一文说透以太坊2.0基本框架与参与机会

以太坊2.0的上线将成为加密社区的重大里程碑事件，一定程度上会决定区块链行业的发展走向，其中也将诞生许多参与机会，对整个加密生态的影响非常巨大。

本文将试图从参与者的角度理解以太坊2.0的一些基本框架，以及展望一下随之而来的市场机会。

以太坊的发展阶段概要

以太坊的发展阶段分成四个部分，分别是：

Frontier前沿-2015年7月上线；

Homestead家园-2016年3月上线；

Metropolis大都会-第一阶段拜占庭2017年10月上线，第二阶段君士坦丁堡2019年2月；

Serenity宁静–预计2020年底上线。

以太坊的主网第一阶段上线时，各方面功能都不完备，所以每一个阶段的发展都试图解决某一些问题，如可用性、性能提升，图形界面优化等。前三个阶段均使用PoW型共识，而到了Serenity宁静阶段，将转为PoS型共识。Serenity宁静阶段近两年来被业内称为以太坊2.0，代表了一次非常重大的升级。

以太坊2.0的升级和前几次的升级最大的不同，是在于这次升级不是一次传统意义上的硬分叉，而是从Ether从1.0链向2.0链的迁移开始。用户迁移是自愿的，所以会同时存在两条链，一个是PoS的Beacon链，一个就是现在这条ETH1.0链。根据路线图，两条链将分别继续开发，然后会最终合二为一，是一种巧妙也是比较现实的方法（也是考虑到ETH1.0巨大生态的可持续性的无奈之举）。

Beacon链主要的是完成PoS和分片的实现，解决扩展问题，1.0链要继续进化到1.x, 到完成无状态以太坊的实现，解决状态爆炸问题。最终，是为了以太坊实现扩展性，如Vitalik所说，ETH2.0 is all about scaling。

Consensys描述的ETH2.0的三个阶段：

以太坊1.0到1.X

2.1 以太坊1.0的归宿-以1.x状态成为2.0的分片链

ETH1.0的留存目的之一继续作为当前以太坊生态的基础链继续存在。2.0的升级过程中首要考虑的因素是，目前还有大量的Dapp在1.0链上，还有大量的开发者围绕着1.0进行各类产品/优化/底层/扩容的研究和开发。

而2.0的Beacon链在一开始是没有办法进行Ether转账的，转账只能发生在分片链上，而分片在2.0的Phase1才可以实现，在Phase2上才会重启智能合约，所以这些智能合约只能在Phase2阶段迁移过来。因此1.0也是保证以太坊目前的生态发展不受影响。

另一方面，1.0将会继续进化到1.x，这样以太坊的两条链在分别完成自己的任务之后，将开始合并。所以完整的ETH2.0，既包括了宁静阶段的三个Phase，也包括了当前ETH1.x的研发结果，直至合二为一。

目前的方案是，ETH1.x作为2.0的一个分片链而被合并，状态则完全迁移到2.0上，这样现在的生态可以不受影响的直接迁移。

2.2 以太坊1.x肩负无状态以太坊的研发

以太坊使用的是MPT（ Merkle Patricia Trie）数据结构，但是随着区块的增加，其次存储数据量也在不断增加，以后势必造成状态爆炸的状态。

每一笔新的交易，都需要去遍历一遍MPT树，这对于扩展性来讲负担较重。所以无状态的概念被提了出来，就是当客户端节点可以不保存状态，但是仍然可以验证交易。而之前的状态通过状态见证者就可以得到实现。

所以在1.x，将会出现有两类重要角色，一类是区块见证者（block proposer），包含了交易信息，和之前交易需要访问的所有状态和见证信息。另一类是状态见证者（state provider），保存了所有之前状态的信息，用以提供交易的验证。

新的角色需要新的激励，以太坊基金会研究员Sam Wilson 及 Ansgar Dietrichs 一起探讨了状态见证者的三种激励模型，还比较早期，这里把三类模式的探讨列在此处：

除了无状态以太坊，开发者也讨论过状态租金的模式，以限制过于庞大的状态增长，但是开发者也讨论过状态租金的模式，但可能对现有的智能合约和Dapp影响较大（不交租金将导致合约停用），需要硬分叉实现，会引发较大争议，所以目前对状态租金的研究已经搁置，资源导向了还是无状态或者半无状态的开发。

简要而言，无状态以太坊的研究不仅是1.x的问题，最后也会变成以太坊2.0的的通用模式，以太坊基金会就认为未来以太坊2.0的分片链一定是无状态的。

以太坊2.0要解决的问题

以太坊2.0有四个需要解决的问题：分叉选择、最终性、分片、验证者责任。并分别用不同的技术和制度手段去实现。

3.1 分叉选择-保证安全性

以太坊2.0使用LMD GHOST (“Latest Message Driven Greedy Heaviest-Observed Sub-Tree”)作为分叉选择。这里面包含了两个协议：LMD和Ghost：

Ghost是一个在PoW链上就非常应用成熟的协议，是一种最长链的原则，和BTC上的最长链原则相比，Ghost选择子树最多的协议，所以最长的链未必是Ghost所选的链。相比最长链原则，Ghost原则可以做到：1收敛；2抗51%攻击；3 TPS和最长链差不多，但是安全性没有下降。Ghost协议也是目前以太坊1.0所使用的协议。

LMD是在2.0新加入的分叉原则，和Ghost一起构成了LMD GHOST。LMD就是指最新的消息。由于在2.0中采用PoS加入了验证者的角色，最新的消息就是指更多验证者的证明，就是在Ghost原则里，再加入更多验证者的证明(attestation)，这就使得最长的链变成权威链（canonical chain），根据Casper协议拥有最终确定性。

3.2 最终性问题-不会被逆转，解决长程攻击

以太坊2.0的最终性由Casper协议来解决。

PoS类型的共识有三类：中本聪类型的共识、PBFT基础的共识（Tendermint，Casper FFG）和以链为基础的共识(Casper CBC)。但是只有后两种可以达到最终性。

所谓最终性就是当一个区块被确认过以后，就基本不会被逆转。而中本聪类的共识，是依靠概率去“确定”最终性的，就是还可以被小概率事件所推翻。而PBFT类或者CBC类的最终性，即是100%概率的最终性，除非1/4（CBC）或者1/3（PBFT）以上的验证者站出来去反对，才可以翻转这个结果。

Casper FFG对PBFT进行了改良，继承了PBFT的优点，并针对PBFT不可抵抗共谋进行了设计，并加入了抽象的共识机制、抗长程攻击、灾难性崩溃等机制的设计，并开始整合分片方案，成为ETH2.0 phase0阶段的共识机制。

Phase0 会开始采用一个修改后的FFG，最终在Phase2或以后部分完成CBC的转换，CBC拥有更高的安全性和理论性质，但复杂度和效率较低，实现起来难度大。

3.3 分片是2.0实现扩展的基本设计

为什么要分片？共识协议改变成PoS是对扩展性是没有提升的，扩展性依靠的是分片。分片是计算机术语，数据库的分片已经久已存在。分片的难点在于维护安全性，因为一旦分片，每个分片的安全性就要自己维护。

2.0的主要做法是，通过洗牌Shuffle，通过伪随机来选择一批验证者，随机给分片链进行投票。如果没有随机，那可能大量的恶意验证者被分配的到一个随机验证委员会，这样通过洗牌，可以确定的是即便有1/3恶意攻击者存在的情况下，对分片链的攻击成功概率仍然很低。

除了分片以外，Layer2一直也是扩展的主要途径。2.0下Layer2仍然必要。目前来看2.0下若分片可以顺利实施，则Layer2的必要性可能不大。但关键在于分片实现的时间和稳定性。

Vitalik自己都对以rollup为代表的Layer2的方案都很积极，分片的实现还需要好几年，目前Layer2就可以直接在1.0上使用，那扩容在今后几年都需要依靠Layer2，所以这是非常必要的一个方向。即便2.0分片实现，Layer2变得可能没有那么必须，但仍是可选方案，彼时其相比分片将非常成熟。

3.4 验证者责任

验证者validator在Phase 0阶段有三项任务：

在每一个epoch验证attesting信标链；

收集同一委员会验证者证言attestations；

被随机选入验证者队伍后，对信标链上出块。

以太坊里的时间间隔有两个单位：一个slot为12秒，一个epoch为32个slot=6.4分钟。1个epoch中，验证者以验证者委员会的方式去进行出块，每一个验证者委员会将以委任一个slot。

委员会里面的验证者验证信标链的链头并进行广播。出块者proposer将从委员会中随机选出。被随机选上的验证者将负责出块并获得奖励，若是违反了出块规则（如二次投票或者循环投票），或者不在线，则会被罚没slashing。

关于slashing的讨论我们放在下一部分。

以太坊2.0的staking问题

以太坊2.0对于参与者来说最重要的特性就是可以进行staking了，而且可以从Phase 0就开始，这其中涉及质押回报、长期锁仓、经济奖惩等诸多问题，本部分尝试就重要方面进行讨论和解答。

4.1 Beacon chain质押参与率

就32个Ether就可以迁移到Beacon chain这个限制，目前已经有接近11.7万个超过32个Ether的地址。虽然数量一直在增加，但是从斜率上看，增加的速度已经维持了2年没有什么变化，而不是因为近期以太坊2.0上线的消息。

因为转移是自愿的，用户无非就是考虑几个事情：

锁仓收益率；

操作难度（奖惩机制）；

流动性风险；

机会风险；

锁仓收益率并不完全确定，而是根据参与人数量最终确定，Vitalik给过一个锁仓收益率的测算，大概如下：

如果是最低限度的人参与质押，即刚刚好524,288个Ether（或持有至少32个Ether的16,384个账户）参与抵押，那收益率将非常高。但这似乎很难做到的，如上所示超过32Ether的地址已经多达11.7万个，仅这样计算，就高达3,740,000个ether要进行抵押。

（补充：以太坊2.0的Phase1则需要至少262,144个账户或8,388,608个ether参与）

当然采取观望态度的人会很多，但单地址中多于32ether的用户也会很多，很多大户持有的Ether量非常大，用户可以进行多账户分配参与抵押，所以我们预计质押Ether突破300万个并不困难，收益率很有可能下降到10%以下（根据Vitalik的测算表）。

另外就是那些不足32个的想参与质押服务的，可以通过staking服务商的类似“合并账户”的服务进行质押，所以最终的质押率不会太低。Consensys做了份调查，那些愿意自己做validator的用户，预期自己跑的节点数量，可见一个用户跑多节点的情况会很常见。

4.2 操作难度-奖惩机制

以太坊2.0引入了惩罚机制，还细分成slashing（罚没）和inactivity leak（不作为惩罚）两类。

Inactivity leak要求验证者持续在线，不然会导致不作为惩罚。如果验证者出现了双重投票或者循环投票，那可能被罚没，如果罚到低于16eth，会被踢出验证者队伍。

所以惩罚机制是抵押最关心的问题，这也使得很多用户退而求其次，选择staking provider，但即便如此，还是对slashing最为关心。

用户最关心的三大功能：1）非托管钱包；2）罚没机制；3）复合收益率

因为惩罚和罚没机制存在，ETH2.0也提供对应的正向奖励，下面进行一下介绍：

4.2.1 反向惩罚

不在线罚没inactive leak：

不在线罚没主要是针对验证人不在线的情况，基本是两种模式：

1）单纯的错过了一些出块的验证，这样只是失去应得的出块奖励，正常的比如线下维护是可以接受的；

2）还有就是以太坊2.0需要全体2/3验证者（资金）在线的需求，是为了保证整个网络的安全性。所以当有大规模的验证者在线下的时候（比如超过1/3），这样系统就会自动减少不在线验证者的资金余额，直到线上验证者的资金余额超过全网2/3，这种情况可能发生，但是概率不大，比如出现世界灾难的情况；

3）还有一种极端情况，是不在线和退出-加入的情况，可能会引发类似Cosmos第一次slashing一样的惩罚，即两个验证者分别验证不同的交易或块，虽然并非故意，还是遭遇到了系统的slashing。

惩罚slashing：

重复投票double target vote。重复投票的极端情况可以变成PoW型公链的双花问题。主要是指验证者在一个epoch中分别投票给了不同的区块，会造成一下出两个块的的情况。如果是一个验证者用一个Ether分别交易两次，然后分别投票给两个区块，这就会变成双花问题。但是防止二次投票主要不是为了双花问题，而是防止被攻击。

重复提议double proposal。重复提议是指提议者proposer在一个slot里提出了两个不同的区块。

循环投票surround voting。循环投票有一些类似，但是可以是不在一个epoch，比如一个投票者在一个epoch投给了一个链，但是在之后epoch投给了另外一个链，表示他同时认同几个链的事实。循环投票将导致长程攻击的出现。这两类惩罚在Phase0就会出现，之后会根据分片出现更多的奖惩机制。

4.2.2 正向激励

正向奖励也分成三种，前两种和slashing相关，第三种分成五类，为一般验证者奖励：

举报者奖励：

当一个验证者可以提供其他验证者违规行为（该行为并被判定为slashing行为）

出块者奖励：

那些验证者会被随机选为proposer，以获得出块奖励。可以优良中获取奖励的方式：

加入有效举报的证明；

加入其他验证者的新的验证attestations。举报的奖励会按照7/8和1/8分别分配给举报者和出块者，但是在Phase 0阶段，全部奖励只会分配给出块者。

举报的奖励

证明者奖励：

证明者奖励是指一个验证者同意一个2.0中的决议，这类奖励也分成五类：

包含所有验证；

指定正确的检查点验证；

制定正确的区块链头验证；

链上迅速验证；

在指定分片中指向正确的区块。

这五类奖励都和基础奖励base reward挂钩,  基础奖励的计算方法如下：

其中有效余额为每个验证者有效抵押余额，基础奖励因子为一常数，总余额为所有验证者有效余额之和，单epoch基础奖励也为一常数并反映了一个epoch内的奖励之和。每种奖励具体计算可参加CodeFi报告。

为什么需要惩罚和罚没？

Slashing是ETH2.0中争议比较大的一个设置，但是以太坊基金会在阐述CBC Capser时也明确提到，启用Slashing的意义在于以下两点：

抵御攻击。Slashing让51%的攻击要消耗大量成本，而且攻击后可以迅速恢复。这样让攻击者的成本提升到比获得更多，让攻击者选择去做验证者。

客服验证者困境。验证者的不作为是是验证者困境中的最大的问题，对错误事项进行签名进行惩罚可以有效缓解。

4.3 长期锁仓的风险和解决办法

长期且时间不确定的Ether锁仓是妨碍用户质押ether的一个比较重要的原因。在2.0的Phase 0阶段，Beacon链的质押是一种单向不可逆的过程，用户质押的32个Ether将无法交易，虽然可以有staking的补偿，但是用户没有办法自由转账，所以这也会妨碍大众转入Beacon链的意愿，因为这关乎Beacon的启动是否可以以最低限度开始16,324个验证者或者524,288个ether的抵押。

Consensys的研究提到目前有像liquidity staking working group这样的组织在研究流动性质押的课题，将可以应用到Beacon chain质押上，但是会面临价值的可分离性，质押/流动比率，和验证者转换风险等问题，这都是值得探索的方向。

Liquidity staking，就是指用户可以在staking的同时，可以获得staking资产的流动性，并且可以把staking作为一种质押资产。将有两类方式进行流动性的质押，一类是中心化的方式，包括矿池、钱包或者交易所等，通过大量质押完成流动性的切换，用户可以直接在场内就完成流动性的管理和交易。另一类就是去中心化的方式，通过智能合约完成，也就是到Phase2才可以实现。所以目前来看中心化的方式先发优势很大。

当然中心化矿池或者交易所如果做大，过于中心化也比较有问题，比如交易所利用质押Token去做一些合约用户意愿相反的方向的投票，甚至大的矿池联合贿选等（到了Eth2.0 的CBC阶段才有反贿选的机制）。反倒是去中心化的方案基于Eth2.0，属于生态内的一部分，有可能会受到社区的支持，只是看用户到底选择经济利益还是治理权力罢了。目前大部分用户更关心经济（这也是目前区块链治理的困境），但是不代表以后治理层面的因素不重要。

我们了解到目前可以解决流动性锁仓的方法基本上只有一种，就是在Ether锁仓的时候，托管方(可以是验证者也可以其他合作方)同时发一个流动性的Token，将以太坊挖矿的权益赋予到这个Token中，这个Token也可以流通。因为将有很长时间的BETH锁定期，所以这个新发Token的活跃时间会很长，不仅具备期货属性，还具备一定的债券属性，类似一种2年到期的国债期货（以BETH的超级信用来讲），将成为一个很大的市场。

从服务的全面性来讲，中心化的服务仍然是最有可能跑出的。会涉及到发Token、流转、回收、对付以及staking服务，所以中心化的交易所、钱包或者托管方，最有可能把这些服务集成起来，是相当大的一块新增份额。

也有一些去中心的项目开始做2.0的相应的流动性服务，比如Rocketpool，通过智能合约，发行代表BETH的Token，连接用户和node operator。相当于基于智能合约的一个流动性的插件，用户和staking provider都可以接过来，获取Token奖励。但由于只有到2.0才可以实现智能合约，所以市场节奏并不占优。

以太坊2.0的商业意义和机会

以太坊2.0的上线对于整个区块链生态，都是一件积极的事情：

第一，以太坊2.0将实现更高的安全性和可用性（理论和实践层面），证明了区块链可以作为世界计算机去承载应用。以太坊的商业模式一旦证明是成熟的，整个区块链将进入主流商业社会，VC/PE的融资将加速。

第二，目前没有看到以太坊达到2.0以后还有什么计划，宁静或许就是最终的阶段。因为开发时间周期长，为整个区块链提供了详细的参照样本，后起的新链可以持续吸取经验。

第三，互操作性的链可以和以太坊直接交互，大规模的资产迁移和应用迁移成为可能。

第四，分片链有更大的包容性，各类链也可以选择成为以太坊生态的一部分。

对于以太坊本身来讲，可以实现更多商业层面的实现：

第一，DeFi将可以在用户层面和CeFi竞争一下了。目前DeFi各个方面的表现，仍然不可能和CeFi相比，原因确实是底层太慢，导致应对极端事件不利，而且易用性还达不到互联网产品的门槛。

第二，之前火过的Dapp可以重新登上舞台了，甚至可以从分片链的角度重新建立专属的应用链。

第三，以太坊2.0可以变成资产上链的最佳选择，绝对安全、全球通用的平台。预计以太坊上承载的链上资产将爆发，很大概率超过以太坊的市值本身。

第四，以太坊的状态变得宝贵，可能会出现新的租赁业务模式。

虽然目前在这个阶段还看不到具体的很有希望的方向，真正有想象力的是当多类别、高价值资产开始在链上运作时，生态系统会开始量变引起质变，比如AMM类型的交易市场可能会从中心化交易所那里拿到更多的份额。

另一个要思考的问题是，区块链的互操作性会否造成造成虹吸效应，比如说链上的资产通过跨链都集中在以太坊上，这可能对一些二线的公链影响比较大。实际反映是市场更喜欢流动性更好的映射资产而不是实际资产本身，因为映射资产处于更安全，更去中心化，流动性更好的市场，以太坊2.0可能会变成了一个多资产类别的交易市场。