ROL:以太坊核心開發者會議：深入探討以太坊合并及其路線演變

原文標題：《以太坊核心開發者會議更新006》

這次更新與以往的有點不同。首先，我決定轉移到Mirror發布更新。使用這個用于1559NFT項目的平臺是很不錯的體驗，而且我一直在找機會再次使用它。我會在HackMD保留更新列表，這樣便于在一個地方輕松找到它們。

第二，由于我們現在的工作重點在合并(TheMerge)上，本文其實不算是一篇「更新」，而是對走到當前架構選擇的路線圖演變的深入探討。幾周后，會有一篇類似的文章，詳細介紹以太坊網絡在合并后將如何運作。

合并史前史

合并將把以太坊目前的工作量證明(PoW)共識算法轉為在信標鏈上運行的權益證明(PoS)機制。這個設計是「以太坊2.0」路線圖多次迭代的結果。讓我們回顧一下過去幾年路線圖的變化吧。

階段0，1，2

幾年來，權益證明和分片的研發是彼此獨立的。在2018年臺北的一次研討會上，大家決定將這兩項研究計劃統一起來，形成一個分三個階段的「以太坊2.0」路線圖。BenEdginton在這篇文章里對當時的研討會和總的理念作了非常好的總結。正是在這次活動中，Hsiao-Wei展示了這張現在廣為人知的「以太坊2.0」簡圖：

以太坊Layer 2總鎖倉量回升至63.3億美元，7日漲幅2.16%:2月27日消息，據L2BEAT數據顯示，當前以太坊Layer2總鎖倉量回升至63.3億美元，7日漲幅2.16%。

其中，鎖倉量前五分別為：ArbitrumOne（33.9億美元，7日漲幅4.21%）；

Optimism（19.5億美元，7日漲幅1.69%）；

dYdX（3.74億美元，7日跌幅0.88%）；

MetisAndromeda（1.41億美元，7日跌幅8.77%）；

ImmutableX（1.25億美元，7日跌幅0.15%）。[2023/2/27 12:31:47]

來源：https://docs.google.com/presentation/d/1G5UZdEL71XAkU5B2v-TC3lmGaRIu2P6QSeF8m3wg6MU/edit#slide=id.g3c326bb661_0_298

這張圖展示了當時新路線圖的每個階段將交付的內容：

階段0將帶來信標鏈

在階段1，會加入數據分片

在階段2，在每個分片加入虛擬機，以在系統里實現計算。

分片的數量最初定為100，然后提高到1024，最近又調低到64。

芝商所（CME）宣布推出微型比特幣和以太坊期權:3月28日消息，芝商所（CME）宣布推出微型比特幣和以太坊期權，一份期權合約代表 0.1 枚比特幣或以太坊。（金十）[2022/3/28 14:23:00]

提早合并?

隨著信標鏈的工作在2018年開啟，很明顯，這個分三個階段的以太坊2.0路線圖將需要幾年時間才能完全交付。伴隨著使用以太坊人數的快速增長帶來的成長陣痛，這帶來了工作量證明區塊鏈研究計劃的復蘇。在2018年的DevconIV上，「Ethereum1.x」這個術語被提出，用于涵蓋這些研究計劃。其中最重大的一項是無狀態以太坊(StatelessEthereum)，這個范式會把未被訪問的狀態從網絡中移除，以限制狀態的膨脹速度。

一方面有越來越多的關注放在讓PoW鏈變得長期可持續上，另一方面開發者們意識到信標鏈可以比以太坊2.0路線圖的其他部分更早實現，結合兩者后出現了一個「提早合并」的提案。這份提案把現有的EVM鏈作為以太坊2.0系統的「分片0」來啟動。這樣不僅會加快搬到權益證明的速度，還會使應用層的過渡更順滑，因為搬到權益證明不需要在應用層上做遷移。

這提案出來不久，DannyRyan在他的《Eth1+Eth2客戶端關系(Eth1+Eth2clientrelationship)》的文章里探索了我們可以如何通過利用現有Eth1客戶端實現提早合并。這將大大減少交付一個合并后系統和利用客戶端的開發工作，因為Eth1客戶端已經在主網上久經沙場了。按這條路走下去還可以給研究者更多時間解決階段1和2的開放性問題(請看這里)，和無狀態以太坊(這仍然是非常活躍的研究領域)。

以太坊未確認交易為231,638筆:金色財經消息，據OKLink數據顯示，以太坊未確認交易231,638筆，當前全網算力為871.86TH/s，全網難度為11.66P，當前持幣地址為71,461,403個，同比增加120,112個，24h鏈上交易量為1,087,496ETH，當前平均出塊時間為13s。[2021/12/20 7:51:56]

以Rollup為中心的路線圖?

很快到了2020年末：階段0此時的進度已經達到99%，信標鏈很快就要啟動了。盡管在階段1的工作進展順利，但將在階段1引入的分片上實現計算功能的階段2仍然有很多未解決的問題：

如何從當前的EVM鏈順滑過渡到分片的虛擬機？

從性能上看，有哪些替代虛擬機能被部署？

我們要如何確保各種虛擬機是真的安全？

如何協調所有虛擬機上的狀態和余額？

......

同時，rollup(例如二層的擴容方案)方面正發生非常快速的進展。多個團隊公布要上測試網，且取得令人鼓舞的早期成果。

大約在這個時候，Vitalik在EthereumMagicians論壇上發表了長文，論述我們應該把短期和中期的擴容工作集中在rollup上。它們不僅會在階段2完成前上主網，還會是階段1的最大受益者。Rollup會生成大量數據，而分片可以為它提供比EVM鏈消耗更低的存儲。下面是文章的截圖：

以太坊擴容項目Arbitrum將于8月下旬正式上線:8月15日，以太坊擴容項目 Arbitrum One將在本月下旬向用戶開放。目前已經為 400 多個項目提供了主網訪問權限，其中有數十個項目成功完成了部署。Arbitrum One 上線后，Offchain Labs會繼續努力將更多項目引導到 Arbitrum 上，進一步提升 Arbitrum 的性能并降低成本，另外還要完成一長串功能需求。（Offchain Labs）[2021/8/15 22:15:38]

這種方法將對階段0-2路線圖產生幾方面的影響。具體如下：

階段0(信標鏈)當時正處于部署主網前在測試網上運行的階段，一旦PoW鏈準備好，信標鏈就可以成為共識層引擎，而不需要等到階段2以后；

階段1(數據分片)的實現還需要幾年時間，它從擴容的關鍵障礙變成一項增量改進，它會減少已經開發出來的擴容方案(例如rollup)的開銷；

階段2(分片執行)是有最多開放性研究問題且更復雜的功能，它可以在幾年后推出，或完全取消，對擴容路線圖沒有任何影響。

以太坊未確認交易為108,773筆:金色財經消息，據OKLink數據顯示，以太坊未確認交易108,773筆，當前全網算力為234.76TH/s，全網難度為3.11P，當前持幣地址為47,894,125個，同比增加114,069個，24h鏈上交易量為3,546,570.45ETH，當前平均出塊時間為13s。[2020/9/21]

研究社區快速就這個提案聚集起來，并在一個月內發表了一篇ethresear.ch文章，詳細介紹了當前這個合并計劃！

當前&未來的路線圖?

可執行信標鏈

當前的合并架構在首次于2020年11月由MikhailKalinin發表的《可執行信標鏈(ExecutableBeaconChain)》上得到詳細說明。簡言之，它結合了多次迭代的以太坊2.0路線圖的洞見：

信標鏈已經啟動了，現在可以作為共識引擎來使用；

Rollup是擴展計算的最佳短期解決方案；

當前的Eth1客戶端是作為合并后執行層的最佳基礎；

搬到權益證明可以通過對當前運行的應用影響最小的方式實現

Mikhail提議中的一個重大變更是，與其讓當前的EVM鏈成為」分片0」，不如直接與信標鏈連接。

這是一個簡單但重要的見解——Eth1執行層客戶端已經是以共識算法可換的方式構建的。主網使用工作量證明，而測試網和私人以太坊網絡使用的是權威證明(proofofauthority)共識算法(clique、IBFT等)。

在文章里，Mikhail提議直接把權益證明作為客戶端使用的新共識算法。換句話說，就是把當前的工作量證明鏈與信標鏈合并。下面由TrentVanEpps制作的這張圖很好地說明這個變化：

來源：https://twitter.com/trent_vanepps/status/1415741658067517441/photo/1

這種方法將最大程度地減少PoW鏈上客戶端團隊要做的工作，同時仍然帶來「提前合并」和「以Rollup為中心路線」的所有好處。

Rayonism項目

為了驗證可執行信標鏈架構的可行性，在名為Rayonism的長達一個月的黑客松里，客戶端進行了原型設計。

在幾周內，Eth1和Eth2客戶端的各種混合組合作為合并后的客戶端在EVM上運行交易，通過信標鏈達成共識。

高度概括來說，現在的Eth2節點變成作為網絡的共識層，而現在的Eth1節點則作為其執行層。共識層的功能擴展為把最新的鏈頭信息發送給執行層，并向執行層請求區塊。執行層仍然負責處理區塊、廣播交易、存儲和管理狀態，和處理JSONRPC請求。

這個實驗驗證了可執行信標鏈的架構是合理的，且可以用作過渡到權益證明的基礎，現在這個過程被稱為合并。

PoW->PoS的過渡?

Rayonsim項目里沒有測試的是從真正的PoW網絡過渡到運行中的Pos網絡。經過幾次迭代后，現在已經大致敲定了一份規范。

為了實現從工作量證明到權益證明的過渡，在客戶端里需要設置一個TERMINALTOTALDIFFICULTY（終結總難度)。當發現區塊上的難度超過了工作量證明鏈的難度時，客戶端會進入過渡模式，它們會開始監聽權益證明層的信息來達成共識。一旦共識層最終敲定的一個區塊的難度超過了TERMINALTOTALDIFFICULTY，執行層將完全停止監聽和廣播PoW區塊信息。這樣，合并就完成了！

對于應用，這不會對合約和用戶造成任何影響。有一些操作碼需要更新，但就僅此而已。對于信標鏈節點的運行者，在合并中需要選擇一個執行引擎。同樣地，如果你在工作量證明網絡運行一個節點，在合并中需要選擇一個共識客戶端。隨著合并工作的開展，你可以預期會有多個開發者測試網、教程和會議來討論這些問題。

接下來的工作

盡管合并的總體方案已經確定了，客戶端團隊還有一長串的事情需要在未來幾個月內完成。大部分要做的事都可以在這里追蹤到，值得關注的包括確定合并后的同步協議、為整個過程設置創建集成測試、上線開發者測試網并在不利條件下運行它們，以及為過渡期間的各種意外情況做計劃。

如果你想深入了解實際的規范，EIP-3675詳細列出執行層客戶端需要的變化，而共識規范中的mergefolder詳細列出了共識層的變化。

當事情稍微穩定下來，請期待另一篇深入以太坊客戶端在合并后將如何工作的文章。謝謝你的閱讀，下次再見！

感謝DannyRyan、TrentVanEpps和MikhailKalinin對本文草稿的反饋。

一個值得注意的變更是「無狀態以太坊」不再是過渡到權益證明的先決條件。

在過渡階段根據總難度而不是區塊或slot號可以更好處理重組情況。想了解更多，請參見EIP-3675里的"Transitionprocess(過渡過程)"部分。

撰文：TimBeiko翻譯：ETH中文站

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