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以太坊2.0如何解决传统区块链问题？分片、权益证明和新合约虚拟机是关键

2025-06-11 15:04 loading...

以太坊 2.0 是如何解决的？

以太坊 2.0 解决传统的区块链不可能三角问题有三个主要手段，一是分片，二是权益证明共识算法，三是新的合约虚拟机。

这几个词是什么意思？

分片是一种方法，这种方法是在多个服务器之间拆分数据库，也就是对数据库进行分区。这就如同计算机在一个磁盘上有多个分区，不过数据仍保留在同一磁盘上。区块链也应该在保证一致性的前提下，被分为多个分区。而且每一个“分片”的安全性要和整个系统的安全性一样高。

权益证明共识算法里，不再有靠大量能源挖矿、组装区块数据的矿工了。权益抵押者们（Stakers）取代了他们，这些节点要证明自己拥有一定数量的以太币（译者注：使用以太币进行抵押）。这一算法不仅能源效率更高，还能确保交易确认与共识更快完成，且最大程度保证了这些验证者的去中心化。以太坊开发人员多年来一直努力完善共识过程，期望此过程能迅速达成交易共识，还要确保抵押者遵守规则以防节点作恶，有了权益证明，以太坊上交易几秒内就能完成确认，且该链能抵御51％攻击。

最后，新的虚拟机可让开发人员创建自身的执行环境，这一设计能把其他区块链（如BTC或Zcash）的规则引入到分片上，所以以太坊能够成为不同区块链的通用构造。

这三个目标中的每一个都是难题，目前没有可用的区块链分片，许多聪明人在争论权益证明算法是否真正有效，以太坊开发人员着手解决区块链开发的若干挑战，创造了一个架构，该架构保留了区块链开发的核心约束，包含了对应的折衷方案。

阶段 0：信标链（Beacon Chain）

以太坊 2.0 有个核心，那就是信标链。新创造了一条链，这条新链最初能够协调多达 64 个分片链。Chromatic Capital 把它描述成整个以太坊 2.0 网络里的“命令和控制中心”。

Casper（以太坊 2.0 的权益证明协议）由信标链管理，它记录验证者及其抵押的以太币数量，随机选择区块的验证者，为他们随机分配一个分片链，其共识规则是对不诚实、作恶的验证者执行制裁，还充当不同分片之间的链接。

以太坊2.0的验证者们由PoS算法票选产生，也就是说，是用户用他们的以太币（即“证明”）投票选出的。当分片链中的某个块收集到足够多的此类证明后，会在信标链上收到所谓的交叉链接。从这一刻起，该区块已“完成共识”，这表明这一区块无法被撤销和回滚。分片链上的区块安全性，和信标链（也就是主链）上的一样。该过程为Ripple的共识算法，以及IOTA的未来计划，隐约提供了思路，网络上的节点，会以某种方式在区块上投票。

验证者们会获得 ETH2 代币，这是对他们工作的奖励。ETH2 是信标链上的原生代币。从长远看，它将取代当前的以太币。它会在不受固定限制的情况下进行分配，以此确保从长远看该链的安全性。

信标链大概会在2020年第二季度或者第三季度启动，这会开启以太坊向阶段0过渡的阶段，该阶段能够运行一个信标客户端，还会把目前的以太币（现称作ETH1）转移到信标链上，并且在此过程中将它们转换为ETH2。这是一个单向的过程，在这个过程中，ETH1 只能转换为 ETH2，而 ETH2 不能转换为 ETH1，所以 ETH1 被有效地销毁掉了。

因此，如果阶段0成功完成，该阶段会出现两条以太坊区块链，一条是eth1，即当前链，另一条是eth2。对于用户而言，此时eth2没有任何意义，原因是尚无分片链连接到它。它可以被形容为没有身体的骨架，也可以说像是还没有形成房屋的建筑脚手架。

阶段 1：分片链

预计在2021年，第一条分片链将会启动，这些分片最初会以原始格式存储数据，它们无法依据某些共识规则处理数据，甚至无法显示用户或地址的帐户余额，它们仅用作测试分片架构的实验室，也可能被用作数据存储以帮助DApp更好地进行扩展。

信标链在阶段1有工作重点，在这一阶段，它开始通过交叉链接引用分片的状态，最终对它们进行共识处理，现在，人们可把它看作是一个区块链，其他分片链此时仍不起作用，在绕着它旋转时与它连接着。

对于这一阶段，或许没太多可说的。这一阶段会包含无数细节，会有诸多讨论，会有大大小小的更新，这些都助力以太坊抵达此阶段。建立并运行新的权益证明系统是个巨大挑战。建立一个能充当各种数据链控制中心的链也是个巨大挑战。

在这一阶段，eth1链会并行存在，eth2链也会并行存在。从第二阶段开始，后续阶段会变得十分令人兴奋。

阶段 2：实现愿景

根据以太坊路线图，这一阶段要达成“以太坊 2.0 的真正愿景”，分片链会进行交易处理，从这一阶段起，ETH 2.0 网络能开展实际应用，在项目后续进程中，还将在分片上激活智能合约。然后上述新的执行环境会生效，在这一环境上，允许在分片上激活自定义规则，比如模拟其他区块链，像比特币，Zcash或者ETH 1.0 。

Chromatic Capitals对此解释得很好：“如同ETH 1.0从比特币的设计中提取出来，随后在区块链上达成了智能合约，ETH 2.0同样会提取ETH 1.0，进而重新界定区块链计算的本质。”第二阶段整合了所有链的功能。分片链以前是纯数据存储，现在正变成结构化链，它将智能合约的状态与共识过程联系起来。开发人员能够在一个分片上实现他们的DApp，以太坊成为由信标链控制的多链系统。

第二阶段预计在2021年末开始，也可能在2022年初开始。按照以太坊路线图，第二阶段有许多部分，比如执行环境的概念化，“仍在深入研究和开发中” 。

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