以太坊2.0起航，你愿意花32个ETH登船，驶向PoS新世界吗？

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本文讲解以太坊2.0的升级过程和参与方式。

作词：李华

对于以太坊来说，2019年将是重要的一年，因为按照计划，以太坊2.0将在今年起航，从PoW的旧大陆出发，驶向PoS的新大陆。

同时，以太坊 1.0 将继续存在和发展。 以太坊 1.0 运行在原主链上，以太坊 2.0 运行在 Beacon 链上。

计划的航行估计需要两年时间。 到2021年，分片链能够实现完整的功能后，1.0将以太坊的实际运营权交给2.0，退出历史的主舞台，作为2.0的分片或主存储合约存在。

以太坊2.0的Beacon链是如何运作的？ ETH（以太币）持有者如何从PoW链“穿越”到Beacon链？ 还有，穿越还是不穿越？ 我们将在本文中尝试探索。

了解信标链

先做一个简单的科普：信标链是一个全新的PoS区块链，是以太坊2.0的核心组成部分，但不是以太坊2.0的全部。 以下几点可能是理解Beacon链的关键：

1. Beacon链是运行以太坊的PoS协议Casper的PoS链。

2、以太坊1.0指的是PoW的主链，而以太坊2.0包括信标链、分片链、虚拟机层三部分。 其结构如下图所示：

3. Beacon链是以太坊2.0的主干，也是2.0的第一个也是最重要的组成部分。 如下图所示，所有分片都会连接到它并与之通信，Beacon链为分片链提供安全和最终确认。

Beacon链主要完成两个功能：一是实现PoS共识，包括维护一组验证人，选择验证人组成委员会，分配验证人提议或证明分片区块，对验证人实施奖惩等。是验证者参与质押系统并根据质押权益获得收益的渠道，也是整个系统安全的保障。

第二个功能是实现分片的通信。 每个分片会将其最新状态哈希存储在信标链块上。 当 Beacon 链区块完成时，相应的分片区块被认为已经完成，其他分片可以确认它们并与之通信。 跨分片交易。 分片链和信标链通过“交联”实现跨分片通信，从而将整个系统连接在一起。

4、Beacon链上没有虚拟机，没有智能合约，无法处理交易； Beacon 链不存储当前以太坊区块链上存储的信息，它只存储验证者列表和 Attestation。 所谓“Attestation”是指经过验证者确认并签名的哈希值，他们实时记录特定分片的状态。

5. 以太坊1.0的Beacon链和PoW链将独立运行两年左右。 在以太坊 2.0 实现完整功能之前（目前预计 2021 年），以太坊运行在 1.0 上，Beacon 链上的区块没有实际意义。

以上就是信标链的基本情况。 为什么说Beacon链要到2021年才能正式运行以太坊呢？ 因为从以太坊的发展路线图可以看出，今年以太坊2.0将支持智能合约和资产转移，实现可用性。

2021 年之前，以太坊 2.0 会是什么样子？

了解了Beacon链之后，我们简单介绍一下以太坊2.0从现在到2021年将经历的三个阶段：stage 0、stage、stage 2。

第 0 阶段（2019 年）：启动信标链

阶段 0 侧重于让验证器在信标链上启动和运行。 用户可以在链上存入32个BETH（Beacon ETH）成为验证者，但现阶段验证者只管理Beacon链，此时没有分片链。

信标链前期会尽量保持迭代设计简单，现阶段不支持账户、资产转移、智能合约。 BETH只能供验证者使用，不能在链上转移，也不能转移到交易所。

第一阶段（2020 年）：启动分片链

Phase 1 将增加分片链组件，实现信标链+分片链。 但这个阶段只是分片结构的试运行，并不是真正的分片扩展。 Beacon 链将分片链的区块视为没有结构或意义的简单比特集合。 此时分片链还没有账户、资产和智能合约。

Beacon 链将支持 1024 条分片链，每条链由 128 名验证者组成的委员会进行验证。 信标链在每个周期内为每个分片随机选择一个分片验证者，分片验证者通过“交联”来证明分片的内容和状态。

需要指出的是，在 phase 0 和 phase 1 阶段，以太坊 1.0 和以太坊 2.0 之间没有数据流通，以太坊仍然运行在 PoW 链上。

第二阶段（2021 年）：启动虚拟机层

Phase 2 将加入虚拟机层，这是以太坊 2.0 的最后一个重要组成部分。 实现Beacon链+分片链+虚拟机层的以太坊，就是我们熟悉的一个完整的公链体系。 以太坊 2.0 的可用性将在这个阶段正式实现。

此时系统引入智能合约，资产可以在链上自由转移； 分片链从简单的数据标记变为功能完备的区块链，跨链操作支持跨分片通信； 一些最常用的开发工具也可能会移植到以太坊 2.0 以支持 EVM2。 EVM2是以太坊新推出的虚拟机eWASM，它基于WebAssembly，支持多种编程语言来实现智能合约。

虽然以太坊的分片技术路线图一共包括七个阶段，但进入第二阶段后，以太坊将从PoW链迁移到PoS链，真正从1.0时代进入2.0时代。

32 ETH的船票贵吗？

以太坊2.0中的新资产叫做BETH，它有两种生成方式，一种是从以太坊1.0中的ETH转换而来，1ETH生成1BETH； 另一种是在以太坊2.0质押BETH参与Staking，产生验证奖励。

由于在phase 0，用户可以在Beacon链上存入32 BETH成为验证者，可以理解为花费32ETH购买一张船票，跟随以太坊前往以太坊2.0的新世界。 问题是，你愿意加入吗？

由于BETH在phase 2之前无法在账户间进行转账交易，以太坊及其各种应用仍然运行在PoW链上，所以当Beacon链上线后，用户将ETH兑换成BETH的唯一原因就是使用BETH参与Staking 以获得更多 BETH。

根据之前的信息，ETH和BETH之间的转换是单向的，即只能使用ETH通过合约生成BETH，BETH不能兑换成ETH。

这带来的一个问题是，1 BETH 的价格限制是 1 ETH，BETH 永远不会比 ETH 更有价值，因为 1ETH 也包含了从 ETH 转换为 BETH 的权利； 年锁定期。

不过，以太坊创始人 Vitalik Buterin 最近在一次讨论中提到了 ETH 和 BETH 双向交换的可能性，以太坊联合创始人 Joe Lubin 在接受采访时也表示，可能存在双向机制。 但是双向机制可能会带来一个新的问题：BETH是通过Staking发行的，但是ETH不能参与此次增发，双向兑换对以太坊1.0链上的资产不利。

以上两种不同的解决方案会影响用户将资产从ETH转移到BETH的动机，进而可能影响以太坊从1.0到2.0过渡的稳定性。 用户是否愿意将资产转移到Beacon链上的问题在第二阶段到来后将变得严峻，而以太坊采用的解决方案可能会在这两年内根据情况不断调整和变化。

既然转换方案未定，我们不妨看看用户迁移资产的另一个决定性动机：质押BETH参与Staking的收益。

至少在现阶段，用户是不能通过加入权益池的方式，以任何数量的BETH参与以太坊2.0的Staking。 用户只有在Beacon链上质押32 BETH（2^5）才能获得验证者资格：用户在当前发送32ETH到以太坊PoW主链上的一个注册合约，该合约将生成一张“验证者委员会成员名片”允许用户成为以太坊 2.0 的验证者。

BETH的质押回报率如下表所示。 这是今年 4 月 Vitalik Buterin 在 Github 上发布的提案，并已添加到以太坊 2.0 规范中：

若共质押100万个BETH（2^20），则系统每年最多可发行约180,000个BETH，最高质押年收益率为18.1%； 若质押1000万个BETH，每年最多可发行约57万个BETH，最高年化收益率为5.72%； 质押上限为1.34亿个BETH（2^27），此时每年最多可发行约209万个BETH，通胀率维持在2%以下，收益率为1.56%。

以太坊基金会研究员 Justin Drake 认为，质押 3000 万个 BETH（2^25）对系统的健康是最有利的。 此时通货膨胀率维持在1%，收益率为3.3%。 假设每个分片平均消耗 For 1000BETH Gas，通胀率将下降到 0.5%，质押者的回报率将达到 5% 左右（链注：Drake 估计以太坊正式运行 2.0 时的最佳质量投注率).

这里有两个指标可以用来做对比：一个是今天在以太坊上通过金融产品存入以太币的收益率，一个是Tezos、Cosmos等Staking项目的收益率。

验证者需要投入的另一项成本是运营成本，但似乎在可接受的范围内。

Ethhub 创始人 Eric Conner 在深入研究以太坊 2.0 的相关规范并与相关研究人员交谈后，测算了验证者每年的运营成本：每个 Beacon 节点需要 120 美元，每增加一个验证者，即每增加一个32 的承诺 为 BETH 添加 60 美元。

因此，从回报率的角度来看，用户在第2阶段之前将ETH转换为BETH的动机可能主要取决于三个因素：参与Staking的BETH数量、ETH与BETH之间的转换方式以及32ETH的门槛。 （链闻注：本文不涉及币价波动的影响因素）

不过，不管32ETH的“船票”贵不贵，有两类用户可能马上就参与到以太坊2.0中来。 他们为以太坊 2.0 的运行提供支持以太坊全节点，即使 2.0 还没有正式运行以太坊：

一类用户是区块链生态的参与者，尤其是以太坊生态的参与者。 投资32ETH是有价值的； 没那么高。 同时，作为未来会长期持币的用户，使用BETH参与Staking可以让他们获得更多的BETH。

如何保证PoS链的安全？

Beacon 链是一种 PoS 共识。 如果用户缺乏将ETH兑换成BETH参与Staking的动力，会不会影响以太坊2.0的安全性？

事实上，以太坊 2.0 通过机制设计保证了自身的高安全门槛。

首先是惩罚机制。 如果验证者有恶意行为，比如同时投票给两个区块，质押的代币将被罚款。

如果以太坊 2.0 共识失败，将意味着有 1/3 的活跃验证者违反了减量条件，即一次成功的攻击伴随着 1/3 的质押代币总量的销毁，这就是成本the attacker has to pay——与PoW不同，在PoS下，“犯罪工具”也必须被没收。

另一种是Beacon链的“验证者集合-委员会-验证者”区块验证方式：活跃的验证者构成验证者集合，集合中随机抽取的子集组成委员会，委员会中的验证者对区块负责. 区块签名验证。

即使集合中超过 1/3 的验证者是不诚实的，委员会被不诚实的验证者（即超过 2/3 的不诚实验证者）控制的概率也很低，并且随着委员会验证者的数量增加，委员会被控制的概率迅速下降。

假设我们有 1000 个验证者，其中 333 个是不诚实的，当一个委员会由 1 个成员组成时，委员会被不诚实的验证者控制的概率是 33.3%； 当委员会由 13 名成员组成时，被控制的概率只有 10%。

以太坊 2.0 初始阶段的委员会验证人数量下限为 128 人，即使不诚实者控制了验证人集合的 1/3，攻击成功的概率也不到万亿分之一。

以太坊 2.0 是如何实现随机性的？

在有效的机制设计下，影响以太坊 2.0 安全运行的最重要因素是随机性。 Beacon链中很多协议的执行都是基于“随机数”。 因此，我们简单介绍一下以太坊 2.0 中随机性的来源。

以太坊2.0通过RANDAO + VDF（Verifiable Delay Function，可验证延迟函数）解决了随机性问题。

RANDAO 是一种生成随机数的方法，它将被内置到 Beacon 链的逻辑中。 参与者（这里是验证者）独立提供一个随机数，RANDAO 将这些随机数相加得到一个新的数字。 并将数字作为随机数输出。

但是 RANDAO 有一个缺点：最后一个公开随机数的人可以预测/操纵随机数的结果。 因为他知道前面所有的值，所以他自己生成随机数或者不生成随机数都可以影响最终的输出。 因此，我们需要在 RANDAO 之上添加 VDF。

VDF简单的说就是输入一个值后，需要很长时间才能计算出结果，但是这个结果很容易验证。 VDF使用RANDAO产生的随机数作为种子产生新的随机数，系统使用VDF提供的新随机数。

因为VDF随机数的计算时间足够长（在以太坊2.0中，VDF是102分钟），所以最后一个公开随机数的人在他提供随机数的时间内无法计算出结果，也无法通过自己的行为影响最终的随机数（在以太坊2.0中，RANDAO每6.4分钟完成一个随机数的输出，这个时间/过程也称为一个epoch）。

RANDAO的周期为6.4分钟，VDF的周期为102.4分钟。 因此，以太坊 2.0 中会有 16 个 VDF 同时运行，每 6.4 分钟为系统生成一个随机数。 信标链将以此为基础完成工作。

需要注意的是，区块链上的随机数问题是一个难题，RANDAO+VDF也需要进一步验证。

做一个勇敢的探险家

以太坊 2.0 客户端 Nimbus 的测试网络已经上线。 它叫做testnet0，运行着一条Beacon链，可以同步节点间的信息，节点可以分布在远程设备上。

该版本设置了400个验证者节点来维护网络的运行，其中50个验证者节点预留给“勇敢的探索者”，任何人都可以加入。 提示：如果您遇到问题，可以在 Status 上的#status-nimbus 频道中提问。

用 Go 开发的以太坊 2.0 客户端 Prysm 和用 Rust 开发的 Lighthouse 都即将发布测试网。 如果一切顺利，Beacon 链，即第 0 阶段的以太坊 2.0，将按照路线图中的计划在今年年底上线。

几乎每个人都尊重和热爱以太坊，但人们也谈论它的“历史包袱”。 如果以太坊是一艘船，它看起来是一艘笨重的船，难以协调且移动缓慢。

但是笨重的船也有它自己的优势。 它拥有更完善、更安全的基础设施，拥有更持久、更彻底的分布式路由。 如果从长远来看，这种船或许可以承载更多的生态以太坊全节点，承担更远的航程，最终到达未知的大陆。

现在轮船即将启航，船员招募也即将开始。 你，要一起来吗？

特别提示：

以太坊 2.0 的具体实施方案可能随时调整。 本文仅供参考。 请随时关注最新消息。

以下英文文章大部分来自Medium，大部分翻译来自“以太坊爱好者”。

参考文章：

1. “以太坊 2.0：信标链”，Bruno Škvorc

2.《ETH2.0工程指南》，James Prestwich

3.《以太坊2.0协议核心信标链详解》，Ben Edgington

4.《V神提出的以太坊POS质押方案合理吗？》，秦晓峰

5.《如何理解以太坊2.0的经济激励？》 “，埃里克·康纳

6. 《以太坊 2.0 的设计目标》，Ben Edgington

7. 《以太坊 2.0：随机性》，Bruno Skvorc

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