Vitalik最新演讲：揭秘以太坊2.0重大升级！

作者：维塔利克； 翻译：Elisa、敏敏、阿健

祝贺中本聪共识十周年！

今天我演讲的主题是以太坊2.0，但我希望呈现的不仅仅是以太坊2.0的技术要点，还有为什么我们要推动以太坊升级，我们会做哪些升级，我们做了哪些尝试来获得到今天。

那么，什么是以太坊 2.0？

在过去的几年里，我们对系统的一些特性进行了不懈的探讨和研究，也在App开发上投入了大量的精力。 最后，他们走到一起，形成了一个和谐的世界。 这些功能包括权益证明算法 Casper； 可扩展性，分片； 虚拟机升级，EWASM； 跨链合约的改进； 改进的协议经济模型，以及有助于逻辑层去中心化的许多改进。 有很多重要的话题。

我们做了哪些探索？

1.权益证明

权益证明（PoS）的研究始于2014年，我在一月份发表的这篇博文（Slasher: Punitive Proof-of-Stake Algorithm）解释了一种叫做Slasher的算法，介绍了权益证明算法中最基本的概念：如果您违反协议，被发现，（可以证明），您将受到处罚； 此方法可用于提高安全性。 但当时，正如您在幻灯片中看到的那样，我相信 Slasher 是一个非常有用的结构，可以完善权益证明“挖矿”的武器库，并为我们提供更强有力的理由来切换到权益证明。 当然我们还没有这样做。

所以，当时还不清楚PoS到底该不该作为我们的方向。 但随着时间的推移，它变得更加清晰。

2.可扩展性

2014年，首先，我们探索了一系列有趣且重要的概念，比如“Proof of work”，这是一个提高可扩展性的提议； “轮辐链模型（Hub and spoke chains）”，以一条链为中心，一系列链为附属。 这实际上是一个非常早期的可扩展性和分片提议。 它试图提高区域内交易的可扩展性，但不能提高全局交易（即从一条链到另一条链）； “超立方体”，其中立方体有 12 个维度而不是 3 个维度，因此我们可以获得比中心辐射模型更大的可扩展性。

现在，由于多种原因，这些概念正在被放弃； 然而，有人真的做了一个巨大的 ICO 来开发它们，很高兴有人愿意尝试（观众笑）。

那么我们在 2014 年取得了正确的进展吗？

2014年进展

一些。 我们得到了一个概念，叫做“弱主观性（Weak Subjectivity）”，某种程度上，这是一个半形式化的安全模型，试图探索PoS保证金的没收条件，以及在什么条件下PoS是安全的。 同时，我们越来越确定安全性更强的 PoS 算法是存在的，所以点点币及其变种确实是有可能的。 我们也逐渐意识到，有一些可扩展性策略可以通过随机抽样与权益证明算法相结合，但我们不知道如何去做。

当时我们确定了一个路线图，Vinay Gupta 在 2015 年 3 月写了一篇很棒的博文，列出了当时以太坊路线图的 4 个主要阶段。 第一阶段：Frontier，这是我们启动项目的地方； 阶段 2：Homestead，从 alpha 到 beta； Mist 与用户界面交互并增强用户体验。 但从那以后，我们的注意力已经转移到实现更强大的密码学支持上，界面改进也成为并行目标。 第四阶段：Serenity，实现权益证明。 今后我愿意称它为以太坊2.0，当然我也不会拒绝用Shasper来指代它。 为避免混淆，我们也可以称其为“Serenity”。

2015-16：低点

然后，我们陷入了低谷：我们在解决 PoS、可扩展性方面的一些核心问题时遇到了一系列失败，Vlad 悄悄地暂停了他在 Casper CBC 中的所有工作。

我们得到的最有趣的概念之一是“Consensus by Bet”：参与者押注接下来会敲定哪个区块，一旦有人押注，他们押注的事实本身就成为其他人押注的基础。 人们下注的考虑因素。 这样，从某种意义上说，我们就产生了一个递归公式。 随着时间的推移，越来越多的人下注，最终确定哪个区块会越来越明显； 对数轮之后，大家将自己的权益全部投入，这样我们就实现了去资格化。 我们沿着这条思路走了很远，为它创建了一个完整的概念证明，你可以看到（在幻灯片上）确定过程、签名函数等等。 我的意思是，我们大部分时间都在这里度过，但随后整个想法停滞不前，主要是因为我们意识到哪种 BFT 启发的共识算法实际上可以安全地工作。

仓库出租

Rent的想法是这样的：与其对存储空间的使用收取一次性的高额费用，不如逐步收取。 因此，一旦某个存储空间被占满，你需要按日、按块或其他方式为其支付一定数量的ETH。 这里写的是EIP 103，其实应该是EIP 35，因为35是issue number。 这是一个初步的想法，试图形成一个正式的概念。 从那以后，我们反复讨论了如何最好地利用租金。

2015 年的可扩展性论文

这篇论文的目标是形成二次分片和超二次分片的概念，但是实在是太复杂了。 它将涉及一些非常复杂的升级游戏。 整个想法的灵感来自法律系统中升级的作用（我知道 Joseph 的哲学非常喜欢使用这个类比），但我正试图将其深入到底层。 它还包括“深度状态逆转”，这意味着如果真的出了问题，将来可以深度回滚大量状态。 这真的很复杂。

事实上，我们无法完全把握但正在逐渐接近的根本问题之一，就是所谓的“渔夫困境”。 这是分片研究中一个非常基本的概念，描述了扩展状态执行、扩展程序执行和扩展数据可用性之间的巨大差异。 基本问题是这样的：如果你想运行程序，你可以让人们承诺答案是什么，然后你可以使用挑战游戏，使用二进制搜索来确定哪一步谁错了（译者注：即就是，只跑一半的计算步骤，比较结果，找出双方哪一步出错了），确认事实后，就可以对答错的人进行惩罚。 而数据可用性的问题是：无论挑战游戏如何运作，你都可以作弊，因为你根本无法公开任何数据，直到机制检查你是否公开了数据，然后你只需要公开部分该机制检查的数据。 向上。

在许多可伸缩性算法中，这已被证明是一个非常重要的问题。 之前我也写过一篇博文讨论这个问题，你可以搜索A Note on Erasure Coding and Data Availability，里面有更多关于这个问题的细节。 这是阻碍我们进步的因素之一。 但即便如此，我们很高兴能推动以太坊向前发展，我们正在走自己的路！

那么，就出现了The DAO事件（众笑）。

没关系，没有别的。

等一下，嗯，又是“上海DoS攻击”（观众反应有点慢）。

总而言之，The DAO事件和DoS攻击终于耽误了很多人的事件和精力，甚至长达6个月之久。 但是，我们还在前进，EWASM在前进，虚拟机的研究在前进，我们也做了一个替代版本EVM1.5。 而大家也从多个角度对一个更好的区块链算法的形态有了更深入的认识。

锐意进取

然后我们很快取得了一系列重大进展。 在这段时间里，我们在许多不同的研究领域学到了东西：一些围绕权益证明，希望使我们的共识层更有效率； 一些围绕可扩展性，希望使我们的基础层共识可分片； 一些正在尝试提高虚拟机的效率； 有些是围绕账户抽象，让用户选择使用哪种签名方案，可以获得后量子时代的安全性，让隐私解决方案变得更简单； 和一个围绕协议层经济模型的。 当然，所有这些仍在增长。

卡斯帕FFG

在 2017 年初的某个时候，我们开发了一个名字不起眼的协议：Minimal Slashing Condition。 最小罚没条件改造了PBFT类型的传统拜占庭共识； 80 年代，Lamport、Shostak 等人。 创建了类似的材料，但我简化了算法并将其放在大多数区块链的上下文中。

基本概念如下： 一条区块链上会不断产生新的区块，通过不断的合并和观察，可以得到一个流水线版本的效率：在每一轮开始的时候，你会添加这一轮的数据，并在下一轮，人们可以确认其中的一些数据； 我们可以从中获得巨大的效率提升（区块的父区块被敲定）。

最开始是6个最小惩罚条件，后来我减到4个，一年后，我们不再合并prepare和commit。 这是 Casper Friendly Finality Gadget（FFG，友好的确定性小工具）。

碎片化

去年在 Devcon 上，我演示了这个新的分片设计，就是保持主链不变，然后创建一个分片作为某种意义上的 Layer-2 系统挂载到现有的主链上，确认就可以了可靠后升级到Layer-1。

卡斯珀加拿大广播公司

然后是 Vlad 的 Casper CBC ~ 论文。

卡斯帕 FFG POC

泰国时间2017年12月31日23:40，恰好我们当时在泰国，Casper FFG proof of concept就诞生了。 当时我们很想确定一个PoW/PoS混合共识的技术细节是什么样的，这个混合共识会用到Casper FFG的一些概念，和一些传统的拜占庭容错共识。 启发概念，并加载到现有的工作量证明链上。 这将是一种机制，使我们能够在对现有区块链的干扰最小的情况下快速转向混合共识，然后我们理论上能够升级到完整的权益证明。

我们在这条路上也走了很远，我们也做了一个Python测试客户端，使用不同的VPS、服务器和电脑通信进行测试。

锐器

同时，我们在分片方面取得了很大进展。 我们不断完善分片的技术细节，终于在 2018 年 3 月在台北组织了一次 group break。这里开始冒出很多想法，如何实现分片区块链似乎变得清晰起来。 是的，看起来更清楚了。

6 月，我们做出了一个非常艰难的决定，但我个人认为从长远来看，这是一个非常有益的决定。 我们发现：嘿，这里我们有几个团队正在实施混合权益证明，他们正在尝试将 Casper FFG 开发为现有链上的智能合约，并调整分叉选择规则； 另一边，有几个完全孤立的团队，会开发验证者或管理者合约（后更名为链上分片管理者合约），并在此基础上开发分片系统； 他们之间没有交流。 在分片方面，最终清楚的是，将分片系统的核心放在 PoS 链上会给我们带来更高的效率； 成为 PoW 链上的合约，我们将不得不处理 EVM 的开销，应对 Gas 机制，应对不可预测的 PoW 出块时间； PoS+分片可以带来一系列的好处，比如更快的出块时间。

然后我们意识到，为什么这里有一个团队在开发 PoS，而另一个 PoS 项目在那边呢？ 为什么我们要做重复性的工作？ 然后我们决定结合双方的工作。 这个决定对之前的很多作品宣判了死刑，但意义深远：我们将共同努力，制定相同的技术规范，相同的协议，我们可以同时让Casper PoS和分片相辅相成。

总而言之，与其在这里有一个目的，那里有另一个目的，然后试图弄清楚如何将两者结合起来，我们还不如在起点上多花一点时间，朝着一组证明——股权和分片区块链。

同时，我们花了很多时间讨论分叉选择规则，终于对分叉选择规则的理解越来越近； 虽然 GHOST 算法最初是为工作量证明而设计的，但由于一系列原因，我们重新提出了 proof of stake。

Justin 开始研究可验证延迟函数 (VDF)，我们在斯坦福大学有一个工作室，Justin 一直在与那里的许多研究人员合作。

我们还开发了更多关于如何实现抽象和租金的想法。 出于某些原因，我们决定将存储租金重命名为存储维护费。

在研究方面，我们在研究跨分片事务，比如csoss-shard-yanking，我们在概括传统分布式系统中的一些概念，并在异步跨分片环境中使用； 还有关于资源定价的论文，包括优化费用市场，如何收取存储维护费用，以及不同设计之间的权衡。 Casey 还写了这篇文章讨论同步假设下的跨分片交易。 当然，CBC的研究也延伸到了分片领域。 对了，这真的不叫瓦尔丁。 弗拉德非常讨厌这个词。 也有发展。 我们在以太坊 2.0 的开发中使用的策略是追求创造性的多客户端去中心化开发。 这不仅是因为我们有去中心化的追求，还有一个很实用的策略，就是赌其他团队不如你； 另外，上海事件让我们认识到，如果某个客户端出现问题，而其他客户端没有出现问题，整个网络可以运行得更好； 顺便说一下，这也让整个生态系统的发展减少了对基金会本身的依赖。

基金会实际开发的客户端是 Python 客户端，Python 在性能上有先天的局限性，这让人们有动力去运行 Prysmatic、Lighthouse、Status 和 Pegasus 等团队开发的客户端。

即将到来的宁静

所以下来，我得说，即将到来的，不能称为 Shasper。 宁静即将推出！

什么是宁静？

首先，Serenity是继Frontier、Homestead和Metropolis之后的第四个阶段。 当然大都会分为拜占庭和君士坦丁堡两个阶段，君士坦丁堡升级即将开启。

其次，这是我们在所有这些不同领域所做的四年研究的结晶，包括 Casper（不仅仅是混合共识，而是 100% 纯 Casper）、分片、EWASM 以及所有这些协议研究的概念。

那么，这是一种新型的区块链。 从数据结构上来说是这样，但是会和现在的工作量证明区块链保持一定的联系。 那么，比如PoS链可以感知PoW链的区块哈希值，你就可以将Ether从PoW链转移到PoS链上。 这是一个新的系统，一个相互关联的系统。 长期目标是：当新系统足够稳定时，所有现有的区块链应用都可以存储在新系统的某个分片上。 contract，然后是用EWASM写的EVM解释器。 这还没有最终确定，但在这一点上，这几乎是我们的路线图。

再说一次，Serenity 将成为一台世界计算机，而不是像 1999 年的智能手机那样，每秒只能处理 15 笔交易，勉强可以玩贪吃蛇。

Serenity最终还是会去中心化，我们也希望在某些维度上，它能够比现有的区块链更加去中心化。 例如，作为信标链的验证者，你的存储需求（目前）可能小于 1GB，相比之下你今天需要 8GB 来存储状态，或者像网上传言的那样存储以太坊区块链需要 1.8TB，这会好得多。

预期阶段

阶段 0：权益证明信标链。 从某种角度来看，PoS 信标链是一个存储所有信息的区块链仓库，但它本身是沉默的。 信标链上会有一些验证者，这些验证者会运行PoS算法； 它就像是测试网和主网之间的东西，它绝对不是测试链，因为你可以质押真正的以太币进去并获得真正的以太币奖励以太坊K线图，但它也不是主链，因为上面没有应用程序，所以如果它崩溃，人们不会像上海 DoS 攻击时那样哭泣。

第一阶段：分片链作为数据链。 这就是分片将要扮演的角色。 这是一个简化版本，这意味着我们不分片状态，而是分片数据； 你可以把数据放在链上，尝试运行你自己的状态执行引擎。 其实最容易分片的就是数据。 所以如果你想在区块链上做去中心化应用，现在你有可扩展性，但是你没有状态执行能力来开发智能合约应用和所有那些非常复杂的东西。 （译者注：这句话应该是可疑的，在原文链接所附视频的第23分钟。）

阶段 2：支持 EWASM 的状态转换。 这包括：支持虚拟机，支持账户、合约、分片之间的 Ether 传输等等。

第 3 阶段及以后：持续迭代，添加新技术。

期望的特征

后宁静创新

加强隐私保护。 我们做了很多工作。 例如，在拜占庭阶段，我们激活了椭圆曲线操作和椭圆曲线匹配的预编译。 Barry White 在使用 Layer-2 保护令牌传输、投票和声誉系统中的隐私方面做得很好。 这些工作都是可以借来的。

中期目标

即将更新

在最终版本发布之前，我们还会进行哪些其他更新？

首先，确定协议层的规范。 那些一直在 GitHub 上关注以太坊和 2.0 主要规范、信标链规范等的人应该知道协议层的发展非常快，但我们很快就会稳定它们。

继续做开发和测试。 目前正在开发以太坊 2.0 协议的八个实现。

跨客户端测试网。 一些人表达了他们非常希望看到明年 1 月运行跨客户端测试网。 当然，我也很高兴看到我们在今年八月份看到了希望。 下面简单回顾一下以太坊1.0的发展历程。

从白皮书提出概念到正式发布，中间间隔了19个月。 花费这么长时间的部分原因是我们试图在技术规范最终确定之前建立跨客户端兼容性。 我们同意测试并发布 Testnet，等待协议更改，同意启动新的 testnet，然后等待更多协议更改，来回 5 次。 我们在这件事上吸取了教训，我们不需要完全专注于跨客户端兼容性，我们可以等到我们真正接近完成技术规范。 我认为我们距离发布技术说明的候选者不会太远，至少在不包括国家执法的部分。

最后是安全审计。 听众中谁认为安全审计很重要？ （听众的声音）哪个听众认为安全审计不重要？ （沉默）谁认为世界是由蜥蜴人统治的？ （台下笑）嗯，第三部分的人笑了一秒，厉害。

终于发布了。 你认为分配不重要吗？ （没有回应）那么，你最喜欢的政治候选人中有哪一个是蜥蜴？ （观众笑）

好吧，这次发布是我们过去四年一直在等待和努力的里程碑。 而且，我相信它不会太远。 谢谢！

江湖问路，不问心以太坊K线图，问心，你能走几条路？

江湖远方，精彩无限

你只是出去打破世界

即使是艰苦的工作和崎岖的道路

欢迎来到阿布卡查