以太坊 2.0 的实现

以太坊升级到 2.0 阶段的最终目标是实现扩容，解决网络的拥堵问题，除了将共识机制由 PoW 转变为 PoS，以太坊 2.0 的还要实现分片和部署 eWASM 虚拟机。分片就是将整个网络分区，节点不需要维护整个系统的交易，只需要负责维护其中一个分区即可。以太坊 2.0 将有 64 个分片，将交易分布到各分片中增加网络的承载量。各分片可以与信标链进行交联，信标链不储存以太坊上的账户余额和合约状态等信息，负责管理验证者和记录分片状态。分片要考虑到安全性的问题，因为相对而言攻击单分片的难度会降低。在以太坊 2.0 的分片上都存在至少 128 个验证者组成的委员会，他们负责表决分片上的信息，这些人每 epoch （6.4 分钟）更换一次，由信标链通过 RANDAO+VDF 的方案分配。作恶者很难保证在同一时间控制同一分片上超过三分之二的节点，因此保证了网络的安全。

eWASM 是以太坊 2.0 阶段部署的虚拟机，相较于目前的 EVM 虚拟机，eWASM 在速度和效率上会大幅提升，配合分片技术，以太坊 2.0 能够实现大规模扩容，降低 Gas 费。但由于以太坊分片和 eWASM 的开发难度比较高，短期内不会上线。

以太坊 Layer 2 上的实践

Rollup

Rollup 是目前受到最多关注的以太坊 Layer 2 解决方案，最有可能在短期内解决以太坊网络拥堵的问题来降低 Gas 费，Vitalik 也指出 Rollup 是以太坊 2.0 分片技术上线之前最有效的扩容技术。Rollup 的运营者通过将计算和完整的状态储存放到链下，压缩交易数据实现主链上的扩容。实际上交易数据是储存在区块链上的，风险源自运行者可能提供错误的数据进而控制用户资产，为了避免风险存在不同的 Rollup 解决方案。ZK Rollup 通过有效性证明保证数据安全，使用 ZK-SNARK 密码学证明，Layer 1 可以快速完成验证并转账，同时可以保证隐私性，但 ZK Rollup 很难对 EVM 进行证明，因此难以应用于使用智能合约的场景。Optimistic Rollup 使用欺诈证明的方式，如果有人发现运营者处理的状态根是错误的，那么可以发布一个证明，证明通过后会回滚交易并对运营者进行惩罚。Optimistic Rollup 在主网中支持智能合约的部署，更适用于现在的扩容需求。但由于欺诈证明的要求，在退出 Rollup 时，需要一周的时间检查其他用户是否提交欺诈证明。以太坊上储存交易的一个字节花费 50 Gas，以太坊区块的 Gas 上限为 1250 万。Rollup 可以压缩以太坊上操作的字节数量，除掉 Rollup 校验所需要的 Gas 量，可以计算出 Rollup 在扩容方面的表现。

表 1：Rollup 带来的扩容空间（来源：Vitalik 博客）

总的来说，Rollup 在扩容上十分有效，因此可以降低以太坊 Gas 费。但 Rollup 会涉及链上应用的迁移，使用不同团队开发的 Rollup 还会导致互操作性下降的问题。侧链侧链是一条区别于主链的区块链，用户可以将主链资产转移到侧链上交易，以节约主链的资源和交易者的成本。严格意义上侧链不算是 Layer 2 解决方案，因为无法完全保证用户的资金安全也不能保证侧链与主链的关联性。侧链只能归为链下解决方案，但由于实现方式和其他 Layer 2 较为相似，这里暂时归为一类讨论。状态通道、Plasma 和侧链都是通过链下交易实现扩容的，他们在具体实现方式和安全性上有所不同。侧链的技术实现有多种，重点在于让资产安全地转移到侧链，并让侧链资产安全地转移回主链，也就是能安全地实现双向锚定。双向锚定体现为主链上锁定代币后到侧链上发行同等数量的代币，以及在侧链上销毁代币后到主链上解锁相同数量的代币。以太坊侧链的概念从比特币侧链衍生而来，有单方或多方的托管方式，SPV 模式，中继模式等。由于目前以太坊因生态应用繁荣拥堵，实际中用户对于侧链更偏重易用性和生态问题，也就是资产转移过程要简易无感，侧链上要有与主链相同的生态。因此目前最合格且受众最多的侧链是 BSC 和 Heco，虽然他们使用了托管方式进行资产转移，中心化风险较高，但用户已经足够信任这些交易平台作为托管机构。完全去中心化的托管模式会因用户不了解技术，或者存在黑客攻击的风险而失去竞争力。BSC 和 Heco 链上的生态发展较为繁荣，和以太坊生态一样出现了借贷、交易等 DeFi 应用，所以有很多用户将 ETH 转移到 BSC 和 Heco 上来获得低 Gas 费的使用体验。但对于 BSC 和 Heco 来说不是将以太坊侧链作为发展目标，他们同样有独立的生态，以太坊资产转移到侧链上会因此降低以太坊主链的价值。经测算 BSC 和 Heco 提高以太坊 TPS 上限约十倍左右，如果未来侧链中用户使用量过多的话，侧链也会出现拥堵问题。状态通道和 Plasma状态通道是一种在链下进行交易和状态更新的技术，比特币闪电网络就是一种支付通道。以太坊的状态通道可以让交易双方在链下进行状态的更新和交易，无需占用链上资源。他们通过状态通道进行交易时，需要对双方的行为进行签名并保存副本，每一步的操作是清晰的。如果他们结束了链下交易，就将最终状态签名后返回到主链上来更新主链上的状态。状态通道在用户撤回资金时有挑战期的要求，是为了防止用户上传过期的交易记录牟利。用户要等待一段时间确认没有人上传更新的副本，等待期结束后会按照最新的副本内容执行。如果其中一个用户在挑战期受到攻击掉线等，他就会因无法回应而受到损失。状态通道需要有一组确定的参与者，因为在通道中的状态改变只限用于通道内的用户，而且部署状态通道需要成本，适合在一段时间内频繁进行状态更新的场景。Plasma 也是一种链下交易的方式，它通过在以太坊主链上创建子链实现，交易和状态更新通过子链操作，以太坊不会保存交易副本，因此可以节约以太坊空间实现扩容。Plasma 子链上同样存在区块生产者，其中的共识机制可以与以太坊主链不同。他们在以太坊上建立交易的根节点来记录子链状态，作为子链更新的证据。为了防止 Plasma 链上的区块生产者作恶，Plasma 使用欺诈证明机制，如果有人发现了生产者的作恶，那么可以提交证明让错误的区块回滚并没收生产者的保证金。如果用户要退出 Plasma，也需要经历挑战期来证明他的交易为最新交易。但如果 Plasma 上所有人同时退回资金，那么可能导致以太坊主链没有容量同时处理这么多交易，会导致用户资金丢失。 (责任编辑：admin)