ETH 2.0升级番外篇! 以太坊如何硬刚不可能三角

本篇说说以太坊2.0要如何硬刚不可能三角。

1.0时代的以太坊，面临着能源消耗大、可扩展性、低算力越来越集中的网络威胁、以及高性能公链对手不断侵蚀市场的问题，以太坊只有进行扩容升级，才能维持以太坊在公链中的霸主地位，因此以太坊希望通过共识机制PoW转PoS，降低节点门槛脱离矿机挖矿解决算力中心化问题，通过分片和Rollup提升网络性能和容量解决性能问题，通过信标链和Casper共识机制解决由分片和PoS引入的安全性问题。

PoW 机制下，挖矿的门槛较高，需要昂贵的专业矿机来产生足够的算力去和同行竞争。挖矿就得买显卡矿机，然后还得进矿池，不仅需要资金投入，还需要矿机维护其他时间成本投入。但是PoS就不一样了，任何用户质押32枚ETH就可以参与挖矿了，意思就是，大家不用买矿机就能参与挖矿。

有人诟病起步质押32个ETH就已经让人望而却步，但是满大街都是降低门槛的Staking工具。采用了 PoS 机制之后，以太坊有效降低了成为验证节点的门槛，由信标链随机算法选出区块验证者和区块提议者，其中区块提议者打包交易，提议新区块，另外就是区块验证者，检验新区块，最后协作完成出块过程。

这样对比， PoW 大大简化了共识节点的工作，如此一来，以太坊网络节点不需要矿机这一门槛，参与验证的节点也就会越来越多，以太坊网络也更加去中心化和分散，面临攻击时将会更加安全，同时也解决了 PoW 需要大量算力，造成资源浪费的问题。

目前看来，分片是区块链扩容最佳方案，不需要提升硬件，不用降低去中心化程度，就能大幅提升网络性能和容量，实际上，分片是把公链网络中的所有节点分组，每个分组就是一个分片，如此一来，把数据放在 64 条分片链上进行处理，极大地提高了 TPS 处理速度，在以太坊团队看来，Rollup将成为以太坊扩展的关键要素，他们计划让升级后的以太坊，成为一个强大的结算和数据层，在分片链上线后，会结合 Layer2 和 Rollups技术，理论上ETH的TPS的上限可以超过每秒10万笔。

关于安全，就先说说最基础的51%攻击，在PoW时代，你想要攻击以太坊网络成本其实就是几天的电费和显卡折旧，因为理论上你可以买到足够多的矿机，然后用足够多的算力来攻击网络，搞完收工卖机器，成本可控。但是PoS时代，你想攻击网络你所抵押的ETH就会被罚没，攻击成本超级高。所以说，攻击PoW是临时投入，攻击PoS是永久支出。其实对于以太坊这种级别的项目来说，全网络的51%攻击只是理论上的风险，无论是PoW中掌握51%的矿机算力，还是PoS上拥有51%的质押代币，那都是难如上青天的事情，不过，分片和 PoS 共识机制的引入，为以太坊增加了新的安全性挑战，比如由分片导致的单分片 51% 攻击，分片间双花攻击，以及 PoS 共识机制导致的无利害攻击，以太坊早已经设想过并给出了解决方案，以太坊会通过信标链和 Casper 共识机制，来避免这两类风险，解决安全性问题。

打个比方，分片系统是以太坊的朝廷六部，信标链就是东厂，势力滔天，可以看作整个分片系统的中枢，各个分片部门只能通过信标东厂才能跨片通信，如此来防范双花攻击，但是信标链和魏忠贤不一样，他一心为了以太坊，信标链靠着强大的锦衣卫体系，将随机分配验证者到不同的分片部门，避免了验证节点之间相互串通结党营私，防范恶意矿工间谍，在薄弱的单一分片部门里，集中力量搞事情，防止特定分片被单独攻击，从而殃及整个网络，在 POS 机制下，信标链将会根据币龄随机分配验证节点，负责提议区块并需要，通过三分之二网络节点的验证投票后才可出块，在极端情况下协议还会启动紧急状态来解决无法出块的情况。

信标链是以“插槽Slot”和“周期Epoch”作为基本时间单位来出块的，而不是用区块这种传统方式 ，每个插槽Slot是12秒，轮流换节点矿工，来参与LMD GHOST投验证链的票，最后选出拥有最多投票的分叉链，将被认为是权威链、最长链，并且提议出块，从而防止长程攻击的出现，并且由一组至少128个验证者组成的委员会，来进行FFG投票验证区块，验证矿工提议出的块是否安全、完整，甚至可能会轮空不出块，以实现出块速度的不确定性。

另外，每个周期Epoch，也就是32个插槽Slot 6.4分钟会重新洗牌节点矿工，而且会把每个周期Epoch的最后一个插槽Slot，作为检查点进行奖罚处理，再给每一个分片随机选出下一轮新的验证者委员会。记住这两个关键的投票分别是什么，LMD GHOST是验证链的票，FFG投票是验证区块的票。

Casper是以太坊 2.0 的核心共识协议，对验证者施行奖励和惩罚，不过别担心，以太坊不是FIL这种超级资金盘，不会平白无故的牺牲你的利益，由于 PoS 存在”无利害攻击”问题，意思就是恶意的节点验证者可能把自己的一大堆币质押在分叉链上推动硬分叉，因此呢，以太坊2.0的规则中，持币者需要向信标链，抵押 32个ETH申请成为节点，当被标记为激活状态了，你才代表一个节点，作为矿工运行协议开始挖矿，当你作为验证节点就背负了责任，不仅要负责出块和验证区块，还要进行验证区块和链的两种投票，如果投票与大多数验证者一致时就会根据你质押的数量多少，发放一定数量的ETH作为奖励。所以当了节点还得乖乖地投票干活，否则，就会被罚款或者是被开除，就跟在美团送外卖一样，你得自己花钱买电驴买制服，如果乱搞事情会罚款，还可能被开除一个道理，赏罚分明。如果出工不出力，不投FFG选区块票，那就会罚掉奖金的四分之三，不投LMD GHOST选分叉链的票，那就一分钱你都拿不到了。关于“消减”的处罚很难解释，用最简单的话来说，当你双重提议或者双重投票给两个冲突的区块，想搞双花共计，当你投假票来推动硬分叉，进行长程攻击，那就直接罚你，一上来先把你质押的以太坊 ，先扣去0.5个也就是1/64 ，接下来36天里天天罚你，第18天还会暴击处罚，最多有可能把你32个ETH全罚光，等36天到期了，你还有可能会被强制从网络中移除，这辈子都不可能在以太坊上面挖矿了。

如此一来，我们有理由想象以太坊可以通过共识机制 PoW 转 PoS实现降低节点门槛，脱离矿机挖矿解决算力集中化问题；通过分片和Rollup提升网络性能和容量解决性能问题；通过信标链和 Casper 共识机制解决由分片和 PoS 引入的安全性问题，从而在不可能三角中找到一个相对平衡、可靠的解决方案。

B站视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1qV4y1K7nm/?