可视化以太坊的未来之路该如选择

以下内容改编自作者于4月9日(周五)的演讲内容。非常感谢DannyRyan和SachaSaint-Leger的建议。

本文是关于通往未来以太坊的道路。今天的以太坊就是eth2开发者所称的“eth1”，也即当前我们熟知和喜爱的PoW链；明天的以太坊既不是eth1，也不是eth2，而就是...以太坊：综合了在今天的执行层(eth1)之上部署PoS和分片的一系列eth2工作。

我们先来回顾一下今天的以太坊(eth1)：

今天的?eth1链的运作方式

在今天的以太坊上，当用户想要做一些事情(即“事务”)，他们会把事务(transactions)发送给矿工，然后矿工把事务打包进区块，并将这些区块添加到一条不断增长的区块链(eth1)中。矿工运行PoW共识机制，以此来决定由谁来添加下一个区块，矿工也执行区块中包含的事务，以确保这些事务是有效的。

PoS替代PoW：验证者替代矿工，小型服务器替代大量挖矿设备

PoW需要大量的硬件设备来运行密集运算，进而造成了过高的能耗。在此，我们不会像大多数加密货币批评者那样讨论能源浪费问题(比如“为什么我们要使用一个消耗<某个国家的>能源的支付系统？”)，但如果我们可以消耗绝对更少的kWh(千瓦时)来做一些事情，那么这(PoW)就确实是存在能源浪费，我们应该减少能耗。

香港数码港行政总裁：数码港可视作Web3枢纽，已有140多家Web3公司入驻:4月12日消息，香港数码港管理有限公司行政总裁任景信在 Web3 香港嘉年华峰会发表主旨演讲时表示，香港数码港可以视作为 Web3 枢纽，可以推动香港成为国际创新和技术中心。我们的 Web3 基地（Web3 Hub）旨在推动 Web3 产业发展，凝聚人才和企业，提升大众对 Web3 的认知，另外资金支持也是很重要的一部分。人才方面，包括 Web3 学院（Web3 Academy）计划，旨在成立一个平台希望更多从业人员加入推广 Web3。产业方面，包括一个 Web3 Living Lab 计划，包括智慧生活等，具体计划可能会在后面几个月在数码港宣布。同样重要的是要让 Web2 企业和人才知道怎么进入 Web3 发展。融资方面，希望一个月后分享鼓励 Web3 企业发展的信息，此外目前已经有 140 多家 Web3 公司在数码港入驻。[2023/4/12 13:58:27]

因此，这将我们带入PoS，使用小型的服务器来取代大量挖矿设备，并使用验证者(validator)取代矿工。

在PoS中，如果验证者不执行验证工作(图中第2步)，则将会适当地损失质押金

那么，上图中的第2步(即验证)是什么呢？验证者到底要验证什么？

我们可以将以太坊的活动分为两部分：共识层→“哪个是正确的数据？”；执行层→“数据的含义是什么？”

贵州世居少数民族艺术大数据可视化网络传播平台启动建设:金色财经报道，由贵州民族大学美术学院立项申报的世居少数民族艺术大数据可视化网络传播平台启动建设，项目将历时3年，以当代科技实现数字化民族艺术的维度感官体验，将“元宇宙”概念引入数字化民族艺术可视化领域，探索民族文化保护与传承的新范式与新路径。[2021/12/27 8:07:43]

共识层(consensuslayer)确保所有人都对正确的数据达成共识。执行层(executionlayer)实际上是“解释”这些数据，使数据有意义。“数据”是指与区块链进行的任何交互，比如部署一个智能合约，在交易所进行交易，发送一笔付款等等...

区块链的核心是在链中引入新的区块。当新区块被添加进来时，新区块进来之前的状态和进来之后的状态之间，会发生一次状态转换(statetransition)。区块链的当下状态汇总了之前所有区块的数据。

例如，如果当前状态维持着一个记录了Alice和Bob的账户余额的账本，而新区块中包含了一笔Bob向Alice支付了10枚币的交易，那么这个新区块被添加进区块链中之后，状态将会记录新的余额信息。一个新区块添加进来之后，要么会更改当前的状态(比如，更新Alice和Bob的余额)，要么会创建一个新的状态(比如部署一个智能合约，或者将Carol新添加进账本中...)。

根据以太坊计划，第1步是将共识与执行解耦；第2步是把PoW共识换成PoS共识

仁济医院使用区块链技术实现胚胎可视化:上海交通大学医学院附属仁济医院生殖医学中心启动MyBaby区块链项目。作为行业内首家使用区块链技术进行胚胎可视化的医疗机构，仁济医院借鉴区块链技术去中心化、不可篡改、全程留痕、可以追溯、集体维护、公开透明等特点，在确保数据安全性和私密性的前提下，对医疗流程数据进行局部公开透明，实现了胚胎的可视化，让“准宝宝”的体外培养过程全程可见。（央广网）[2021/6/3 23:06:18]

根据我们的计划，Rollups和eth2工作的总体要点就是处理上图中的第1步，也即将共识与执行解耦(decorrelateconsensusandexecution)。那么，这方面进展如何了呢？

第1步已经完成了！

自2020年12月以来，我们已经有了两条并行运行的区块链(见上图)：

上方的是PoS共识链(即信标链)

下方的是可靠的PoW共识执行链(即eth1链)

这两条链并行运行，但它们会相互“交流”，当然目前是单向的...

如何成为一名验证者？

要成为PoS共识链(即信标链)的验证者，用户需要在部署于PoW共识执行链(即eth1)上的存款合约中锁定32ETH，该质押金会自动转移到PoS共识链中。一旦验证者被激活，就可以开始(对PoS共识链)进行验证并获取奖励。

新华财经｜数字人民币可视卡或为不善运用智能终端群体带来便利:新华社北京消息，自数字人民币在深圳、苏州、北京冬奥试点应用取得积极进展后，1月5日，数字人民币“硬钱包”首次在上海开启测试。专家表示，此次试点是继深圳和苏州手机扫码、碰一碰支付之后，第一次实现脱离手机的可视卡式的“硬钱包”支付模式，这或为运用智能终端困难的人群使用数字人民币、跨越数字鸿沟提供了可能。[2021/1/10 15:47:15]

合并之后，信标链(紫色)是共识链，切换为PoS共识的eth1链(红色)将作为执行链。什么时候实现合并？可能在2021年实现...

预计这种单向的“交流”将不会持续很长时间。合并这两条链将永久地连接PoS共识链(信标链)和PoW共识执行链(eth1)之间的鸿沟，从而允许验证者为执行层(即合并之后切换为PoS共识的eth1链)生成区块。因此，合并之后，我们将有两条链：

同一条PoS共识链(即信标链)

基于PoS的执行链(即切换为?PoS共识的eth1链)

合并之后，PoS共识链(信标链)的验证者们将终于能够赎回和提取他们的收益和存款，并将收益和存款发回至PoS执行链(eth1)中。

所有这些使我们从PoW环境转移到了一个完全合格的PoS环境中！但需要注意的是，此时并没有增加这条链的带宽——这是分片(sharding)要实现的目标。在这之前，在我们尚且只有一条执行链(即eth1链)之际，我们来讨论一下如何通过其它方式来对执行进行扩展。

声音 | 陆金所朱益盛：行业区块链开发与应用有可视化、共享化和合规化三个瓶颈待突破:11月19日，陆金所科技中心研发总监朱益盛在北京举行的亚洲金融峰会上表示，行业区块链的开发与应用仍有三个瓶颈待突破，分别为可视化、共享化和合规化。朱益盛说：\"在法律法规上对区块链的接受程度会越来越高，这方面的应用也会做的越来越多。\"朱益盛还表示，由于区块链天然具备不可篡改、可溯源的特性，如果金融机构上报的数据都能上链，那监管机构的效率也会得到提升和突破，法律法规相关配套措施会更快地跟上来，很多应用场景也会更快得到许可和落地，这也正契合监管科技(Reg-Tech)的方向。（中国网财经）[2019/11/20]

扩展计划：1.将执行转移至链下；2.将数据提交至链上。

Rollups是众多可用的扩展解决方案之一，但从协议设计的角度来看，它可能提供了最优折衷的方案。Rollups的理念很简单：通过在链上提交重建状态转换执行所需的数据，来综合地处理状态转换，并将执行转移至链下进行。如果有人对执行结果有异议，或者有人忘记了在第一时间执行，那么数据就在那里等着所有人处理。Rollups是无需许可的！

更准确地说，在Rollups中，执行所需的数据(事务输入)与它的载体(事务)是分开的，且这些数据是以节省空间的方式“捆绑”起来。同时，Rollups在执行链(即eth1链)之外运行，提交数据并加以执行。见下图：

如今eth1链的扩展正在发生，Rollups已经部署，其它扩展方案也在开发中。

想要“使用某条Rollup链”的用户，需要在该Rollup位于执行链(eth1)上的合约中存储一些资产，之后用户就可以在该Rollup上做一些事情了，比如使用自己的资产与该Rollup链上的其它资产进行交易。一旦用户完成了想要做的事情，就可以将资产从Rollup撤回至执行链中。就是这样！

Rollups有什么其它替代性方案？如果我们没有这些并行运行的Rollps链(上图中的黄色链)，而是拥有很多条并行运行的执行链(上图中的红色链)，那会如何？比如，如果eth1链被“复制”，并与其它几条复制链并行运行，那会怎样？

其中的问题在于我们如何处理几条平行运行的执行链。如果其中某条执行链想要知道另一条执行链中发生的事情，那该如何做到？这正是分片(sharding)?遇到的棘手问题(注：也即所谓的跨分片通信问题)。

你可能会说，“Rollups差不多也有这样的问题！”，实际上确实如此。当你在某条Rollup链上想要与另一条Rollup链进行交互时，同样的棘手问题也会出现?(即跨Rollup通信问题)。但重点是，当前存在几种Rollup设计，这一问题的解决方案空间很广阔，且在很大程度上尚未被探索。因此，在将某种方案纳入协议层之前，为何不通过Rollups先启动试验呢？

这将我们带向了以Rollup为中心的以太坊路线图。

以Rollup为中心的eth2：使用分片来保存Rollups发布的数据

你听说过区块空间的稀缺性吧？Rollups需要发布数据，而eth1的区块空间是稀缺的！且如上所述，跨分片很难。因此，为什么不使用分片来保存Rollups需要发布的数据呢？借助于64条分片链，就能带来比当前可用的多出64倍的带宽，而且可能更多，因为一个分片区块将可能保存比当前的eth1区块更多的数据量。

应该强调的是，这并不意味着在分片层的执行功能会永远被排除在外。当前以Rollup为中心的以太坊路线图是一种短期到中期的前进方式，直到(例如)找到更好的加密原语来保证正确地将执行划分到多条链中(注：即实现可执行分片)。这一切都非常迷人，应该会让很多人忙上很长一段时间。在此期间，Rollups是解决之道。

每条Rollup链都是其自身的“执行环境”：如何轻松地迁往/迁出Rollup？我们可以进行跨Rollup操作吗？Rollups应该如何处理拥堵问题？

这方面还有很多工作要做！首先，我们不要忘记，合并和数据分片是非常复杂的工作，目前有多个团队在致力于其中一项或兼顾这两项工作。而即便是在Rollup方面，仍然有一些非常有趣的问题有待探讨，以下仅是其中一些：

如何大规模地实现用户向Rollups的迁移或者从Rollups迁回至链上，这是一个很酷的概念。如果你有足够多的公共交通工具让你往返于Layer1(eth1)和Layer2(Rollps)之间，为何你还要自己开车往返呢？其中的经济机制是什么呢？

如果你想在临近的一条Rollup链做一些事情，因为该Rollup中有着一些你所在的Rollup中没有的酷东西，那你该怎么办？你是否必须从当前的Rollup撤回至Layer1上，然后再从Layer1转移至该临近的Rollup中？这似乎相当的不经济。

对于当前的链上操作来说，Rollups是一个巨大的带宽提升，这是毫无疑问的。但是，Rollups并不是用户所期望的无限高速公路。在Rollups中，仍然会有很多人想要做很多事情，且有时候是同时发生的！因此，Rollups将与生俱来地要应对拥堵问题，但与Layer1协议保护的拥堵市场(EIP-1559很快就会实施)不同，Rollups有着更大的设计空间可供探索。

说到拥堵问题，这是更特定于协议的，但我们还将看到EIP-1559扮演交通警察的角色，来规范每个数据分片上发布的数据量，以确保验证者能够处理这个数据量。如果你认为EIP-1559机制在一条链(eth1)上很酷，那么等到有64条分片链同时运行该机制时会更酷。那么，Rollups应该在哪里发布它们的数据呢？是将数据仅发布在单个分片上，使数据仅在该条分片上可获取？还是发布在多个分片上，从而受益于计划中的分片交错出块？其中，分片交错出块(shardstaggering)是Vitalik最近提出的想法，即所有分片轮流出块，这样Layer2项目(如Rollups)在发布数据时，距离一个新区块的时间间隔不会超过几百毫秒，这对于需要快速敲定的应用来说是理想选择，详见?。

撰文：BarnabéMonnot，以太坊基金会研究员

原文链接：

https://barnabe.substack.com/p/eth2

正文中涉及的链接：

:https://ethereum-magicians.org/t/a-rollup-centric-ethereum-roadmap/4698

:https://ethresear.ch/t/mass-migration-to-prevent-user-lockin-in-rollup/7701

:https://ethresear.ch/t/simple-approach-to-incentivizing-shard-staggering/9149

*本文首发于Unitimes?App*

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