風險提示:防範以"虛擬貨幣""區塊鏈"名義進行非法集資的風險。——銀保監會等五部門
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歐易研究院:以太坊2.0方案及進展研究報告
欧易OKX
特邀作者
2022-04-30 07:00
本文約6724字,閱讀全文需要約10分鐘
以太坊2.0的技術進展,方案,展望和風險。

前言:

前言:

合併"合併"合併"合併"前言:

合併

合併"合併"另外,以太坊2.0 核心開發者dapplion 在其社交賬號上表示,本週六將再次進行以太坊主網影子分叉測試。

共識層"執行層"和"共識層"合併"和"一級標題

二級標題

共識層

來替代。但改名未影響以太坊的既定的升級路線,因以太坊2.0 稱謂已深入人心,本文仍將沿用"以太坊2.0"一級標題

一級標題

二級標題"二級標題"1.1 路線規劃"以太坊成立至今牢牢佔據第一公鏈的位置,擁有著全球最大的開發者社群,DAPP 數量將其他公鏈遠遠甩在身後。但是即便是這樣首屈一指的地位,也並不意味著就可以高枕無憂了。定位於"世界計算機

寧靜

合併"合併"圖片描述

(以太坊升級的最新路線圖)

圖片描述Eth圖片描述

合併

1.2"合併"圖片描述

合併"合併"來臨

一級標題

二級標題

合併

合併

。將會把共識層(PoS 信標鏈)與執行層(PoW 原鏈)合併,並停止原鏈的PoW 部分,這次升級代表著以太坊正式切換到PoS 共識。

一級標題

以太坊2.0 方案模型圖中從上至下分別為:

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二級標題

1.PoW Main Chain 是原以太坊主網。在以太坊2.0 中,它將會作為信標鏈的一個分片繼續運行。

2.Beacon Chain 是信標鏈,它是整個以太坊2.0 系統的中樞部分。通過Casper 共識協調管理所有獨立並行的分片鏈,負責為分片鏈隨機分配驗證者,對整個系統的安全性起到至關重要的作用。通過交聯作為各分片的錨定點以實現跨分片通信,並追踪每條分片當前的狀態,為以太坊提供最終確定性保證。

3.Shard Chains 是分片鏈,以太坊2.0 是可擴展性的來源,目前規劃是建立64 條分片鏈,每一個分片都有一組驗證者委員會負責對區塊進行打包和驗證。它能在沒有提高節點硬件要求且沒降低去中心化程度的情況下,實現網絡性能和容量的大幅提升。

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二級標題

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2.2 關鍵解決方案

區塊鏈有一個著名的不可能三角問題,即區塊鏈系統無法同時在可擴展性、安全性、和去中心化程度這三項指標上做到最優,需要在這三者之間做一個取捨進行優化權衡。即使如BCH 對區塊大小進行擴容,效率提升的作用也很有限,EOS 通過DPoS 共識犧牲去中心化來保證性能,但隨之引來人們對安全的問題擔憂。種種解決方案並不能完美解決不可能三角問題,目前公鏈無論是在擴展性、交易效率還是安全性能等多個方面都無法滿足實際商業應用的需求。

通過共識機制PoW 轉PoS,降低節點門檻,支持更多用戶參與,解決去中心化問題;

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(以太坊2.0 解決不可能三角問題的具體方案,圖片來源於歐易研究院)

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(分片物理空間圖,圖片來源於TokenInsight《分片技術研究報告》)

2.2.2 解決去中心化問題——共識機制PoW 轉PoS

共識機制PoW 轉PoS——降低節點門檻,支持更多用戶參與

PoW 機制下,成為驗證節點的門檻較高,需要昂貴的專業礦機產生足夠的算力來和同行競爭。採用PoS 機制,以太坊可以有效降低驗證節點的准入門檻。任何用戶質押32 枚Eth 即有機會進入驗證者委員會,這由信標鏈隨機算法選出區塊驗證者和區塊提議者,不需要比拼算力。其中區塊提議者打包交易提議新區塊,另外的區塊驗證者檢驗新區塊,最終協作完成出塊過程,對比PoW 共識節點的工作大大簡化。"圖片描述"圖片描述

(節點出塊過程,圖片來源於歐易研究院)"2.2.3 解決安全性問題——信標鏈、Casper 共識機制"與普通區塊鏈不同,信標鍊是以Slot 和Epoch 而不是

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區塊

作為基本時間單位的。

Slot(時隙):未來在以太坊中每一個分片都有一個驗證區塊的驗證者委員會,驗證者委員會完成一次區塊確認的時間(當前為12 秒),分為區塊提議和區塊驗證兩個步驟。如果驗證者委員會內部能達成共識,該Slot 便能成功產生一個區塊,否則該Slot 就無法出塊,形成了一個

跳過

的Slot,所以鏈上的出塊速度並不確定。

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(Slot 和Epoch 圖示,圖片來源於《區塊的產出和確認》)

驗證者委員會是由信標鏈隨機選擇的一組驗證節點,負責見證信標鍊和各分片產生的區塊。信標鏈有其對應的委員會,每一個分片也各有一組驗證者委員會。委員會負責保證它們所在分片的安全性和完整性,並負責證明信標鏈上的分片狀態。

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在每一次Slot 中,信標鏈會在驗證者委員會中隨機為該鏈選出一位驗證者負責出塊,一定數量的其他驗證者則檢查該區塊並驗證正確性。到下一次出塊時,則再從委員會中隨機選出一個驗證節點提議生成區塊,同時換另一組不同的驗證節點驗證正確性。

在完成一個Epoch 的出塊和驗證任務後,信標鏈會將所有的驗證節點重新洗牌,給每一分片隨機選出下一個Epoch 的新的驗證者委員會。驗證節點的選舉過程在隨機數生成算法的幫助下,從根本上避免了驗證節點間的勾結串通,提高了協議的安全性。

跨分片通信,解決分片間雙花攻擊問題

雙花攻擊是指將同一筆資金分別發給兩個人或者多個人。在分片中也存在雙花問題,攻擊者完全可以嘗試將同一筆資金發送給不同分片中的帳戶來實施雙花攻擊,這就需要做好跨分片通信來避免雙花攻擊。

跨分片通信需要藉助信標鏈來完成,分片與信標鏈直接通信,信標鏈會同步更新所有分片的區塊頭作為驗證的信息,不同的分片就能通過信標鏈通信。當信標鏈區塊完成時,相應的分片區塊就被認為是最終確定的,而其餘分片則可依賴其進行跨分片交易。信標鏈作為樞紐能夠記錄所有分片的狀態和信息,避免出現雙花問題。"圖片描述"圖片描述"active"(跨分片通信過程,圖片來源於歐易研究院)

2)共識機制Casper——解決無利害攻擊、長程攻擊、簡單攻擊問題,以獎懲機制規範節點行為

Casper 是以太坊2.0 的核心共識協議,負責管理系統節點,對驗證者施行獎勵和懲罰。

長程攻擊指的是從創世區塊開始,創建一條比原主鏈還要長的鏈,並篡改交易歷史來代替原來的主鏈。簡單攻擊指的是分叉鏈在單位時間裡面盡可能多的創造區塊,以此來超過原主鍊長度所形成的攻擊。對比PoW,PoS 沒有兩次出塊之間強制延時的機制,攻擊者可以短時間內讓重寫歷史的鏈追趕上原本的主鏈,根據最長鏈原則來決定的話,很有可能出現真正的主鏈被篡位的情況。

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一級標題

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3.1 展望

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二級標題

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3.1 展望

3.1.1 奠定行業地位

二級標題

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3.2.1 落地風險

參考文章:

參考文章:

以太坊2.0 開發難度較大,雖然以太坊的框架已經確定了下來,但很多細節還在持續討論和修改中,存在落地風險。由架構圖可以看出,完成以太坊2.0 需要有幾個大的技術創新,實現智能合約分片與狀態分片本身就有極高設計與開發難度,除此之外還需要考慮與原鏈的過渡與兼容,更進一步的增加了實現難度。以太坊作為一個發展幾年的平台,代碼結構已經變得非常複雜,底層重則修改難,對於原有架構的修改牽一發則動全身,需要考慮很多因素。

3.2.2 競爭風險

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ETH