一文看懂以太坊2.0所有设计和实现线路图

据Trustnodes 5月22日报道，以太坊联合创始人Vitalik Buterin表示，开发人员已经解决了以太坊2.0所需的所有研究突破，现在只剩下实现了。他说道：

“实际上，我们已经取得了全面实施以太坊2.0所需要的所有研究突破。这种情况已经持续了大约一年。”

图片来源： visualhunt

这一大胆的声明是在以太坊2.0阶段0三个测试网出现时提出的，下一阶段将是一个跨客户端的测试网，预计从今年夏天开始。

阶段0只是staking，也就是一个虚拟的主网，介于测试网和功能齐全的区块链之间。

一些诸如存储分片等的功能将在明年的阶段1添加。阶段2是实际和全面的启动，预计将在两年内实现。

完整的设计是一个有点复杂的系统，我们认为它通过个体运行感兴趣的分片节点来连接不同的节点组。

分片（Shard）基本上构成当前的以太坊网络，但是假设有1000个节点，然后我们有网络B或分片B，它有自己的1000个节点，所有节点都运行在相同的基本代码上，因此属于同一区块链。分片数量达数百个。

由于这两个体系本质上是不同的，让它们整合在一起已是一项超越了分片技术的突，它将私有和公共区块链、侧链和其他所有领域连接了起来。

以太坊2.0设计

它的工作方式可以先由Buterin作一个技术层面的解释，然后我们将给出一个更简单的解读。Buterin是这样说的：

“跨分片交易的一般流程(我们以传输5ETH为例)是这样的：

在分片A上销毁5eth，创建一个收据(如提交到该区块状态根的一个Merkle分支)，其中包含：(1)目标分片，(2)目标地址，(3)值(5eth)，(4)唯一ID。

在这个过程中，一旦分片 B在检测到分片 A的状态根时，则将一个证明该收据的Merkle分支提交到分片B中。如果Merkle分支验证了收据尚未被使用，则生成5 ETH并将其转给接收者。

为了防止双花，我们需要在存储中跟踪哪些收据已经被认领。为了提高效率，需要为收据分配顺序ID。具体来说，在每个目标分片中，我们为每个目的地分片存储下一个序列号，当源分片A和目标分片B创建新的收据时,其序列号是分片A中分片B的下一个序列号(下一个序列号递增，所以不会被重复使用)。这意味着在每个目标分片中，我们只需要跟踪每个源分片的SHARD_COUNT位字段，以防止双花，这意味着每笔跨分片交易只需要一个存储位。”

换句话说，基本上你在分片A上把Eth锁在一个智能合约里，在分片B显示你这样做的证据，然后在分片B上获得Eth。

为了防止双花，开发人员基本上使用了一个听起来像nounce的东西，也就是给它一个数字，然后无限地增加数字。

这是在协议级别上的，所以你知道没有人作弊，因为你同时运行了分片A和分片B的节点。节点验证规则，查看区块头（Block header）或Buterin所称的收据，如果有任何错误，节点会告诉你。

这里我们使用多数节点，但对你来说，两个节点可能运行在一个客户端上，尽管这是处于阶段2的非常早期的实现细节。

正如你所能想象的那样，在这里很难让分片A上的智能合约与另一个分片B上的智能合约“交互”， 而比方说分片B上有Cryptokitties的DNA。

我们不知道你如何将DNA传输到分片A，并让Cryptokitties在分片A上运行，而它们是在分片B上产生的。

一种方法是通过一个中央协调器，但这也会有它自己的问题。如上文所述，当移动Eth时，它是点对点的。

突破还是极限提升？

尽管有些人说编码是最困难的部分，但实施这个阶段可能才是最困难的部分。

此外，如果你同时运行不同分片的节点，那么这就相当于增加了区块大小。

这里的区别在于，你不必同时运行不同的分片，或者你可以为一个分片设置一个全节点，为另一个分片设置一个较轻的节点。

然而，在这点上，你可能会与Bitcoiner陷入无休止的争论，他们可能会说，一个全节点是一个运行所有分片的节点，很少有人能负担得起这样去做。

以太坊1.0就是在这里出现的，它本身就是一个复杂的设计，其前提是通过删除过时的智能合约和彻底的删减来删除数据。

第一个可能比第二个更容易，Bitcoiner们不太了解以太坊智能合约，所以我们不知道他们会怎么说。

对于删剪，你可能需要设置检查点，这有点像一个新的创世区块。对于以太坊，你的节点不必从2015年就开始启动，而可以从2017年开始。然后其他数据被丢弃，可能上传到某个地方作为存档。

这里的难点是谁设置检查点。如果是一个人或一个团体人，可能会有很多问题，但有了staking，就有可能以去中心化的方式去做这件事。

扩容竞赛

一位比特币开发人员曾评论说，以太坊正在追求Bitcoin Core中被拒绝的所有理念。

这是好事还是坏事，取决于你的看法，也取决于它实际上是如何实现的，因为Bitcoin Core并没有完全遵循这些理念来得出正确的结论。

此外，比特币在其当前状态下无法在足够长的时间内继续运行，因为尽管每10分钟1MB并不多，但如果我们把它拿出来，十年后，它的总量累积起来就很多了。

这个过程非常缓慢，从某些方面来说，现在一切都很好。例如，当前的区块链大小是220 GB。十年后，它将增加到520GB。考虑到比特币的运行略高于1MB，到时它的区块链大小应该是1TB。1TB可能也没问题，但它不会减少，只会增加。所以最终它会变成10TB，或者100TB。

显然，你可能会说最终我们都会死，但如果你解决了这个问题，你就解决了扩容性问题。

闪电网络可能会争取一些时间，以太坊拥有Plasma、状态通道以及其他所有特征，但它们并不能完全解决不断增长的历史性根本问题。

对于比特币，目前开发人员正试图尽可能地压缩数据。你知道，从某种程度上讲，时间是有的，但时间对竞争对手来说是有利的，因为拥有更大的容量，同时保持去中心化显然是一件非常有用的事情。

以太坊是否能解决扩容问题还有待观察。现在计划已经制定好了，并且很显然，所有的问题都已找出。基础框架将在今年晚些时候就绪，接下来在明年准备砖瓦和所有其它材料，然后在2021年装上窗户和屋顶，最后就是优雅的装修了。这样，一座由大约100个协议开发人员建造的漂亮的以太坊房子就建成了。