Ethereum 2.0에 대한 종합적인 이해

拔丝地瓜

特邀专栏作者

2019-12-04 08:00 (UTC+8)

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이더리움 완전 복호화.

AI 요약

이더리움 완전 복호화.

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크립토 밸리 라이브 (ID: cryptovalley)

, 저자: sheinix@The Startup, 번역: Lisa Liu, Odaily의 승인을 받아 재인쇄됨.

이더리움 네트워크

2013년 초, BTC 프로그래머이자 BTC Magazine 발행인인 Vitalik Buterin은 "Ethereum" 백서를 발행했습니다. 이더리움의 목표는 결제를 넘어 블록체인 기술의 적용을 확장하는 것입니다.

이더리움은 범용 블록체인입니다. 다른 많은 블록체인과 마찬가지로 공개 소스이며 자체 통화인 Ether 또는 ETH가 있습니다. 범용 블록체인은 개발자가 스마트 계약을 생성하는 데 사용할 수 있는 프로그래밍 언어를 제공하는 분산형 플랫폼을 갖는 것을 의미합니다. 스마트 계약은 네트워크의 모든 노드에서 실행되므로 분산 응용 프로그램(DApp)을 개발할 수 있습니다. 이러한 Dapp은 변조 방지, 투명, 신뢰성 및 보안과 같은 블록체인 기술의 두드러진 특징을 계승합니다.

보조 제목

이더리움 프로그래밍 언어

Gas & ETH Price

Solidity는 복잡한 사용 사례를 개발할 수 있는 모든 기능을 갖춘 "Turing complete" 언어입니다. 반대로 BTC의 프로그래밍 언어 Scrypt는 설계상 "완전한 튜링"이 아닙니다. Solidity는 스마트 계약을 위한 가장 인기 있는 프로그래밍 언어이며 모든 개발자는 스마트 계약 개발을 시작하려는 경우 이를 연구해야 합니다.

Vyper는 이더리움 가상 머신("EVM")에서 실행되는 이더리움 팀이 만든 또 다른 프로그래밍 언어입니다. 스마트 계약을 작성하는 과정을 단순화하면서 읽기 쉽게 만들도록 설계되었습니다. Solidity와의 주요 차이점은 Vyper에는 일부 객체 지향 기능이 포함되어 있지 않아 개발자가 실수하고 버그를 도입할 여지가 적기 때문에 Vyper를 더 안전하게 만듭니다.

가스는 이더리움 네트워크에서 트랜잭션을 실행하는 비용의 측정 단위입니다. 스마트 계약이 트랜잭션을 실행할 때마다 가스가 소비됩니다. 이러한 가스는 트랜잭션이 실행될 때 스마트 계약에 입력되어야 합니다. Gas를 지불하는 방법은 ETH를 사용하는 것입니다.

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이더리움이 직면한 문제와 도전

Ethereum이 직면한 주요 문제는 확장성입니다. 이 네트워크는 "세계 컴퓨터"로 청구되지만 현재 초당 약 15건의 거래만 처리할 수 있는 반면 Visa와 같은 민간 기업은 초당 45,000건의 거래를 처리할 수 있습니다. 이더리움이 대량 채택을 달성하려면 해결해야 할 문제입니다.

또한 보안은 항상 이더리움의 큰 문제였습니다. 주로 일부 프로젝트의 열악한 개발 관행으로 인해 해킹 및 자금 손실이 발생합니다. Ethereum은 개발자에게 Solidity를 손상시키지 않으면서 스마트 계약에서 더 나은 보안을 제공하는 도구가 필요했습니다.

ETH의 가격과 Gas의 비용은 거래 프로세스를 너무 취약하게 만들어 어떤 경우에는 그럴 가치가 없습니다. 특히 이더리움 유효성 검사기의 경우 현재 노드 및 PoW 합의 알고리즘을 실행하기 위해 많은 전기를 소비해야 하며 그 과정에서 많은 보상을 받지 못합니다.

대중의 인식 부족과 열악한 DApp 사용자 경험은 향후 해결해야 할 문제이며 대규모 응용 프로그램을 구현하는 데 핵심입니다.

보조 제목

일반 대중은 플랫폼이 미숙하고 일반 대중이 기술에 대한 일반적인 이해가 부족하기 때문에 DApp을 채택하지 않았습니다. 그럼에도 불구하고 지난 1년 동안 게임, 도박 및 금융과 관련된 프로젝트가 빠르게 발전하고 좋은 사용자 기반을 확보했습니다.

source: stateofthedapps.com

이미지 설명

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Block #0 — Frontier

이더리움 개발 단계

Block #200,000 — Ice Age

이더리움의 개발 계획은 4단계로 나뉩니다. 각 단계는 더 많은 기능을 도입하고 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. 각 단계에는 이전 버전과 호환되지 않는 방식으로 기능과 기능을 변경하는 소위 "하드 포크"라고 하는 "하위 버전"도 포함됩니다.

Block #1,150,000 — Homestead

다음 일정은 Ethereum 개발의 원래 계획된 단계입니다.

Block #1,192,000 — DAO

2015년 7월 30일부터 2016년 3월까지 이더리움의 초기 개발 단계입니다.

Block #2,463,00 — Tangerine Whistle

아이스 에이지는 모든 것이 제자리에 있을 때 PoW에서 PoS로 원활하게 전환할 수 있도록 기하급수적으로 난이도를 높이는 "하드 포크"입니다.

Block #2,675,000 — Spurious Dragon

이더리움의 두 번째 단계는 2016년 3월에 시작되었습니다.

Block #4,370,000 — Metropolis Byzantium

악명 높은 DAO 사건. DAO 해킹 피해자들에게 보상을 해주고 이더리움과 이더리움 클래식을 두 개의 상반된 시스템으로 갈라지게 만든 하드포크였습니다.

Block #7,280,000 — Constantinople

특정 I/O 무거운 작업에 대한 가스 계산을 변경하고 이러한 작업의 낮은 가스 비용을 악용하는 DoS 공격 후 누적된 상태를 지우는 또 다른 하드 포크입니다.

Block #9,056,000 — Istanbul

이것은 2017년 10월에 시작된 이더리움 개발의 세 번째 단계입니다. 비잔티움은 메트로폴리스의 두 가지 주요 포크 중 첫 번째입니다.

Serenity — Ethereum 2.0

이것은 2019년 2월에 완료된 Metropolis 단계의 두 번째 하드 포크입니다. 하드포크에는 코드명 Petersburg라는 보안 문제를 해결하기 위한 다른 수정 사항도 포함되어 있습니다.

이것은 2019년 12월 4일에 활성화될 예정인 또 다른 하드 포크로, PoW에서 PoS 알고리즘으로 이동하기 위한 더 많은 보안 수정 및 인센티브가 포함됩니다.

보조 제목

세레니티는 이더리움 개발의 마지막 단계입니다. 이더리움 2.0 - 새로운 이더리움 블록체인, 완전한 PoS 통합, 새로운 이더리움 가상 머신 등 많은 세부적인 변경 사항을 소개합니다.
세레니티가 공개되는 시점에 대해 많은 논의와 소문이 있었습니다. 이 대규모 단계는 여러 하위 단계로 나뉩니다.
세레니티 로드맵
2단계: 새로운 이더리움 가상 머신 eWASM(2021)

이더리움 2.0

3단계: 지속적인 개선 지속적인 개발(2022)

보조 제목
이더리움 2.0
"Ethereum 2.0"이라는 용어는 Ethereum을 더 확장 가능하고 빠르게 하며 블록체인의 상태를 더 좋게 만드는 Serenity의 모든 업데이트를 설명합니다. 이더리움 연구원 Danny Ryan이 말했듯이 이더리움 2.0의 주요 설계 목표는 다음과 같습니다.
시스템 복원력: 노드가 대규모로 다운되거나 전체 네트워크가 분할 및 해체되는 경우에도 시스템이 정상적으로 실행되도록 하는 것이 목표입니다.
보안: 목표는 가능한 한 많은 검증 노드가 단위 시간당 검증에 완전히 참여할 수 있도록 암호화 및 설계 메커니즘을 사용하는 것입니다.

지속성: 시스템에 대한 양자 안전 구성 요소를 선택하십시오. 구성 요소가 한동안 양자 안전을 보장할 수 없는 경우 쉽게 교체할 수 있는 구성 요소를 선택하십시오. 미래에 양자 안전 구성 요소가 있으면 이러한 임시 구성 요소를 양자 안전 구성 요소로 쉽게 교체할 수 있습니다.

탈중앙화: 목표는 일반 랩톱이 O(C)의 복잡성을 가진 리소스로 O(1)의 복잡성을 가진 샤딩 작업을 처리/검증할 수 있도록 하는 것입니다(비콘 체인 검증과 같은 시스템 수준 검증 포함). 이렇게 하면 더 많은 저사양 장치가 네트워크에 참여할 수 있습니다.

이 모든 것이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 각 Serenity 단계의 세부 사항을 살펴보겠습니다.

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0단계: 비콘 체인 비콘 체인

비콘 체인은 이더리움 블록체인과 별개의 블록체인이 될 것입니다. 이 새로운 체인에는 주요 작업 증명(PoW) 이더리움 블록체인과 병렬로 실행되는 지분 증명(PoS) 합의 알고리즘이 있습니다. 처음에는 단순성을 위해 블록체인이 스마트 계약이나 계정을 지원하지 않았습니다.

작성 당시 이더리움은 비트코인에서 사용하는 것과 매우 유사한 "작업 증명"(PoW) 합의 알고리즘을 사용하고 있습니다. 이더리움에서 이 알고리즘의 이름은 Ethash입니다. Beacon Chain에서 Casper라는 새로운 PoS 알고리즘을 보게 될 것입니다. Ethash를 Casper로 교체하려는 계획은 지난 몇 년 동안 여러 번 지연되어 어려움을 완화하고 PoW 강제 퇴출을 지연시키기 위해 약간의 개입이 필요했습니다. 이제 드디어 비콘 체인이 생겼습니다.

PoS 합의 메커니즘에 따르면 블록체인은 일련의 확인을 추적하며 블록체인의 기본 디지털 자산(이 경우 Ether)을 보유한 사람은 누구나 특정 유형의 트랜잭션을 전송하여 이더를 예금 확인에 잠그는 방식으로 추적할 수 있습니다. . 유효성 검사기는 번갈아 가며 다음 유효한 블록에 대해 제안하고 투표합니다. 유효성 검사기 투표의 가중치는 보증금(지분)의 크기에 따라 다릅니다. 대부분의 유효성 검사기가 자신이 만든 블록을 거부하면 유효성 검사기는 예치금을 잃을 위험이 있습니다. 대신 유효성 검사기는 다수가 수락한 각 블록에 대한 지분에 비례하는 작은 보상을 받습니다. 따라서 PoS는 검증자가 정직하게 행동하고 보상 및 처벌 시스템을 통해 합의 규칙을 준수하도록 합니다.

ETH2: 새로운 이더

1단계의 또 다른 특징은 새로운 비콘 체인에서 검증된 새로운 자산인 ETH2의 도입입니다. 이 새로운 ETH2는 비콘 체인에서 거래를 검증한 것에 대한 보상으로 생성될 것이며 모든 ETH1이 그것을 살 수 있습니다. 처음에는 ETH2를 비콘 체인에서 빼낼 방법이 없었습니다. 누군가 새 체인의 검증자가 되려면 원래 체인을 스테이킹하기 위해 최소 32 ETH가 필요합니다.

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1단계: 샤드 체인

샤딩은 트랜잭션이 병렬로 발생할 수 있도록 하는 확장성 기술입니다. 이는 네트워크를 샤드로 나누어 네트워크가 동시에 많은 트랜잭션을 처리할 수 있도록 하여 트랜잭션을 확장하는 데 도움이 됩니다.

Vitalik Buterin은 "파편화"에 대해 다음과 같은 견해를 표명했습니다.

샤딩은 초기 크기가 약 100인 비콘 체인에 도입됩니다. 유효성 검사기는 자체 샤드에서 트랜잭션을 검증하고 첫 번째 단계에서는 스마트 계약, 계정 또는 자산을 승인하지 않습니다.

샤딩은 더 많은 확장성을 제공하지만 고려해야 할 몇 가지 불만 사항이 있습니다. 유효성 검사기는 유효성을 검사할 작은 트랜잭션 풀을 가지고 있으며 전체 네트워크가 아닌 컴퓨팅 성능(또는 지분)의 51%만 필요하기 때문에 51% 공격이 더 쉬워집니다.

이 기술은 또한 각 샤드가 소수의 검증자 세트에 의해 검증될 수 있으므로 더 큰 중앙 집중화로 이어질 수 있습니다. 이 단계가 어떻게 구현되는지 보는 것은 매우 흥미로울 것입니다. 중앙 집중화 및 위험 공격을 피하기 위해 모든 유효성 검사기가 무작위로 선택되도록 철저한 테스트가 여전히 필요하기 때문입니다.

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2단계: 새로운 이더리움 가상 머신 eWASM

EVM이란 무엇입니까?

이더리움 시스템의 모든 노드는 블록체인에서 최종 트랜잭션을 실행하기 위해 스마트 계약을 실행해야 합니다. EVM(Ethereum Virtual Machine)을 통해 이러한 스마트 계약을 실행할 수 있습니다.

EVM은 이더리움 네트워크의 핵심이자 스마트 계약 배포 및 실행의 핵심입니다. 각각 고유한 영구 데이터 저장소가 있는 수백만 개의 실행 가능한 개체를 포함하는 전 세계적으로 분산된 컴퓨터로 생각할 수 있습니다. 기술적으로 이것은 기계어 명령의 스택 기반 실행입니다. 스마트 계약은 Solidity와 같은 "고급" 언어로 작성되고 EVM에서 실행하기 위해 바이트코드로 컴파일됩니다.

현재 EVM의 주요 문제점 중 하나는 트랜잭션을 순차적으로 처리한다는 것입니다. PoS와 샤딩의 변화로 트랜잭션을 병렬로 처리해야 하는데 현재 EVM은 이에 적합하지 않습니다.

새로운 EVM

새로운 EVM은 Ethereum WebAssembly를 나타내는 eWASM이라고 합니다. WebAssembly는 실행 가능한 프로그램을 위한 이식 가능한 이진 코드 형식을 정의하는 개방형 표준입니다. EVM을 위한 이 새로운 아키텍처는 더 나은 성능을 제공하고 잠재적으로 새로운 블록체인에서 스마트 계약, 계정, 상태 등을 지원할 것입니다. eWASM의 개발은 현재 매우 초기 단계에 있으며 2021년에 출시될 예정입니다. 현재로서는 아직 많은 연구가 필요합니다.

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3단계: 지속적인 개선 지속적인 개선
"지속적인 개선"은 이전 단계의 모든 향후 변경 사항, 수정 사항 및 개선 사항을 포함하는 코드 이름입니다. 안타깝게도 이 단계에 대한 정보는 원래 2022년에 출시될 예정이었기 때문에 사용할 수 있는 정보가 많지 않습니다. 우리가 알고 있는 것은 다음과 같은 기술이 구현될 것이라는 것입니다.
경량 클라이언트;