V神最新演讲:以太坊2.0到底是什么?

祝贺中本聪共识诞生 10 周年!今天我的演讲主题是以太坊 2.0,但我希望呈现的不仅是以太坊 2.0 在技术上的要点,还包括为什么我们需要推进以太坊升级,我们会做哪些升级,又经由哪些尝试走到今天。
那么,什么是以太坊 2.0 呢?
几年来,我们孜孜不倦地讨论和研究系统的一些特性,也在 App 开发上投入了大量精力,最终,它们汇集在一起,组成一个融洽的世界。这些特性包括权益证明算法, Casper;可扩展性,分片;虚拟机升级,EWASM;跨链合约上的强化;协议经济模型改进,以及非常多促成逻辑层分散化的改进。重要话题还真不少。我们做过哪些探索?
PoS:权益证明(PoS)的相关研究始于 2014 年。我在一月份发表的这篇博文(Slasher: Punitive Proof-of-Stake Algorithm)阐述了一个叫做罚没者(Slasher)的算法,引入了权益证明算法中最基础的概念:如果你违反协议并且被发现了,(这是可以被证明的),你就要接受惩罚;这一方法可以用来提升安全性。但在那时,正如你可以在幻灯片中看到的,我相信 Slasher 是一种非常有用的建构,可以让权益证明“挖矿”的武器库变得更充实,并为我们提供更强力的理由切换到权益证明。当然我们还没这么做。因此,在那时,要不要 PoS 当成我们的方向还未有定论。但随着时间推移,这一点变得清晰很多。

可扩展性:在 2014 年,首先,我们探讨了一系列有趣且重要的观念,比如“Proof of proof of work”,这是一种提升可扩展性的建议;“中心轮辐链模型”,让一条链成为中心,一系列的链成为附属,这其实就是一个非常早期的可扩展性和分片提议,尝试提高区域内交易的可扩展性,但并不能提高全局交易(即从某条链到另一条链)的可扩展性;“超级立方体模型(Hypercubes)”,立方体有 12个维度而不是 3 个,因此我们可以达到比中心轮辐模型更强的可扩展性。
现在,出于多个原因,这些观念都被抛弃了;不过,真的有人弄了一场浩大的 ICO 来开发它们,真高兴有人愿意尝试(观众笑)。存储租金:Rent 的观念其实是这样的:与其为使用存储空间收取一次性的高额费用,我们可以逐步收取费用。因此,以每天、每个区块或其它方式为计,一旦特定的存储空间被占满,你就需要为此支付一定的 ETH。这里写的是 EIP 103,但实际上应该是 EIP 35 才对,因为 35 才是 issue 号码。这是一个初步的想法,试图形成一个正式的概念。从那时开始,我们在如何才能最好地利用租金这一点上迭代了很多想法。
分片:上一年的 Devcon 上我演示了这种新的分片设计,就是保持主链不变,然后创建分片作为某种意义上的 Layer-2 系统挂载在现有的主链上,确认足够可靠之后再升级成为 Layer-1。

即将到来的 Serenity:那么就下来,我得说,即将到来的,不能被称为 Shasper。Serenity 即将启航!
Serenity 是什么?首先,Serenity 是继 Frontier、Homestead 以及 Metropolis 之后的第四个阶段。当然 Metropolis 被分为拜占庭(Byzantium)和君士坦丁堡(Constantinople)两个阶段,并且君士坦丁堡升级就快启动了。其次,它是我们在所有这些不同领域长达四年的研究的集大成者,包括 Casper(不仅是混合共识,还包括 100% 纯粹的 Casper)、分片、EWASM 以及所有这些协议研究的观念。
然后,这是一种新的区块链。从数据结构上来说是如此,但它会与当前的工作量证明区块链保持一定的联系。那么,比如,PoS 链可以感知到 PoW 链的区块哈希值,你可以将 Ether 从 PoW 链上转移到 PoS 链上。这是一套新系统,也是一套相互连接的系统,最长远的目标是:当这个新系统足够稳定的时候,所有现有区块链上的应用可以被存入新系统中某个分片上的合约,然后有一个用 EWASM 写成的 EVM 解释器。这一点还没有最终确定,但从当前来看,这差不多就是我们的路线图了。再次,Serenity 会成为世界计算机,而不是像 1999 年的智能手机一样,每秒只能处理 15 笔交易,勉强能玩一下贪吃蛇。最后,Serenity 仍会是去中心化的,我们还希望在一些维度上,它可以比现有的区块链更加去中心化。举个例子,作为一个信标链的验证者,(从当前来看)你的存储要求可能是小于 1GB,比起今天你需要 8GB 来存储状态,或是像网上的流言说的那样存储以太坊区块链需要 1.8TB,都会好很多。期望的阶段:Phase 0:权益证明的信标链。从某种角度来说,PoS 信标链是一个区块链仓库,存储着所有信息,但它自身是哑默的。在信标链上会有一些验证者(validator),这些验证者会运行 PoS 算法;它就像是介于测试网和主网之间的东西,它肯定不是测试链,因为你可以质押真正的 Ether 进去并获得真正的 Ether 奖励,但它也不是主链,因为上面没有应用,所以如果它崩溃了,人们也不会哭爹喊娘,不会像上海 DoS 攻击事件时那样痛哭流涕。Phase 1:作为数据链的分片链。这就是分片会有的角色。这是一个简化的版本,也就是说我们并不对状态做分片,而是对数据做分片;你可以把数据放到链上,然后尝试运行一个自己的状态执行引擎。实际上,最容易分片的就是数据。因此,如果你想要在区块链上做去中心化应用,现在你拥有了可扩展性,但并没有因此具备状态执行能力来开发智能合约应用以及所有那些非常复杂的东西。(译者注:此句应有疑义。在原文链接所附视频的第 23 分钟。)
Phase 2:支持 EWASM 的状态转换。这一点包括:支持虚拟机、支持账户、合约、分片间 Ether 转移,等等。
Phase 3 以及更远:不断迭代,加入新的技术。期望的特征

  • 纯粹的 PoS 共识。
  • 更快的同步确认时间(8-16 秒钟)。注意,因为信标链的分叉选择规则以及签名机制,信标链上的一次确认包括数百个验证者之间的消息传递,从概率学的角度来说,实际上等同于现有以太坊工作量证明区块链上的数百次确认。在消息同步传递的假设下,已经可以被视为将一个区块敲定。
  • 在同步确认的假设下,10 – 20 分钟达致经济确定性。

  • 通过 EWASM 实现更快的虚拟机执行。
  • 在理想状态下,达成 1000 倍的可扩展性。

后 Serenity 的创新强化隐私保护。我们已经做了大量的工作。比如,在拜占庭阶段,我们激活了椭圆曲线运算、椭圆曲线匹配的预编译。Barry White 做了非常棒的工作,用 Layer-2 来保护代币转移、投票、声誉系统中的隐私。这些工作都可以借用过来。跨分片交易。

  • 半隐私链(Semi-private chain)。其中的观念是,如果你想开发一些应用并让数据在一部分用户间保持私密状态,你仍然可以将所有的数据都放到公链上,只不过你是用加密形式放上去的,或者上传哈希值、零知识证明,都可以自己决定。
  • 权益证明上的创新。这是我们始终关切的一个事情。当 Casper CBC 在开销上足够经济时,也会加入到我们的路线图。
  • 在实现 Serenity 之后,我们准备将所有的东西都升级到 STARK。比如,将 STARK 用于签名聚合、验证纠删码(erasure code)来检查数据可用性,也许最终会用来检验状态执行的正确性。
  • 更强的跨分片交易形式。

  • 更快的单次确认。将确认时间从 8 秒降到更低。

中期的目标

  • 最终稳定化 Layer-1 的功能
  • 考虑使用 Issuance,以及费用……
  • 在人们希望协议层提供的保证(guarantee)和属性上能够得到越来越多的共识
  • 考虑治理问题


即将到来的更新
在最终发行之前,我们还会做哪些更新呢?首先,将协议层的详述定型。一直在关注 GitHub 上的 ethereum 和 2.0 主要规范、信标链规范等内容的人应该直到,协议层发展得非常快,但我们很快会将它们稳固下来。继续做开发和测试。现在以太坊 2.0 协议有 8 个实现正在开发。跨客户端测试网。一些人表明非常希望看到跨客户端测试网能在明年 1 月份跑起来。我当然也非常乐于看到,今年 8 月的时候我们已经看到了希望。在这里简单回顾一下以太坊 1.0 的开发历程。从白皮书提出概念到正式发布,中间隔了 19 个月,用了这么长时间的部分原因是在技术说明还没有定稿之前,我们便试图打造跨客户端的兼容性,我们是先后同意做测试、发布测试网、等待协议变更,同意发布新测试网,然后等待更多的协议变更,这样来来回回了 5 次。在这个事情中我们已经学到了教训,我们并不需要完全专注于跨客户端的兼容性,可以等到真正接近技术说明定稿时再说。我认为我们离发布技术说明的候选稿已经不远了,至少在不包括状态执行的部分中是如此。
最后是安全审计。在座哪些观众认为安全审计是重要的?(观众呼声)哪些观众认为安全审计不重要呢?(鸦雀无声)谁认为这个世界是被蜥蜴人(Lizardman)掌控的呢?(观众笑声)嗯,第三部分的人还笑了一秒钟呢,真棒(译者注:意思是相信世界被蜥蜴人掌控的,都比认为审计不重要的人多)。
最后就是发行啦。你们觉得发行不重要吗?(无人回应)嗯,那么在座哪位最喜欢的政治候选人是一个蜥蜴人呢?(观众大笑)
嗯,所以,发行就是我们期待已久并在过去四年中为之持续奋斗的里程碑。并且,我相信这一切不会太遥远。谢谢!
本文为 Vitalik 在 Devcon4 演讲的翻译稿。英文原文从录音中选择听写而出,译文或随之有不确定之处,敬请见谅。
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