一文速览以太坊的最新进展：合并、上海升级、数据分片

撰文：Trent Van Epps，以太坊基金会成员

修改：南风

以太坊是一个正在阅历严重改变的协议。从中期来看，咱们正在推进以太坊协议的晋级，然后使其能够得以扩展并满足不断增加的全球需求，一同也改善以太坊网络的安全性和去中心化。这是一条绵长而曲折的路途，但以太坊「集市」中的研讨者和开发者们比以往任何时分都愈加活泼。

在阅览下文之前，请记住本文并不是一个“官方”的路线图，只是对以太坊现状的有限且片面的观点。

01. 命名现已改变

时刻线→ 进行中

让咱们首先来谈谈咱们在以太坊领域中的命名。尽管从这个方面开始好像有些奇怪，但要知道的是，以太坊的命名框架是由其开展路线图来决议的。下面是最近流行的术语改变的两个比如，以及这种命名改变背面的原因。

履行 & 一致

不管出于何种目的，“Eth1”和“Eth2”这两个术语现已不再用于以太坊的中心开发中，可拜见 Tim Beiko 编撰的《Great Renaming》文档：

https://notes.ethereum.org/@timbeiko/great-renaming

这两个旧的命名办法表达了两个意义，即“Eth1在前，Eth2在后”和“Eth2诞生之后，Eth1就不复存在”。自 2020 年 10 月开始，以太坊中心研讨者 Danny Ryan 就指出了这个问题。尽管 PoS 信标链自 2020 年 12 月初发动以来一向与当时的 PoW 以太坊主网并行运转，但运用 Eth1 和 Eth2 这两个术语会暗示当时的 PoW 以太坊在某种程度上现已消失了。实际上，当时以太坊主网上的链状况将会在兼并产生之后无缝地与信标链结合。

不会有任何数据会被丢掉，不需求进行任何迁移。

咱们现已转向运用“履行”(Execution) 和“一致”(Consensus)，而不再运用“Eth1”和“Eth2”这两个术语。我引荐你阅览 Dany Ryan 的这篇深化论述的文章：

https://blog.ethereum.org/2021/01/20/the-state-of-eth2-january-2021/

简而言之，“履行”指的是用户层的一切东西，包括应用程序、账户余额、代币等，这也能够被称为“状况”(state)。“一致”便是指将一切这些东西绑在一同的 PoS 一致机制，包括事务 (买卖) 的最终性 (finality)、分叉选择规则、验证者和激励机制。

在兼并之后的环境中，履行层和一致层将一同共存。

“特性”，而非“阶段”

咱们摒弃的另一个术语是“阶段”(Phases)。在过去，这是指一个特定的协议改变，比如“阶段0是指信标链”。

上一年晚些时分，咱们开始了非正式地、渐进地将“阶段”重构为“特性”(features)。首先，运用详细的“特性”来命名会愈加灵敏：当协议的规划更新或许规模扩大/缩小时，比较于直接运用该特性提案的称号来命名，运用“阶段X”的简写要更难以传达这些改变。

其次，“阶段”一词暗示了次序性：“阶段X”之后有必要是“阶段X+1”。这种命名办法行不通的一个很好的比如便是，当时正在进行中的「兼并」(之前被称为“阶段1.5”) 的优先级要高于「数据分片」(之前被称为“阶段1”)。

倾向于运用详细的“特性”来命名意味着这些命名能够在需求时很简单从头排序，并更清楚地传达它们的最终影响。

认知的灵敏性

更抽象地说，我倾向于以为上述两种改变都是基于认知的灵敏性。换句话说，这是知识形成的一种灵敏办法，让咱们的社区更好地理解以太坊「集市」中诞生出的非结构化创造力。

咱们之所以能够依据路线图来做出自习惯的决议计划，是因为咱们不拘泥于阶段或次序。承认并内化咱们没有完整的路线图是一种谦卑。这是以太坊哲学的重要组成部分，我很高兴看到它扎根于此。

更广泛的以太坊社区或许需求一段时刻来习惯新的命名标准，但咱们会习惯的！提前感谢你帮助咱们完成这一重要的努力 🙂

02. 兼并

时刻线→ 5-8 个月

已然咱们现已评论了命名的改变，让咱们评论下一个令人兴奋的以太坊特性：兼并。兼并指的是以太坊一致机制即将从作业量证明 (PoW) 转变为权益证明 (PoS)。

这是以太坊和更广泛的加密领域最受期待的协议改变之一。在区块链职业存在的大部分时刻里，有关 PoW 及其对能源消耗的负面观点一向主导着群众媒体。以太坊将成为有史以来转变其一致机制的最大协议，并有望改变这种叙事。

兼并给协议带来的优点

兼并包括了对以太坊协议的许多严重改善：

当兼并完成时，以太坊区块链将变得愈加安全。区块将在某个时刻点之后被“最终敲定”(finalized)，一同将对重组区块链的验证者引入了罚没机制，也即按捺验证者对区块或许内部买卖进行重组。

其次，PoS 消除了与 PoW 相关的很多能源消耗和硬件浪费。研讨者们预计以太坊的能耗将在兼并之后下降高达 99.95%。惯例消费级硬件将替代现在运转以太坊一致的 ASICs 和 GPUs 硬件。这两大影响将为以太坊来带愈加节能、愈加多样化、地理上愈加涣散和抗软弱的一致参与者。

第三，以太坊 PoS 将为完成分片 (sharding) 搭建渠道，这也是一场严重的协议改变，将把以太坊区块链分红的许多并行运转的分片链。经过为数据可用性和结算增加可用的区块空间，分片将为 L2 扩容作业带来额定优点。

最终，兼并将会减少 ETH 的年增发率，从当时的净 3.5% 到大约净 0%。

通往兼并的路途

为「兼并」奠定基础的第一个严重事件是本年早些时分为期一个月的 Rayonism 黑客马拉松活动。这项作业模拟了兼并之后以太坊区块链的姿态，以及一致/履行客户端将怎么彼此通信。

最近，咱们进行了 Amphora 互操作性作业坊，这个为期一周的活动持续在 Rayonism 成功的基础上进行构建，并添加了从 PoW 过渡到 PoS 的关键时刻。10个客户端团队做出来奉献，且到该周周末，一个对这场从 Pow 向 PoS 过渡进行建模的开发者测验网现已成功运转了！

假如你想要了解更多关于这场活动的信息，能够查看 Tim Beiko 的这篇文章《Amphora: A Major Merge Milestone》：

https://blog.ethereum.org/2021/10/15/amphora-merge-milestone/

从这次活动中获取的经历现已归入到了最新版本的兼并标准“Kintsugi”中。与此一同，还有一个称为 Pithos 的长期开发测验网。这种状况将在 2021 年 Q4 至 2022 年 Q1 期间重启屡次，然后运用更新的标准来从头测验从 PoW 过渡到 PoS 的时刻。一旦这种过渡变得相当稳定，就能够对 Goerli 等现有的测验网进行晋级以匹配兼并标准。

感兴趣的社区成员能够重视这个“The Merge Mainnet Readiness Checklist”(兼并主网准备状况清单)，上面临剩下未完成事项进行了全面概述：

https://github.com/ethereum/pm/blob/master/Merge/mainnet-readiness.md

03. 上海晋级

时刻线→ 10-12 个月

兼并之后的以太坊的一个风趣的当地便是，尽管新旧两条链现已兼并了，但客户端仍然是彼此独立的：包括它们是怎么架构的，以及致力于这些客户端的团队也是独立的。关于验证者来说，这意味着有很多的选择性：每个履行客户端都能够与每个一致客户端结合在一同，反之亦然。出于好玩，我罗列了这些客户端组合之后或许运用的新称号：

推特来源：https://twitter.com/trent_vanepps/status/1445008969756467203?s=20

假如需求，独立的履行层和一致层还允许进行非耦合的晋级进程。这很好地符合了以太坊的“对重视点进行分离”(separation of concerns) 的哲学。换句话说，比较于“单片式区块链”，此时的以太坊关于一些更小的改变将更简单办理。

然而，上海晋级将会以耦合的办法一同对一致层和履行层进行晋级，然后使验证者的取款成为或许，也即允许验证者将他们的 ETH 从一致层取款至履行层，然后将二者愈加严密地绑定在一同。当 ETH 从信标链 (一致层) 撤回至履行层时，ETH 就能像咱们在当时的以太坊链上一样运用了：能够将 ETH 作为价值存储，或许用于支付 NFTs，或许支付买卖费等等。当时还有一些针对履行层的其他的提案正在被考虑是否归入上海晋级中，但这些提案没有正式被承受。

在兼并实际上线之前，咱们将无法知晓这一可承受规模。

04. 以太坊研讨

时刻线→ 进行中

在上述作业正在被标准、完成和测验的一同，还有其他并行的研讨作业正在推进以太坊向前开展。

数据分片

当以太坊转换为 PoS 之后，分片 (sharding) 或许是以太坊将会产生的最重要的改变。需求注意的是，当时的相关提案重视的是数据分片(data sharding)，而不是分片履行。数据分片将为 L2s 网络供给更多可用于存储数据的区块空间，但这些分片还不支撑像当时以太坊主网上咱们所熟悉的本地用户买卖履行功用。现在，Rollups 网络运用以太坊主网来进行此类结算操作。关于这种类型的分片的基础研讨并不复杂，这意味着数据分片将能够更快地在主网上线并为 L2s 网络带来优点！

上图：原始示意图来自Hsiao-wei Wang，由 Quantstamp规划

这种优先考虑数据可用性，符合了在过去 18 个月里可扩展性研讨和 dApps 领域的动态发展。Vitalik 在 2020 年 10 月发表的《以 Rollup 为中心的以太坊路线图》贴文很好地论述了这一或许的未来。这是以太坊社区认知的灵敏性的一个很好比如！

在未来某个时分，以太坊社区或许会决议增加分片履行功用。但这仍然是一个有待研讨的问题。

状况到期 & 弱无状况性

这一领域的研讨将改革以太坊协议处理状况 (state) 的办法。状况是指一切的用户记录，包括合约、代币、NFTs 和地址。在当时的以太坊中，用户每次买卖都会产生一笔一次性的成本，然后使该笔买卖记录无限期地保存在以太坊状况中。从长远来看，这是不行持续的。

在过去几年中，一些有着不同权衡的提案现已被探究，包括比如状况租金 (state rent) 和 ReGenesis 等。

其中一个首要的提案被称为“Weak Statelessness”(弱无状况性)，该提案将改变以太坊节点存储和处理状况的办法：详细来说，只要区块提议者 (block proposers) 将被要求存储状况，而一切其他节点都无需存储状况即可验证区块。以下是这种办法将对不同参与者产生的影响：

用户：能够丢掉状况，但在提交买卖时还需求提交一个“见证”(witness)。见证是指随买卖一同发送的、用于证明买卖有用性的证明 (proofs)；

非验证者的节点：能够丢掉状况；

验证者/区块提议者：假如依赖于第三方来生产区块，则能够丢掉状况；

区块生产者：仍然需求存储一切状况。负责运用用户提交的见证 (witnesses) 来生产出包括有用状况改变的区块。

另一项提案成为“State Expiry”(状况到期)。依据此提案，假如状况在一段规则时刻内没有被拜访，那么该状况能够变为非活泼状况，或许从活泼状况变为“过期”。这或许是处于冷存储状况的 ETH，或许某个社区离开之后废弃的 ERC20s 代币等等。假如某个用户想要从头激活其状况，那么该用户发送的任何买卖都需求附上一个见证 (weitness)。对以太坊活泼状况的巨细进行限制的一大优点便是，节点在同步网络和持续保护时将变得更简单。

这两个概念都正在被积极研讨、进行基准测验并经过概念证明 (PoC) 进行完成。想要更深化地了解现在的发展，可参阅：

Guillame Ballet 收拾的附有链接的摘要：

https://notes.ethereum.org/@gballet/Sy-a6T5St

EthR&R Discord Guidebook 上的这些链接：

https://github.com/tvanepps/EthereumDiscordGuidebook#statelessness--state-expiry

… 还有更多

我还要更多内容能够写的，比如 EVM (以太坊虚拟机) 的改善和增强一致机制的办法，但我将把这些内容留着下一篇文章中叙述。

假如你对研讨上述这些重要的问题感兴趣，请在推特上直接发信息给我 (@trent_vanepps) 来约请你加入以太坊 R&D Discord 谈天频道。或许你能够前往 EthResearch 论坛进行深化了解：

https://ethresear.ch/top

?感谢阅览，也感谢 Danny Ryan、Tim Beiko 和 Mario Havel 的审理。