖4：「無利害攻擊」示意圖，來源：火幣研究院

Casper通過設置懲罰經濟模型來解決PoS的無成本攻擊問題，確保網絡可以正常運轉。它的主要機制包括：

1）驗證節點需要預先在鏈上抵押鎖定一定數量的以太坊作為保證金。

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2）驗證節點每一輪需要對區塊進行「下注」，驗證節點需要評估其他節點會「下注」哪個塊勝出，同時也「下注」這個塊。如果支持正確的鏈就可以拿回保證金外加區塊獎勵及區塊內的交易Gas費；如果下注沒有迅速達成一致，就只能拿回保證金。如果驗證節點明顯地改變下注，進行「投機下注」，比如先投某個塊有很高概率勝出，再投另外一個塊，將被信標鏈嚴懲,最壞結果就是沒收全部保證金，并從驗證節點委員會中剔除，同時驗證節點也可以監督其他節點的投注并舉報此類投機行為。由于可能造成的經濟損失，驗證節點會選擇對自己最有利的結果進行投注，當全網驗證節點數量足夠多時，投注機制確保最后的結果分布趨向于收斂，即大多數驗證節點都選擇的某個高概率勝出的區塊作為最終一致性結果。

3）Casper驗證節點委員會隨機選舉驗證節點，每隔一個周期進行一次輪換選舉，隨機指派驗證節點負責指定分片內的校驗區塊出塊，確保分片內的驗證節點不形成「合謀」，降低網絡安全性。

CasperPoS的基本思路是正向獎勵誠信、負向懲罰作惡，所以對于驗證節點設置非常多的懲罰規則來防止分叉，對于不盡責的驗證節點，也存在懲罰保證金的風險。成為Casper驗證節點需要在ETHPoW主鏈上注冊的驗證管理器合約上至少質押32個BETH才能運行信標鏈節點客戶端軟件。

考慮前期ETH礦工從PoW節點轉為PoS驗證節點參與度可能低于預期，Vitalik主導了CasperFFG這個PoW/PoS混合挖礦方案，在現有以太坊PoW協議上疊加一層PoS協議，在PoS協議正式穩定前維持PoW挖礦不變，但每通過PoW挖礦產生50個區塊觸發一次PoS節點區塊驗證，這樣做方便讓社區一部分用戶可以先參與新PoS鏈的測試，直到社區順利過渡到純PoS主網。

Casper還有一個純PoS的競爭版本實現CasperCBC,由VladZamfir主導，和FFG采用的混合共識不同，CBC從一開始就完全定義成PoS鏈，理論創新較多，實際部署難度高于FFG，可能ETH2.0不會直接采用。CBC和FFG的目標是一致的，即提高整個區塊鏈系統共識的安全性。技術思想方面，CBC更傾向通過新的共識改進BFT(拜占庭容錯協議)不超過三分之一作惡節點數量的限制，容錯率降到1/4。VitalikButterin主導的FFG更傾向如何將現有的BFT1/3容錯協議更好地運用在信標鏈上。目前來看，Vitalik主導的FFG路線獲得了勝出。

分片技術

分片技術其實來源于一種傳統概念擴容技術，它指將數據庫分成若干片段，以增加處理效率。在區塊鏈中，它指將區塊鏈網絡分成多個碎片，每個碎片中包含一定的節點，由這些節點分別處理每個碎片中的事務，以提高區塊鏈整體的性能。

以太坊受制于原有框架，長期以來難以通過Layer1層擴容提升性能。在火幣研究院過去的報告《區塊鏈技術可擴展方案分層模型》中，我們曾經專門探討過此問題。

因此，在ETH2.0升級中，以太坊將通過分片技術提高系統并發交易處理吞吐量水平。它將網絡劃分為64個分片，每個分片處理網絡中不同的交易，并處于獨立的賬戶空間。

每個分片內的交易結果將由信標鏈網絡上的驗證節點委員會指定的驗證節點負責驗證，驗證節點不需要驗證分片外的交易，分片每隔一段時間由驗證節點產生一個校對區塊,校對區塊包含分片內的狀態和交易內容，提供可驗證信息。這也意味著，每過12秒整個網絡中就產生64個分片鏈區塊，再加1個信標鏈區塊。

隨后，通過交聯過程，信標鏈可以引用不同分片鏈的內容和狀態，獲得該分片網絡的真實性證明，而不需要去驗證分片內每一筆交易，最終信標鏈驗證委員會通過Casper機制對信標鏈內所有分片鏈進行校對，隨后區塊結果獲得最終確定性，分片也將通過交聯獲得信標鏈對引用的分片區塊完成最終確認的狀態結果。

如圖5所示，ETH2.0將網絡分成兩部分，左邊L1代表信標鏈網絡，右邊L2代表分片網絡，分片之間空間各自獨立，不同的分片由驗證節點組成的驗證委員會維護，相當于也是多條獨立的區塊鏈。信標鏈通過交聯收集分片內的交易真實性證明摘要，ETH2.0分片技術第一階段就是建立信標鏈-分片的錨定模型，分片內交易結果的確認要等待信標鏈的區塊結果確認，分片內不支持狀態存儲。

圖5信標鏈引用分片鏈交易真實性證明摘要示意圖

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總結一下，ETH2.0分片技術的階段1屬于鏈上數據分片范疇，即只是將驗證節點隨機劃分到不同的網絡，處理不同的交易數據，分片未涉及處理狀態的問題，ETH通過信標鏈這個核心中樞來負責最終交易狀態的共識驗證并在區塊確認后在各個分片進行同步，信標鏈同時協調跨分片的狀態通信，信標鏈基于Casper共識來實現區塊的更新,通過交聯技術實現信標鏈和分片的狀態通信。

EVM2.0虛擬機eWASM

ETH2.0的階段1「分片鏈」仍不支持智能合約，但是隨著ETH2.0新虛擬機eWASM的推出，這一情況將被改變。新虛擬機推出后，分片鏈將可以執行智能合約，每個分片鏈管理一個eWASM，包括賬戶、合約代碼、狀態、收據、其他抽象等等，這些ETH1.0擁有的概念將遷移至分片鏈。這將發生在信標鏈和分片網絡穩定運行之后，分片內增加對智能合約的支持會增加狀態存儲的開銷，以及分片之間跨分片通信的復雜性。eWASM將應對分片內運行智能合約的挑戰，這是可預見的趨勢，分片內支持狀態操作才能明顯提高ETH擴容后的交易性能。

eWASM是針對以太坊EVM推出的WebAssembly子集，EVM最初設計過程強調簡單和安全，以保證智能合約運行結果的無歧義和正確性，所以EVM不支持數據類型方面精確度不確定的浮點計算。同時EVM只支持處理通用區塊32位8字節數據，不支持64位。EVM本身支持的操作碼也較少，只能支持有限的幾種編程語言進行智能合約開發比如Solidity/Vyper，并不支持C/C++/Rust硬件及系統級別語言開發，Solidity本身語言在內存泄露、執行速度方面存在很多改進的地方。

WebAssembly(簡稱WASM)的設計目標是性能和效率，是為Web開發構建的一個高效計算引擎，體系架構設計接近傳統計算機，支持接近硬件水平的指令，性能非常好，其支持計算機CPURSIC指令集使得Web應用程序能利用本地計算機的硬件功能提高代碼的執行速度，所以兼容多種編程語言，軟件代碼更加易于閱讀和調試，包括Google、Microsoft等傳統互聯網公司以及Polkadot、EOS、Cardano等知名區塊鏈項目都在陸續采用WASM。

eWASM是以太坊上的WASM,向后兼容目前的EVM，不支持浮點數操作，其相比EVM最明顯的優勢是代碼執行的速度和效率上的大幅提升，執行速度提升意味著區塊每秒可以處理的交易數量TPS提升，eWASM也支持更多的編程語言種類進行智能合約開發，這些編程語言相比Solidity具有更廣泛的社區開發支持資源，包括編譯工具、開發人員。

eWASM還有一個「優化」的地方是用eWASM智能合約替代預編譯，預編譯是EVM字節碼的特殊位，通常代表某些通用的特定操作比如簽名和哈希計算，EVM評估預編碼字節代替評估合約地址內的整段代碼，可以減少執行代碼的Gas費用，如果不通過預編譯，EVM將評估智能合約地址整段代碼，效率非常低，同時很多復雜的密碼計算將導致很高的Gas成本，有可能超過區塊的限制而導致交易無法處理。

但是預編譯存在一個缺點就是要如果加入新的操作字節碼進行預編譯，通常需要網絡發生硬分叉，硬分叉因為有爭議而較難實現。eWASM可以消除大多數當前的預編譯，并用eWASM合約替換，這些智能合約可以通過重寫和重新部署，而無需使用硬分叉，來增加更多新的通用操作，這使得eWASM比EVM更具優勢。兩代虛擬機的一些區別如表1所示。

表1EVM和eWASM的區別，來源：火幣研究院

其他

ETH2.0中還有一些其他值得關注的技術，例如狀態租金、跨分片合約交易等。

狀態租金

不同的分片運行智能合約后，將導致ETH系統存儲膨脹，包括合約代碼、數據和狀態，以太坊核心開發者提出狀態租金建議，即采取有償存儲合約代碼、數據和狀態，而不是永久保存。應用層合約開發者和用戶需要為eWASM存儲付費，未使用的信息隨著時間推移將被系統清除，狀態租金具體經濟模型還在討論設計中，狀態租金可以防止垃圾交易信息填滿ETH的整個狀態空間，提高系統運行效率。

無狀態

這個思路和狀態租金相對應，同樣都是因為狀態的數據過多，給以太坊的使用帶來極大不便。我們以2020年6月7日23:00GMT+8的數據為例，截至此刻，正常以太坊全節點為400GB左右，但是如果是存儲了所有歷史狀態的全節點，則要4000GB左右。因此，有開發者提出讓ETH2.0和Eth1.0向「無狀態」的目標發展，允許輕客戶端以無狀態存在，使其能夠驗證所有交易以及狀態的所有部分，而無需實際存儲任何狀態。這也是目前社區所推崇的ETH1.0融合進ETH2.0框架的必要中間步驟。

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跨分片合約交易

跨分片交易問題可以用火車和旅館問題來比喻。比如你去另外一個城市旅游，要定火車票，還要定旅館。如果訂了火車票但是沒訂到旅館，比較麻煩；倘若旅館訂到了火車票又沒訂到也很麻煩。要么都訂到，要么都沒訂到，否則都會破壞去城市旅游的最佳狀態。火車和旅館問題產生的原因，就是交易分裂到多個共識周期。

ETH2.0智能合約運行在各自的分片內，分片B上的智能合約不存儲分片A上的Token余額信息。分片合約狀態信息都是私有不共享的前提下，如何在兩個分片之間進行Token轉移，正是這個課題要解決的問題。

該模型非常簡單，就是在分片A和B都部署一個相同的ERC-20智能合約，假設Token符號為CCT(CrossChainToken),合約內部添加兩個函數功能：migrateSend和migrateReceive，migrateSend主要銷毀Token并生成收據，收據包括銷毀的CCT數量和接收的分片索引，migrateReceive函數負責驗證收據并生成相同數量的CCT，整個過程至少需要兩個跨分片通信的最終確認，具體流程示意圖6如下：

圖6ETH2.0跨分片狀態通信示意圖

ETH2.0時間表

ETH2.0規劃路線從2019年開始，但因為Casper共識本身的穩定性問題，開發進度被放緩，當前階段是實現信標鏈這個樞紐網絡，測試網絡已經上線，大概率在2020年Q3-Q4完成，ETH2.0整體規劃為重要的三階段：信標鏈、分片、eWASM，后續的持續創新方向還在動態制定中。

圖7ETH2.0路線圖，來源：火幣研究院

ETH2.0升級詳細規劃

階段0：信標鏈(BeaconChain)2020Q3~Q4

Serenity第0階段將推出信標鏈(BeaconChain)。信標鏈基于PoS，這一階段信標鏈PoS錨定當前PoW主鏈，在主鏈上注冊驗證者管理合約，管理驗證節點的保證金質押、驗證節點添加和選舉，信標鏈網絡階段主要工作是上線CasperPoS共識。

關于開發進度，目前其第三方開發的單客戶端測試網Tapoz已經上線，表現良好。但是就在5月下旬，多客戶端測試網Schlesi因為Checkpoint相關Bug，現在已經停止運行，并啟動了另一個新的多客戶端測試網Witti。

以太坊本身是一個協議，理論上無論是哪種版本的客戶端，針對同一個事務，都要能夠產生同樣的最終結果。以太坊社區一向強調多客戶端的重要性，因為這樣會帶來更好的容錯性。但是，問題也很明顯，多客戶端意味著開發難度幾何倍數的提升。這也是為什么單客戶端Tapoz運行順利而多客戶端Schlesi折戟沉沙。

關于階段0上線的具體時間，此前Vitalik在此前共識大會上，被問到以太坊2.0是否在2020年7月上線時回答Yes，但很快以太坊社區開發人員MarcoLevarato指出，目前官方的多客戶端測試網還未完全正式上線，如果上線的話，至少需要兩個月時間測試網絡問題。目前現在已經六月，因此我們最早見到信標鏈也要到8月份之后了。因此。對此，VitalikButerin在推特上做出澄清致歉，自己在參加網絡共識大會時沒有聽清問題，7月仍然無法上線。

我們推測，階段0在今年Q3末~Q4初上線的可能性較大。需要注意的是，在階段0，ETH2.0并未搭載分片技術和智能合約，因此不支持鏈上轉賬。

階段1：分片(ShardChains)2021年

在本階段，網絡中會有64個分片上線。每一個分片鏈的狀態由信標鏈進行確認，驗證者在主鏈合約上質押32個ETH之后將參與驗證委員會的選舉，保證至少由128名節點組成委員會并通過隨機數分配到特定的分片鏈上進行驗證工作，每隔一個周期進行輪換選舉。信標鏈和分片鏈之間區塊信息的交互技術也在階段1處理。

這一階段分片鏈主要做交易鏈測試，不支持全局交易狀態處理，亦不支持賬戶、地址、收據、合約和其他抽象操作。換言之，階段1以太坊仍然沒有真正擴容。因此，我們推測BETH和ERC-20Token的轉賬大概率仍需等待階段2才能使用。

根據整體時間安排，階段1可能要到2021年才能上線。

階段2：eWASM2022年

在階段2，網絡支持新虛擬機eWASM和與之匹配的新的智能合約，分片鏈將支持部署智能合約，其節點也將擁有賬戶和狀態信息，并能進行跨分片鏈的狀態通信，這一階段標志分片鏈真正實現以太坊網絡擴容。

ETH2.0分片鏈第二階段將運行支持智能合約運行的新虛擬機環境eWASM,分片鏈的節點將存儲賬戶、合約和狀態信息，屆時分片鏈也將完成從數據分片到狀態分片的轉變，此時以太坊才可以說是真正意義上實現了擴容，因為分片鏈前期階段狀態同步這一工作主要還是通過信標鏈網絡這個中間層完成，分片鏈不具有處理狀態的能力。

階段2上線后，這條鏈才算是ETH2.0的完整版，它支持轉賬和智能合約。目前官方尚未官宣2022年ETH2.0一定會上線，但是eWASM和分片是多個團隊并行開發的，因此社區普遍預估ETH2.0能夠在2022年上線。

階段3：后續升級2022年后

ETH2.0將進一步改進協議滿足不斷生態增長的需求，PoW主鏈可能正式退出歷史舞臺，也可能被納入到ETH2.0的大框架下作為一條「分片鏈」而長期存在，具體采用何種路線尚在討論之中。這一階段重要的技術升級包括支持分片輕客戶端狀態協議、跨分片的合約交易、更高階的指數分片來進一步提高吞吐量。

分片輕客戶端狀態協議，減少分片節點攜帶狀態數據的大小，但是不會完全消除這一部分數據存儲。

跨分片鏈交易，分片鏈直接進行跨鏈交易。

高階指數分片，分片鏈可以再進行分片，分片鏈各自成為分片的信標鏈。

ETH2.0跳票的可能性

目前ETH2.0已經啟動了信標鏈的測試工作，進展相對順利。以太坊核心開發者Drak說，他有95%把握階段0在2020年上線。種種跡象表明，今年完成階段0，Casper信標鏈是大概率事件。我們預計在Q3末或者Q4初上線的可能性比較大。

但是階段1分片的開發相對來說較為較難，尤其是對于ETH這樣的分布式開發社區來說，積極估計需要2021年上線，但是坦率來講，我們認為階段1是存在跳票可能的，很有可能延遲到2021年Q4季度。

ETH2.0行業影響分析預測

ETH2.0升級后行業生態的演變

今年初版上線

坦率來講，今年內階段0上線很難給行業帶來「翻天覆地」般的影響，因為ETH2.0除了Staking之外，重要的功能例如分片轉賬、智能合約暫時都無法使用，而且也并不會給以太坊帶來更好的性能和更低廉的費用。用一個比喻來說，此時的ETH2.0，像一個可以看、可以摸，但是不可以用的「玩具」。

今年階段0上線后，最大影響主要集中在：1.BETH的誕生，為行業的Staking帶來了新的產品；2.宏偉的未來愿景+正確的技術路線，增加社區對以太坊的關注度。換言之，它帶來的影響更多是在關注度層面上，而非功能層面。

未來完整版上線

而完整版ETH2.0升級則不同，它注定關系到每一個業內從業者，它所設想的是一個全新的區塊鏈系統，在性能和分布式方面能實現一個相當好的平衡。作為一種基礎設施的升級，無論是DeFi、支付還是賬本記錄，以太坊2.0都將很好的勝任。行業需要這樣的新技術走向落地。

完整ETH2.0升級對行業的影響，它不是單純以太坊自身的革命，更是一個全行業的革新，甚至有可能像5G對于4G的革新一樣。首當其沖受到影響的就是公鏈競爭者，一些DPoS公鏈節點數量較少，開發社區仍在起步階段，只能依靠相比以太坊的性能、費率優勢來尋求突破。但是ETH如果順利完成升級，性能大幅提高，費率大幅降低，同時開發社區優勢仍非常明顯，那么這些競爭公鏈的競爭優勢將蕩然無存。

以太坊作為底層，基于以太坊區塊鏈的應用DApp、金融服務DeFi，會成為新項目的爆發點，這也有可能誕生出撬開一個主流互聯網、傳統金融的一個入口。

對于現有DeFi來說，它們仍然在ETH老鏈上，可以正常運轉，不受影響。如果DeFi迫切需要更高的性能和較低的費率，那么他們可以在主動遷移到新鏈上。如果迫切度相對較低。可以被動等待ETH1.0和ETH2.0的合并，屆時這些DeFi將自動等同于已經進入ETH2.0。不過，我們推測，即便合并后的ETH1.0做了一定改進，但是其性能可能仍然不如ETH2.0原生的分片鏈一樣好。同時，由于需要眾多補丁，因此這個合并時間進度無法保障。主動遷移到ETH2.0上可能是DeFi的更好選擇。

對于DApp來說，ETH2.0的新的原生Dapp項目更可能會傾心于過去ETH1.0無法實現的一些應用，例如游戲等。如果我們把目光放長遠，一些國家級項目或許正式能夠在ETH2.0上運行。早在2018年，加拿大政府研究機構就已經推出以太坊區塊鏈瀏覽器，并配合分布存儲技術，使得托管數據無法篡改；意大利大學也表示將推出以太坊(ETH)區塊鏈的數字證書。今年1月，澳大利亞央行曾表示，正在以太坊上模擬測試央行數字貨幣；今年4月，法國央行也稱，以太坊和Ripple或將為央行數字貨幣提供動力。雖然過去的ETH1.0無法支撐這樣國家級的項目，但是未來ETH2.0的性能是很有可能能夠勝任的。

ETH社區何去何從？

社區分叉的可能性

ETH2.0升級和過去歷次區塊鏈升級不同，它另起爐灶搭建一條新的區塊鏈，主鏈仍將長期存在，用戶陸續自行遷移。根據以太坊基金會于2019年12月發布的文章來看，以太坊老鏈將會長期存在，至少存在3-5年，而且老ETH的相關開發，例如區塊鏈修剪、狀態通道開發工作將繼續推進。

如果持幣用戶希望獲得Staking收益，開發者希望使用更好性能的以太坊，他們可以自行遷移到ETH2.0上去。礦工，原教旨主義者如果更看好PoW，那么這些人可以繼續留在以太坊老鏈上。整個過程是完全自由的，因此社區阻力并非主要矛盾。再加上Vitalik親自掛帥指揮，那么出現社區分裂進而導致強烈硬分叉是的可能性較低的。

當然，如果未來將ETH1.0合并到ETH2.0框架中，那么ETH1.0借助硬分叉完成幾次類似于君士坦丁堡、繆爾冰川式的補丁式升級，也是理所應當的。但是，這樣的軟件分叉升級不太容易會造成社區分叉。

用戶持有Token該如何處理

對于ETH來說，如果想嘗試Staking的用戶，可以主動將ETH燃燒并遷移到ETH2.0，變為BETH。但是需要注意BETH可能在兩年內無法轉給其他賬戶，或是轉回ETH1.0。如果不想嘗試，可以等待2-3年，ETH1.0被并入ETH2.0，實現ETH的被動遷移，這個過程應該是會自動完成的。

對于ERC-20Token來說，其過程也比較類似，開發團隊可以等到ETH2.0的階段2完成后再通過手動映射，完成主動遷移，也可以等待ETH1.0被并入到ETH2.0框架后，實現被動遷移。

重要的不確定因素

反而容易受阻的ETH2.0技術工作，目前看ETH社區的開發能力還是略低于預期的，ETH2.0的完整版至少要到2022年后才有希望，區塊鏈世界也需要同時間賽跑，如果傳統互聯網巨頭介入公有鏈開發，它們的開發速度更快，那么有可能對令以太坊技術、應用生態發生流失。

此外，雖然在2020年以太坊有希望啟動階段0，但是如果長期不能實現階段1、階段2，大量ETH被鎖在ETH2.0上挖礦，那么社區會出現不滿情緒。

總結

遠期來說，ETH2.0擁有宏偉的構想和正確的路線，如果完整版順利落地，ETH自身性能會出現大幅提高，在區塊鏈競爭中獲得巨大優勢，并給DeFi、DApp注入新的活力，甚至讓一些國民級的項目也有希望搬上以太坊。

但是近期來說，單純看本次階段0升級，它其實只是萬里長征的第一步而已。在階段0和階段1，ETH2.0不支持轉賬和智能合約，因而暫時無法投入實戰。所以，我們需要給予開發社區更多的時間。參考文獻

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