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全面了解以太坊2.0的运行机制和最新变化
为了使以太坊 2.0 网络取得成功，PoS 和分片系统必须发挥作用并具有足够的吸引力以太坊中区块是如何链接的，以吸引以太坊生态系统中具有经济意义的组件。
原标题：以太坊2.0有哪些最新变化？
作者：亚历克斯·科马
译者：李瀚波
以太坊 2.0 是以太坊网络的升级，预计将于 2020 年底进行。
一旦启动，以太坊 2.0 将成为测试权益证明 (PoS) 共识算法系统的测试网。 大多数经济活动和智能合约将继续在原有的以太坊网络上运行，该网络将继续是以太坊 2.0 的并行系统。 开发者已经实现了从Eth1到Eth2的连接桥，但是token不能反向转回。
以太坊 2.0 部署的三个阶段是什么？
阶段 0：信标链
测试网于 2020 年 7 月开始。它只包括测试新的 PoS 共识机制，因此网络将主要是测试驱动的，尽管它会使用真正的以太坊代币。 在此阶段，将推出以下 PoS 功能。
第一阶段：碎片化
最初将部署一个具有 64 个分片的实验网络。 在没有重大经济活动的情况下，第 0 阶段旨在测试基本的 PoS 基础设施，而第 1 阶段旨在测试基本的分片模型。 在这个阶段，65 个区块链将并行运行——第 0 阶段存在的信标链和 64 个新分片。 信标链与所有 64 个分片之间也将存在双向通信和链接机制。
第二阶段：新运营模式的实施
假设在此阶段，智能合约将开始在网络上运行，经济活动将开始。 分片将不再是原始数据的存储，而是开始类似于虚拟机和以太坊 1.0 智能合约。 第二阶段的规范正在制定中。
单向转换
以太坊 2.0 推出后，将有两个网络并行运行——Eth1 和 Eth2。 最初，Eth1 Token 可以兑换 Eth2 Token，反之则不行，所以理论上 Eth2 Token 的交易价格应该小于或等于 Eth1 Token 的价值。 然而，在过渡的早期阶段，Eth2 代币不太可能被交易所定价或支持，因为它们的唯一用途是质押。 即使是基本的转移也是不可能的。
要将 Eth1 转移到 Eth2，需要使用 Eth1 托管协议。 该协议会销毁 Eth1 上的 Token，然后销毁的 Token 可以作为新 Eth2 Token 发行的确认。 Token会永久销毁，但由于硬分叉导致的协议变更，Token是可以回收的。
转移到 Eth2 的代币将自动进入验证者池。
PoS（股权证明）
根据 PoS 的概念，投票的“权重”和验证者的奖励金额由质押的 Token 价值决定。 Eth2 规范规定每个验证者必须拥有 32 个 ETH。 如果合约中收到的 Token 数量超过 32ETH，验证者将不会从这些额外的 Token 中获得奖励。 如果少于 32 个 ETH Token，节点将不会被激活。 因此，您需要按32个Token的比例将ETH转入Eth2。 32 ETH 的每一部分都可以是一个单独的 Staker。
Token的发行会是什么样子？
Eth1 将继续运行在 PoW 上，Eth2 将继续运行在 PoS 上。
在此期间，两组验证者、矿工和节点候选人都将获得奖励，因此以太坊的通货膨胀率将上升，至少在两个系统合并之前是这样。
Eth2 的发行级别将取决于参与质押过程的代币数量。 年度发行水平将基于一种算法，其中 Eth2 是参与 PoS 验证池的以太坊代币数量（这些数字的来源是 Vitalik Buterin 在 2019 年 4 月发表的一篇文章）。
资料来源：BitMEX 研究
这个公式是基于越多的 ETH 转移到 Eth2，就会发行越多的新代币，但是投资收益会随着质押的增加而减少。 图形化的以太坊 2.0 通货膨胀率。
数据来源：BitMEX 研究
下图代表了以太坊 2.0 的通货膨胀率：
图表来源：BitMEX Research
发行率决定补偿金额。 该奖励旨在激励用户将代币转换为 Eth2。 由于 Eth2 的成功将减少对代币的需求，因此奖励将按比例减少。 这样的模型可以确保移动令牌的数量足以显着增加网络的规模； 但是，如果 Eth2 流行，那么发行量就不会变得太高。
这样的模型似乎与以太坊最初“永久线性扩展”的计划相矛盾。
这些机制可能会导致大量的以太坊代币被销毁，从而可能抑制高通胀的影响。
区块链合并将如何运作？
未来，Eth1 和 Eth2 可能会在几年内重新合并为一个系统。 事实上，Eth1 会成为 Eth2 内部的一个分片，让以太坊在分片之间双向移动，两个 Token 合二为一。 据推测，目前在 Eth1 上发生的大部分经济活动将继续在 Eth2 分片内进行。
下一步可能是纳入共识系统。 Eth1 分片可以逐渐转向 P o S。
工作量证明可以继续工作，但在给定数量的块之后——例如，每 100 个块之后——块共识将决定权益证明。 最后，有可能完全放弃 PoW：PoW 区块奖励将变得不必要。 这将使以太坊用户和投资者对通货膨胀时间表更加确定。
网站开发人员提供的主要技术功能是什么？
数据来源：GitHub
PoS（股权证明）将如何在以太坊 2.0 中运作？
PoS 是分叉选择规则的一般概念。
优先选择Token投票多的链。 Eth2 的核心投票系统原理与以太坊 2018 年提案相同，基于 Casper Friendly Finalty Gadget 的思想。 但是，该系统已根据 Casper Friendly Finalty Gadget 和最新的 Message Driven Greedy Heaviest Observed Subree 分叉选择规则（Casper FFG & LMD GHOST 分叉选择规则）的组合进行了更新。
投票系统引擎由以下部分组成。 首先是一个大的分叉池，每个分叉池最多代表32个ETH（激活一个分叉池需要32个ETH，这个数量可以减少到16个ETH，需要停用）。 该矿池不直接对区块进行投票——它分为多个委员会，其成员是从较大的矿池成员中随机选出的。
划分委员会的原因是不是每个 staker 都可以为每个区块投票，否则，区块链将包含过多的投票数据，这将导致无法扩展。
此外，委员会允许您将投票数据收集到可控的寄存器中。 因此，在这些委员会中，随机选择一组 Stakers 进行投票。
根据 Eth2 规范，每个委员会的 Stakers 目标数量为 128（所需的最小值）。 开发人员认为，这是足够多的质押者来提供可能的区块选择保证。 可以组合签名以减少所需的块大小并扩展网络。
委员会由 RanDAO 等系统随机选择。 随机选择定义了一个密码短语，每当提出一个块时都会附加该密码短语。 为了对抗区块分片攻击，提出一个区块只有两个选项可以影响这个阶段：提出一个区块或不提出一个区块。 因此，操纵的可能性是有限的。
除了委员会分配 stake 之外，还有另一个子类别的块和检查点块。
每32个区块有一个区块检查点（checkpoint），检查点之间的时间间隔称为一个纪元（epoch）。 在每个纪元的边界内以太坊中区块是如何链接的，有 32 个 12 秒的时间段（间隔）可以在其中提出块。
因此，每个 epoch 有 32 组 slots 用于 32 个委员会。 在每个时代结束时，委员会成员都会改变职位。 每个时期有一个委员会（“理想的最低限度”是 128 名成员）。 委员会成员拥有在 12 秒时间间隔内提出区块的排他性权利，其他委员会成员可以对区块进行投票。 这种投票也称为证明。
将 Stakers 分配给信标链中的委员会（假设每个时隙一个委员会）：
数据来源：BitMex Research
实际上，事情可能比这些图表更复杂。 因此，在第 0 阶段，一个时隙最多可以有 64 个委员会，而不是一个。 因此，如果每个委员会有 128 名成员，则每个插槽最多可容纳 262,144 个质押者，相当于约 840 万个 ETH。
每个 Staker 都被分配到一个委员会。 赌注越多，委员会就越多。 最大的委员会规模为 2048，大致相当于每个时期使用的整个以太坊供应量（64 个委员会的 32 个 ETH32 插槽 * 每个委员会 2048 个利益相关者 = 1.342 亿个 ETH）。
下图说明了委员会的数量和委员会成员的数量如何随着权益池中 ETH 的数量而变化。 它表明随着质押池的增长，委员会的数量首先增加到 64 个，然后当质押池中有大约 840 万个 ETH 时，委员会的规模开始增长。
委员会的数量和委员会成员的数量。
数据来源：BitMex Research
为了确定哪些区块拥有最多的选票，有必要将所有委员会的所有选票加起来。 如果选民表现良好，他们可以从新发行的以太坊代币池中获得奖励。 如果选民违反规则，他们将被罚款并失去部分股份。 惩罚的目的是防止排队行为，例如为两个冲突的块投票，尽管在某些情况下可能允许这样做。 质押者将因离线而被剥夺奖励。
以太坊 2.0 中的最终确定是如何完成的？
委员会成员在对一个区块进行投票时，不仅要对一个具体的区块提案进行投票，还要参考一个特定的历史区块检查点进行投票。 正是这种机制保证了投票过程的稳定性。 所以，其实在PoS模型上，有两种投票程序，一种是内部的，一种是外部的。 下图说明了这两种类型的投票是如何发生的，以及这些投票可以存储在哪些块中。
投票和引用，假设有效的沟通（假设每个时段有一个委员会）。
资料来源：BitMex 研究
如果一个区块在其上建立了一个检查点区块并且超过三分之二的委员会成员投票支持该检查点，则该区块可以被“确认”。
一个区块最早可以“确认”是在该区块的三分之二被确认之后。
下一阶段是定稿。 当一个块在区块链中包含两个已确认的块时，该块将被最终确定。 因此，在大多数情况下，当足够快地达到三分之二选民门槛时，由于有效的沟通渠道，用户将需要等待一个 epoch（6.4 分钟）和两个 epoch（12.8 分钟）的确认。 最后确认。 这个过程如下图所示。
通常，确认和最终确定信标链中的块的过程。
数据来源：BitMex Research
违反规则的人会受到什么处罚？
选民受到惩罚的情况有以下三种。
可以假设该规则将被更合理的规则取代，根据该规则，所有对块转换的引用必须按顺序进行，但是，诚实节点有可能跳过检查点块，连续投票结果可能会变成出是合法的。 一张图说明了这种情况。
资料来源：BitMex 研究
以太坊 2.0 中的 PoS 效率如何？
开发人员声称，区块最终确定后，将保证用户的交易不会被篡改。 然而，这些系统极难评估收敛程度和最终性等参数。
也许整个过程，包括投票委员会、此类委员会的索引、检查点块转换的链接以及需要等待两个 epoch 才能完成块，是一个不必要的抽象，试图将投票系统转换为 PoS 模型。 分成组件使其复杂化。 但是这个安全模型有一个根本性的缺陷，就是stake没有资产。
另一方面，这样的过程可能实际上增强了网络的安全性。
一个多组件过程——例如，质押周期——这使得决定更改其质押的用户很难更改规则。
分片在以太坊 2.0 中是如何工作的？
在第一阶段，分片被添加到系统中。 最初的计划是从 1024 个分片开始，但这个数字现在已经减少到 64 个。信标链仍然被认为是主链，但现在也包含了分片引用。 由于有 64 个分片，每个信标块可以与 64 个分片相关联，因此假设在正常操作中每个信标块可以与每个分片相关联。
有一种双向链接机制——分片块引用信标块（具有这些块的哈希值），信标块可以引用分片块（交叉引用）。 一些分片可能不被信标块引用，但每个分片块必须引用一个信标链。
以太坊分片系统中的块结构（显示了两个分片）。
图片来源：BitMex 研究
蓝色箭头代表区块的哈希值，必须包含在每个区块中。 灰色箭头表示不一定包含在信标块中的交叉引用分片，如图右侧所示。
在第一阶段，分片系统和质押过程交织在一起。 从阶段 0 开始的插槽验证器委员会显示在分片中。 每个分片都有自己的投票选择委员会，该委员会会更改提议区块的每个“委员会周期”。
同样，在信标链中，一个委员会成员被分配了在指定时间段内生产区块的任务，而其他委员会成员则在该时间段内对每个提案进行投票。 关键因素是当信标链通过交叉引用系统引用分片区块链时，所有投票数据都包含在信标链中。
在第一阶段，权益是随机分配的——要么在信标链上，要么在特定的分片上。 如果权益包含的 ETH 少于 840 万，则没有足够的抵押品来全面服务所有分片，因此分片的工作可能会有所放缓。
下图显示了一种可能性：Staker 委员会由分片分配。
图：BitMex 研究
这允许信标链每个时隙只有一个验证者委员会。 但是，每个分片区块链都包含最后一个信标块的哈希值，每个信标块都可以包含所有分片的投票数据（交叉引用）。
因此，分片区块链上的所有投票和股权也可用于计算选择分叉和最终确定主信标链的规则。 PoS 系统的工作原理与以前相同，只是信标链包含每个分片的投票数据，而不是委员会目录（索引）中的投票数据。
各个分片区块链中没有检查点块，也没有确认或最终确定过程。 为确保交易在分片内完成，您需要等待信标链。 一旦信标链中的实际区块最终确定，用户就可以验证交易是否在分片中进行。
因此，交联使得：
为此所需的机制尚未完全开发。 随着第二阶段的开始，它们可能会变得有需求。
分片框架允许以灵活的质量管理节点——能够处理一切，包括信标链和每个分片。 只能管理信标链，其中包括各个分片链的头部。
还有第三种可能性——控制信标链和选定分片验证的节点。 如果用户选择不管理处理每个分片的节点，他必须依靠其他用户来验证这些分片中进程的真实性。 但是，很可能有些用户会选择验证这些分片，从而提供保证。
以太坊2.0前景如何？
以太坊持有者倾向于尝试新的复杂系统——DAO、Maker、DeFi。
以太坊社区的一些成员担心，以太坊技术已经出现了 5 年，但仍然落后，因此他们认为需要新技术。
以太坊 2.0 满足了社区对新想法的需求，预计它会产生大量资金和股权奖励（可能是数十亿美元的 ETH）。
以太坊 2.0 的推出将如何影响价格？
短期内，大量的 ETH Token 可能会被锁定在信标链中，因为用户会被打包新区块赚钱的机会所吸引。 因此，市场上的 ETH 存量可能会减少，价格可能会上涨。 另一方面，ETH 可能只是从其他被认为被阻止的合约中吸取。 以太坊 2.0 要成为长期代币价格增长的催化剂，不仅存量不应受限，而且产生的需求是必要的。
为了使以太坊 2.0 网络取得成功，PoS 和分片系统必须发挥作用并具有足够的吸引力，以吸引以太坊生态系统中具有经济意义的组件。
智能合约和 DeFi 系统将不得不选择适合他们的分片，并投资升级他们的技术以兼容分片系统的限制。
以太坊 2.0 的主要缺点是什么？
以太坊 2.0 非常复杂。 在具有许多委员会、分片和不同类型投票的系统中，出现故障和延迟更新的可能性很高。
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