以太坊2.0將起航：你愿意花32 ETH上船駛向 PoS 新大陸嗎？_以太坊:Beacon ETH

一文說透以太坊2.0升級過程及參與方式。

撰文：李畫

對于以太坊，2019年會是重要的一年，因為按照計劃，以太坊2.0將要在今年起航，從PoW的舊大陸出發前往PoS的新大陸。

與此同時，以太坊1.0還會繼續存在并保持進化。以太坊1.0運行在原主鏈上，以太坊2.0運行在Beacon鏈上。

計劃中的航程估計要有兩年，直到2021年，在分片鏈能夠實現完整的功能后，1.0才會把以太坊的實際運行權交給2.0，自己則會退出歷史的主舞臺，作為2.0的一個分片或一個主存儲合約而存在。

以太坊2.0的Beacon鏈是如何運行的？ETH持有人如何從PoW鏈「跨」到Beacon鏈？以及，跨還是不跨？我們將在本文試著去探討。

讀懂Beacon鏈

先做個簡單的科普：Beacon鏈是一條全新的PoS區塊鏈，它是以太坊2.0的核心組件，卻不是以太坊2.0的全部。以下幾點可能是理解Beacon鏈的關鍵：

1.Beacon鏈是一條PoS鏈，運行以太坊的PoS協議Casper。

2.以太坊1.0就是指PoW的主鏈，但以太坊2.0包括Beacon鏈、分片鏈、虛擬機層三部分，其結構如下圖所示：

3.Beacon鏈是以太坊2.0的中樞，也是2.0的第一個和最重要的一個組件。如下圖所示，所有分片都會連接它并與它通信，Beacon鏈為分片鏈提供安全性和最終確認性。

Beacon鏈主要完成兩個功能：一是執行PoS共識，包括維護驗證者集合、選擇驗證者組成委員會、分配驗證者對分片塊進行提議或證明、對驗證者實施獎勵和處罰等等。它是驗證者參與質押系統并根據所押權益獲得收益的渠道，也是整個系統安全性的保障。

第二個功能是實現分片的通信。各分片都會將自己最新狀態的哈希存到Beacon鏈的區塊上，當Beacon鏈區塊完成時，相應的分片區塊就被認為是最終確定的，其它分片就可確信它們并與之跨分片交易。分片鏈與Beacon鏈通過「交聯」實現跨分片通信，從而將整個系統連接在一起。

富達的加密平臺將為機構客戶增加以太坊交易:金色財經報道，根據富達投資公司發出的一份備忘錄，富達數字資產的機構客戶將能夠從10月28日開始交易以太坊。(Coindesk)[2022/10/20 16:30:53]

4.Beacon鏈上沒有虛擬機，沒有智能合約，也無法處理交易；Beacon鏈不存儲現行以太坊區塊鏈上存儲的信息，它只存儲驗證者列表和Attestation。所謂的「Attestation」，是指經過確認并由驗證者簽名的哈希值，它們實時記錄著一個特定分片的狀態。

5.Beacon鏈與以太坊1.0的PoW鏈會彼此獨立地運行大約兩年。在以太坊2.0能夠實現完整的功能前，以太坊都運行在1.0上，Beacon鏈上的區塊沒有什么實際意義。

以上即是Beacon鏈的基本情況。為什么說Beacon鏈要到2021年才能正式運行以太坊？因為從以太坊的發展路線圖可知，到這一年以太坊2.0才能支持智能合約和資產轉移，實現可用性。

2021年前的以太坊2.0長什么樣？

在了解了Beacon鏈之后，讓我們簡要介紹一下從現在到2021年的以太坊2.0，會經歷的三個階段：階段0、階段、階段2。

階段0：啟動Beacon鏈

階段0專注于讓Beacon鏈上的驗證者運行起來。用戶可以在鏈上存入32個BETH成為驗證者，不過在該階段驗證者只管理Beacon鏈，此時沒有分片鏈。

Beacon鏈在早期會盡可能保持簡單的迭代設計，該階段不支持賬戶、資產轉移和智能合約。BETH僅能被驗證者使用，不能在鏈上轉移，也無法轉入交易所交易。

階段1：啟動分片鏈

階段1將加入分片鏈組件，實現Beacon鏈分片鏈。但該階段只是試運行分片結構，并不是真正的用分片實現擴展，Beacon鏈將分片鏈區塊視為沒有結構或含義的簡單比特集合。分片鏈此時依然沒有賬戶、資產和智能合約。

數據：以太坊gas費用自6月以來激增近2300%:10月30日消息，根據BitInfoCharts的數據，以太坊的平均交易費用飆升至51.45美元，自6月底以來增長了2293%。而就在7天前，以太坊的平均交易費用是22.52美元。本月以太坊的gas費用尤其波動。10月15日的平均費用為45.74美元，幾乎是本月1日23.79美元的兩倍。（Decrypt）[2021/10/31 6:22:22]

Beacon鏈將支持1024條分片鏈，每條鏈都有一組128個驗證者組成的委員會來驗證。Beacon鏈為每個分片在每個周期隨機選擇分片驗證者，分片驗證者通過「交聯」證明分片的內容和狀態。

需要指出，在階段0和階段1，以太坊1.0和以太坊2.0之間沒有數據流通，以太坊依然運行在PoW鏈。

階段2：啟動虛擬機層

階段2將加入虛擬機層，它是以太坊2.0的最后一個重要組件。實現Beacon鏈分片鏈虛擬機層的以太坊才是一個我們熟悉的完整的公鏈系統，以太坊2.0的可用性將在這個階段正式實現。

此時，智能合約被引入系統，資產也能夠在鏈上自由轉移；分片鏈從單純的數據標記器變成功能完整的區塊鏈，交聯操作支持跨分片的通信；一些最常用的開發工具也可能被移植到以太坊2.0，以支持EVM2。EVM2是以太坊新的虛擬機eWASM，基于WebAssembly，支持多種編程語言實現智能合約。

雖然以太坊的分片技術路線圖總共包括七個階段，但在進入到階段2后，以太坊就將從PoW鏈遷移到PoS鏈，從1.0時代真正進入到2.0時代。

32ETH的船票貴不貴

以太坊2.0中的新資產叫BETH，它有兩種生成途徑，一是由以太坊1.0中的ETH轉化而成，1ETH生成1BETH；二是在以太坊2.0中質押BETH參與Staking，作為驗證獎勵生成。

以太坊未確認交易為115,229筆:金色財經消息，據OKLink數據顯示，以太坊未確認交易115,229筆，當前全網算力為288.21TH/s，全網難度為3.82P，當前持幣地址為52,663,480個，同比增加167,562個，24h鏈上交易量為4,690,221.38ETH，當前平均出塊時間為13s。[2021/1/7 16:35:48]

由于在階段0，用戶可以在Beacon鏈存入32個BETH成為驗證者，姑且可以理解為花32ETH買張船票，跟隨以太坊前往以太坊2.0新大陸。問題是，你愿意上船嗎？

鑒于在階段2之前BETH是不能在賬戶間轉移和交易的，以太坊及其各種應用也依然運行在PoW鏈上，所以當Beacon鏈上線后，用戶會把ETH轉化為BETH的唯一原因是用BETH參與Staking，以獲得更多的BETH。

根據之前的資料，ETH與BETH之間的轉換是單向的，即只能通過合約用ETH生成BETH，而不能把BETH重新換為ETH。

這帶來的一個問題就是1枚BETH的價格上限為1ETH，BETH永遠不會比ETH更值錢，因為1ETH還包含了一個從ETH轉為BETH的權利；同時，轉為BETH還意味著為期兩年的鎖倉期。

不過以太坊創始人VitalikButerin最近在一次討論中提到了ETH與BETH雙向兌換的可能性，以太坊聯合創始人JoeLubin近日在接受采訪時也表示可能存在雙向機制。但雙向機制可能帶來一個新的問題：BETH通過Staking增發，但ETH不能參與這種增發，雙向兌換對以太坊1.0鏈上的資產是不利的。

以上兩種不同的方案會影響用戶把資產從ETH轉為BETH的動力，進而可能影響以太坊從1.0過渡到2.0的平穩性。用戶是否愿意把資產轉移到Beacon鏈這個問題會在階段2到來后變得嚴峻，以太坊采用的解決方案也許會在這兩年內根據情況不斷地調整和變化。

灰度以太坊信托基金現已完成發行份額拆分:據官方數據顯示，灰度現已完成以太坊信托基金發行份額的拆分。此次發行份額拆分按9比1的比例進行，拆分后灰度以太坊信托基金發行股份為285,269,400股，每股中的以太坊數量降至0.01030513枚ETH。[2020/12/19 15:45:37]

既然轉換方案未定，我們不妨先看看用戶遷移資產的另一種決定性的動力：抵押BETH參與Staking的收益。

至少在目前階段，用戶并不能通過加入權益池以任意數量的BETH參與進以太坊2.0的Staking，用戶只有在Beacon鏈上質押32BETH才可以獲得驗證者資格：用戶在當前的以太坊PoW主鏈上發送32ETH至一個注冊合約，合約會生成一個「驗證者委員會成員名片」，讓用戶成為以太坊2.0的驗證者。

BETH的質押回報率如下表所示，這是VitalikButerin今年4月發布在Github上的一份提案，并且已經被添加到以太坊2.0的規范中：

如果總共質押了100萬個BETH，系統每年最多可增發約18萬個BETH，質押最大年回報率為18.1%；如果質押1000萬個BETH，每年最多可增發約57萬個BETH，最大年回報率為5.72%；質押上限為1.34億個BETH，此時每年最多可增發約209萬個BETH，通脹率維持在2%以下，回報率為1.56%。

以太坊基金會研究員JustinDrake認為3000萬個BETH的質押是最有利于系統健康的，此時通脹率維持在1%，回報率為3.3%，假設每個分片每年平均消耗1000BETH的Gas，通脹率將降至0.5%，質押者的回報率將達到約5%。

這里有兩個指標可以用來做比較：一是如今以太坊上通過金融產品存入以太的回報率，二是Tezos與Cosmos等Staking項目的回報率。

行情 | 大量以太坊項目方選擇拋售 數量超往常近4倍:今日根據令牌大師微博分享圖片稱，以太坊近期持續下跌，大量項目方因此選擇拋售ETH。據統計8月27日至9月3日的這一周，已經拋售了將近進16萬個ETH，而在此前平均每周也只維持在近4萬左右，增長了近4倍。[2018/9/12]

驗證者需要投入的另一個成本是運營成本，但它似乎在可接受的范圍內。

Ethhub創始人EricConner在深挖以太坊2.0相關規范并同相關研究人員對話后，對驗證者年度運營成本的估計是：每個Beacon節點需要120美元，每增加一個驗證器，即每多質押32BETH時需增加60美元。

所以，從回報率的角度來看，用戶在階段2之前把ETH轉為BETH的動力可能主要取決于三個因素：參與Staking的BETH數量、ETH與BETH之間的轉換方式、32ETH的門檻。

不過無論32ETH的「船票」貴不貴，有兩類用戶可能都會在第一時間參與進以太坊2.0，他們為以太坊2.0的運行提供支撐，即使2.0還沒有正式運行以太坊：

一類用戶是區塊鏈生態的參與者，尤其是以太坊生態的參與者，投入32ETH是有價值的；一類用戶是以太坊一直以來的支持者，他們手中32ETH的「成本價」可能并沒有那么高，同時作為在未來也會長期持幣的用戶，用BETH參與Staking可以讓他們獲得更多的BETH。

如何保證PoS鏈的安全性？

Beacon鏈是PoS共識，如果用戶缺乏動力把ETH轉為BETH參與Staking，會不會影響以太坊2.0的安全性？

實際上，以太坊2.0通過機制設計保證了自身較高的安全門檻。

首先是懲罰機制。如果驗證者有惡意行為，比如同時給兩個區塊投票，其質押的代幣就會被罰沒。

如果以太坊2.0共識失敗，將意味著有1/3的活躍驗證者違反了消減條件，也就是說，一次成功的攻擊伴隨著的是質押代幣總量中的1/3被銷毀，這是攻擊者要付出的成本——不同于PoW，在PoS下「作案」是要把「作案工具」一并沒收的。

另一個，是Beacon鏈的「驗證者集-委員會-證明者」的區塊驗證方式：活躍的驗證者構成驗證者集，該集的一個隨機抽樣子集形成委員會，委員會中的證明者對區塊簽名驗證。

即使驗證者集中有超過1/3的驗證者是不誠實的，委員會被不誠實驗證者掌控的概率也很低，并且隨著委員會驗證者數量的增加，委員會被掌控的概率迅速降低。

假設我們有1000位驗證者，其中333位是不誠實的，當一個委員會由1名成員組成時，該委員會被不誠實驗證者掌控的概率是33.3%；當委員會由13名成員組成時，被掌控的概率則只有10%。

以太坊2.0在初始階段的委員會驗證者數量下限是128位，即使不誠實者控制了驗證者集中的1/3，攻擊成功的概率也不到萬億分之一。

以太坊2.0如何實現隨機性？

在有效的機制設計下，影響以太坊2.0安全運行的最重要的一個因素就是隨機性，Beacon鏈諸多協議的執行都是基于「隨機數」來完成的。因此，我們簡單介紹一下以太坊2.0中隨機性的來源。

以太坊2.0是通過RANDAOVDF來解決隨機性問題的。

RANDAO是一種生成隨機數的方式，它會內建在Beacon鏈的邏輯中，參與者各自獨立提供一個隨機數，RANDAO將這些隨機數相加得到一個新的數字，并把該數字作為隨機數輸出。

但RANDAO有一個缺點：最后一個公開隨機數的人是可以預測/操縱隨機數結果的。因為他知道前面全部的值，所以能夠通過自己出隨機數還是不出來影響最終的輸出。因此，我們需要在RANDAO之上加入VDF。

VDF簡化來講是指在輸入一個值后，需要運算很長的一段時間才能得出結果，但這個結果是可以輕易被驗證的。VDF把RANDAO產生出來的隨機數作為種子去生成新的隨機數，而系統使用的是VDF提供的新隨機數。

因為VDF隨機數的計算時間足夠長，最后一個公開隨機數的人是無法在自己提供隨機數的時間內計算出結果的，也就無法通過自己的行為來影響最終的隨機數。

RANDAO的周期是6.4分鐘，VDF的周期是102.4分鐘，因此以太坊2.0中會有16個VDF同時運行，為系統每隔6.4分鐘生成一個隨機數，Beacon鏈將以此為基礎完成自己的工作。

需要注意的是，區塊鏈上的隨機數問題是個難題，RANDAOVDF同樣也需要被進一步驗證。

做個勇敢的探索者

以太坊2.0客戶端Nimbus的測試網已經上線，它被稱作testnet0，運行了一條能夠在節點間同步信息的Beacon鏈，并且節點可以分布在遠程的設備上。

此版本設置了400個驗證者節點來維護網絡的運行，其中有50個驗證節點是留給「勇敢的探索者」的，任何人都可以加入。這里我們提供一條小貼士：如果遇到問題，可以在Status的#status-nimbus頻道進行詢問。

使用Go開發的以太坊2.0客戶端Prysm以及使用Rust開發的Lighthouse都即將發布測試網。如果一切順利，Beacon鏈，即階段0的以太坊2.0，會在今年年底上線，就如路線圖中規劃的一樣。

幾乎所有人都尊重和喜愛以太坊，但人們也會談到它的「歷史包袱」。如果說以太坊是一艘船，它似乎是一艘笨重的船，難以協調、行動遲緩。

但笨重的船也有它自己的優勢，它有更完備、更安全的基礎設施、它有更堅持、更徹底的分布式路線，如果把目光放長遠，這種船或許才是能承載更多生態、承擔更長旅程，最后到達未知大陸的船。

現在這艘船即將起航，海員招募就要開啟。你，要一起來嗎？

特別提示：

以太坊2.0具體執行方案可能隨時會有調整，本文僅做參考，請不斷關注最新消息。

以下英文文章大多來源于Medium，其中譯本大多出自「以太坊愛好者」。

參考文章：

1.《以太坊2.0：信標鏈》，Bruno?kvorc

2.《ETH2.0工程指南》，JamesPrestwich

3.《以太坊2.0協議核心Beacon鏈詳解》，BenEdgington

4.《V神提出的以太坊POS質押提案，到底合不合理？》，秦曉峰

5.《如何理解以太坊2.0的經濟激勵？》，EricConner

6.《以太坊2.0的設計目標》，BenEdgington

7.《以太坊2.0：隨機性》，BrunoSkvorc

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