2019-04-03 以太坊信标链

以太坊2.0，业内也称为“Serenity”，实际上是以太坊规划的一系列升级版本。 在这些升级版本中，最先出来的就是信标链。 信标链将基于以太坊现有平台进行开发。 这些升级将在未来几年推出。 大家都期待这一系列的版本升级，让以太坊更高效、更可扩展，TPS 达到每秒数千。

以太坊 2.0 的目标不仅仅是提高 TPS，它还包括以下内容：

简单性：系统的复杂度越低越好，甚至可以为此牺牲一些效率。

系统弹性：目标是在节点大规模宕机或全网分裂肢解的情况下，仍能保持系统正常运行。

持久性：尝试为您的系统选择量子安全组件。 如果暂时无法保证组件是量子安全的，请选择易于更换的组件。 当将来有量子安全组件时，这些临时组件可以很容易地用量子安全组件替换。

安全性：目标是通过加密和设计技术，让尽可能多的验证节点在单位时间内充分参与验证。

去中心化：目标是让普通笔记本电脑能够处理/验证复杂度为 O(1) 的分片任务和复杂度为 O(C) 的资源（包括信标链验证等任何系统级验证）。 （注：复杂度是计算机算法中的一个术语，用来描述处理一个任务所花费的时间。复杂度越高，所花费的时间就越多）

上图展示了以太坊计划的几个版本升级。 这些升级的路线图是：

阶段 0：信标链

第一阶段：分片链

第二阶段：执行引擎

以太坊信标链是基于POS的区块链，是以太坊2.0的核心，也是计划发布的第一个升级版本。 其主要功能如下：

- 存储和维护验证器（矿工）注册表

- 处理交联（crosslink）

- 处理共识并执行块确认。

验证者（矿工）和共识机制

由于信标链是基于POS的，所以没有像POW这样的矿工。 在信标链中，所谓的矿工就是验证者。 注册后，每个验证者都可以参与生成区块和提交区块的工作。 验证者还可以验证其他验证者提交的区块。 创建和提交区块的验证者被称为“提议者”。 验证提案的验证者被称为“见证人”（attestors）。

当验证者确认一个区块合法时，他将投票赞成将该区块加入信标链。 验证者也可以说是“证明”区块提案（证明也可以看作是对区块提案的投票）。 验证者在将块添加到信标链之前对其进行签名。

在信标链中，只有标记为“活跃”的验证者才能提交和验证区块。 系统将从一组活跃的验证者中随机选择提议者和见证人（随机数由RANDAO + VDF生成）。 所有随机选择的见证人组成一个委员会，负责验证区块提案。 要验证区块提案，委员会必须至少有 111 名成员（截至撰写本文时）。 提交和验证块的时间称为“时隙”。 在多个时间段内2019以太坊，所有随机选择的见证人都有机会验证区块提案。 这些时隙一起称为“纪元”。

在以太坊 2.0 初期，要成为验证者，必须将 32 ETH 抵押到以太坊 1.0（也就是现在基于 POW 的以太坊）的存储合约中。 流程如下：当存储合约收到32个ETH时，信标链会对其进行处理并生成收据，发送32个ETH的用户将成为验证者。

如果验证器在一段时间内不能正常在线工作，则可能会丢失部分质押的以太币。 不能正常工作的时间越长，损失就越大。 但验证人不会损失所有抵押的ETH，当其损失的ETH达到一定阈值时，验证人将被取消资格。 现在，这个门槛是 16 个以太币。 也就是说，只要验证者的ETH被扣到16以下，就会被剥夺验证者资格。

只要验证者不作弊（比如将一个无效的交易判断为有效），它就可以一直是验证者。 一旦作弊，抵押的以太币将被全额没收。 系统中执行这种惩罚的算法称为 Slasher。 信标链会实时跟踪并更新所有验证者的抵押情况：验证者正常工作时获得报酬，作弊时受到惩罚。 需要注意的是，一旦用户将 32 个 ETH 抵押到当前（基于 POW 的）以太坊，他们将无法取回抵押物，只能在新的基于 POS 的区块链系统中使用。

交联

以太坊 2.0 的 Phase 1 称为“shard chain”，分片链。 分片链采用分片技术。 这种技术来源于传统数据库技术中的分片。 在传统数据库领域，分片技术将一个数据库分成若干个子系统，每个子系统放在不同的服务器上。 这方面提高了整体性能，也使系统更易于管理。 在以太坊中，采用分片技术后，交易会被分配到不同的分片中。 这消除了每个节点处理所有事务的需要。 当交易被分配到不同的分片进行处理时，以太坊每秒处理交易的能力将大大增强。

部署分片链后，系统会随机选择每个分片作为验证人，验证人将验证本分片中发生的所有交易，打包区块，提交区块提案。 该提案由随机选择的委员会验证。 当提案被足够多的成员投票时，就会产生一个“交联”。 此“交叉链接”确认该块已添加到信标链。 交联是信标链获取分片最新状态的主要方式。

Casper FFG（友好的终结性小工具）

“交易确认”，简称“确认”2019以太坊，是指一次操作一旦完成，就不可撤销。 在比特币这样的去中心化系统中，确认指的是区块确认。 例如，比特币中的一笔交易一旦得到至少6个区块的确认，则交易在很大程度上被视为已确认，也就是说，此时交易被攻击（如双花）的可能性就非常大低的。

Casper FFG是基于底层共识机制的中继协议（用于以太坊信标链）。 与 POW 机制相比，它可以提供更可靠的交易确认。 当一个区块被确认添加到信标链时，使用Casper来确保该区块将被添加到信标链。

之所以认为 Casper 提供比 POW 更强的确认，是因为它有一个标准的“确认”定义。 在 Casper 中，当三分之二的验证者投票支持一个区块时，该区块被视为“已确认”。 三分之二多数是一种强有力的激励，它在很大程度上消除了验证者通过串通作弊来试图推翻已确认区块的动机。 一旦验证者有任何不当行为，他将失去抵押的 ETH。

此外，Casper 的优势在于它需要验证者提前注册。 这避免了突然弹出另一批验证器以用另一个创建的区块链替换现有区块链。

综上所述

信标链的开发部署是以太坊一系列版本升级的开端。 当部署信标链时，基于 POS 的区块链将与现有的基于 POW 的区块链共存一段时间，最终基于 POW 的区块链将完全退出，只剩下基于 POS 的区块链。

参考链接：