觀點：以太坊2.0技術分享_以太坊:比特幣確認交易比萊特幣更快

1月11號20：00，BlockManiaAMA直播第41期暨BlockMania「201技術AMA」第3期繼續進行，本期主題為「以太坊2.0技術分享」，本期活動由著名技術社區Comunion主辦，BlockMania協辦，分享嘉賓為《深入了解以太坊》作者、星鏈科技技術負責人王欣。以下為本次AMA整理回顧01以太坊的發展之路

這是一張2019年的以太坊路線圖，我們看到從2013年底，以太坊創始人VitalikButerin發布了以太坊初版白皮書，啟動了項目，到現在已經不知不覺走過了6個年頭。

2014年7月24日起，以太坊進行了為期42天的以太幣預售。到9月份，以太坊通過預售一共募集到31,531個比特幣，根據當時的比特幣價格，以太坊成功募集到了超過1800萬美元，根據CoinTelegraph的報道，以太坊「作為最成功的眾籌項目之一，將會被載入史冊」。到了2015年7月30日，以太坊Frontier網絡發布。開發者們開始在Frontier網絡上開發去中心化應用，礦工開始加入網絡進行挖礦。礦工自身通過挖礦得到代幣獎勵，另一方面也提升了整網的算力，降低被黑客攻擊的風險。Frontier是以太坊發展過程中的第一個里程碑，它雖然在開發者心目中的定位是beta版本，但在穩定性和性能方面的表現遠遠超出了任何人的期望，從而吸引更多的開發者加入構建以太坊生態的行列。2016年3月14日，以太坊平臺的第二個主要版本Homestead對外發布，同時也是以太坊發布的第一個正式版本。2017年9月18日，以太坊開發團隊開始測試「大都會」版本的第一階段：拜占庭分叉。2017年10月16日，主網在4,370,000區塊高度成功完成拜占庭分叉。此次硬分叉將為智能合約的開發者提供靈活的參數；同時，為后期大都會升級引入zkSnarks零知識證明等技術做了準備；延遲引爆難度炸彈，將冰河期推遲1年；挖礦難度顯著降低，因此以太坊平臺的交易速度會明顯提高，對應的礦工們挖礦的收益從每區塊5個以太幣降低到3個。2019年6月，「君士坦丁堡」硬分叉在7080000區塊高度完成，升級中包括五項改進方案：1）為數據存儲的變更引入更公平的定價方法；2）使智能合約開發商受益；3）更良好的促進基于狀態通道和鏈下交易的特定可擴展性解決方案；4）隨著更多事物被轉移到第二層；5）將塊采礦獎勵從3ETH減少到2ETH，以及延遲以太坊的難度炸彈12個月。就在上個月，以太坊正式完成了「伊斯坦布爾」分叉，包含六個以太坊改進提案，解決的主要問題是：拒絕服務攻擊彈性，降低Gas成本，增加基于zcash的Equihash工作量證明。我們看到以太坊作為區塊鏈2.0技術的代表，不斷發展，不斷創新，成為了業界數一數二的明星項目。

觀點：東南亞國家的STO進展較快，但仍需穩健創新:國際新經濟研究院數字經濟研究中心主任鄭磊對記者表示，STO數字資產發行和交易，東南亞國家的進展得比較快。而數字資產是數字經濟的基礎，也是數字金融的標配，這方面創新停滯，可能會嚴重影響數字經濟的發展。因此，仍需對這方面進行穩健創新。（證券日報）[2020/11/13 14:13:24]

這張圖可以看到，以太坊的項目資產規模穩居第2的位置，遠遠超過其他加密貨幣項目。這與以太坊技術的高度有著非常密切的關系。以太坊背后的開發者也是非常具有極客精神的一群人。02以太坊核心技術

回到技術層面，我們可以看到以太坊的技術架構也是一種分層架構。從上到下，依次是應用層，合約層，協議層。協議層包含了EVM虛擬機，區塊管理，KV數據庫，共識算法，P2P網絡等基本組件。其中智能合約是以太坊最最核心的技術，它的實現基于以太坊內部的EVM虛擬機，智能合約可以完成任何代碼邏輯，從而支持多樣化的商業流程，以太坊中使用solidity語言編寫智能合約。智能合約構建了以太坊豐富的DApp生態，讓區塊鏈更加落地，更加能與各行各業相結合，更加方便與物聯網、大數據、人工智能、云計算這些技術相結合。這也是以太坊區別于比特幣即區塊鏈1.0系統的最大魅力所在。03企業以太坊

大家知道以太坊是一個公鏈項目，那么和我們的日常生活，還有我們開發者有什么關系呢？我們怎樣利用好以太坊這個技術資源，用到自己的項目上，或者做一些傳統行業的創新？這一直是困擾行業從業者最大的問題。目前可能最成功的應用還是圍繞著數字資產的金融生態，比如交易所。但是在資產交易之外，人們的探索也一直沒有停止。早在2017年，以摩根大通、芝加哥交易所集團、紐約梅隆銀行、湯森路透、微軟、英特爾、埃森哲等20多家全球頂尖金融機構和科技公司成立的企業以太坊聯盟。

觀點：加密貨幣市場可能受益于中國股市持續上漲:加密金融公司Amber Group表示，加密貨幣市場可能會受益于中國股市的持續上漲。該公司解釋說，富時中國A50指數創下新高，表明中國投資者正在冒險，有可能提振比特幣。如果股票上漲，投資者將擁有更多的資本，并且將更傾向于購買加密貨幣。（Bitcoinist）[2020/7/6]

這是企業以太坊的協議棧，我們看到比以太坊公鏈多了不少內容，它也更偏向一種企業架構，更加符合聯盟鏈的定義，在隱私保護、跨鏈通信、共識算法方面做了改進和優化。04技術改進方向

我本人也是2017年和企業以太坊EEA有過一些交流，參加過他們組織的電話討論會議。但是由于聯盟是一個松散的組織，缺少明確的發展目標和合作機制，直到今天也沒有什么實質性的進展。用他們自己的話說，就是組織內有太多的politics。其實這個聯盟還是以摩根大通的貢獻為主，他們推出了Quorum技術框架，就是以太坊在企業應用的比較好的原型。螞蟻區塊鏈的BaaS平臺，微軟云都是支持Quorum框架的。那么，現在區塊鏈的技術也遇到了瓶頸，也就是以太坊2.0概念被提出的原因。主要的優化集中在三個方向：性能、隱私和手續費。05以太坊2.0

ETH2.0將分三個階段實現：階段0信標鏈，涉及核心部分、網絡、簽名方案和隨機性。它在PrysmLabs創建的Sapphire測試網上運行。如果你有GoerliETH，則可以加入該測試網，質押gETH。階段1是面向64條獨立運行分片鏈的協議實現。每個分片都可以運行網絡的一種狀態。例如，你可以將Maker放在一個分片上，將其他DeFi應用放在另一個分片上，將Eth1鏈放在另一個分片上，將CryptoKitties放在另一個分片上，依此類推……階段2支持執行引擎，實現整個空間的交易和帳戶模型。執行引擎使系統的復雜度最小。不知道是否還會推出更多的后續階段。盡管研究人員希望看到更多的Eth2.0分片鏈開發規劃，但這一切仍處于發展的早期。

觀點：以太坊不是可行的機構投資資產:根據加密基金Exponential Investments公司說法，以太坊不是可行的機構投資資產。Exponential的Steven McClurg和Leah Wald發表文章表示，以太坊缺乏先進的或一致的貨幣政策，使其無法成為價值的數字存儲；以太坊用例以“ gas”形式存在，這意味著它不能升值過高，否則用戶將無法使用基礎網絡；以太坊投資者與比特幣投資者的心態不同，限制了其上漲空間。二人在文章中還表示，由于區塊鏈的結構方式，以太坊在繼續被采用的過程中存在潛在的安全問題。（Bitcoinist）[2020/6/12]

這個是以太坊2.0的分層框架，主要變化是增加了BeaconChain和ShardChain。Shard翻譯為分片，類似于分布式操作系統，不同分片內的交易可以并行處理。經過一段時間的開放討論，以太坊的2.0技術也逐漸開始收斂：分片數量從之前的1024減少到64，分片區塊大小從kB增加到kB。分片總容量為1.3-2.7MB/s，具體值取決于時隙。如果需要的話，分片數量和區塊大小可隨時間的推移而增加，比方說10年后最終達到1024個分片，以及1MB區塊。在L1和L2層實施了諸多簡化方案：1）所需的分片鏈邏輯更少；2）因為「原生的」跨分片通信可以在1個時隙內完成，所以無需通過Layer-2為跨分片通信加速；3）無需通過去中心化交易所來促進跨分片交易費手續的支付；4）執行環境能夠進一步簡化；5）無需再混合序列化和哈希。當然，這也引入了一些問題：1）信標鏈的開銷更大；2）分片區塊產生時間更長；3）對「突增性」帶寬需求更高，但對「平均」帶寬的需求更低。TPS一直是區塊鏈被關注的重要瓶頸，我們知道比特幣和以太坊都采用了PoW共識算法，TPS也就10左右。最近以太坊2.0研究中引入了zk-rollup技術，它理論上可以將交易提高到3000TPS。接近中心化系統的性能，大家知道，Visa網絡目前平均TPS為2000。

觀點：超高凈值人士可能很快對比特幣產生興趣:加密貨幣分析師Plan B認為，超高凈值人士（凈資產超過3000萬美元）可能很快對比特幣產生興趣。他表示，目前有超過20萬名超高凈值人士，一旦他們對比特幣感興趣，不會只購買一兩枚而是更多。如果發生這種情況，比特幣的采用率和價格會發生根本性的轉變。即使這些投資者中有10％轉向比特幣并決定購買一些，也會對比特幣產生重大影響。（U.Today）[2020/5/20]

這是使用zk-rollup技術的以太坊理論性能對比每個批次包含2048筆交易和一個zk證明。但是，由于實施了EIP1108和EIP2028這兩個提案，交易和證明的gas成本現在都發生了變化：每筆交易為8.125字節。當前每筆交易只需耗費16個gas/字節，因此每筆交易gas花費為8.125*16=130gas。由于每批次有2048筆交易，因此每批次的交易成本為130*2048=266,240gas。如果將15個批次插入以太坊區塊，由于每個批次可容納2048筆交易，這意味著我們可以讓每個區塊打包15*2048=30,720筆交易。30,720個交易/15秒=每秒2048筆交易。當然以上知識理論推導，還存在一些實際問題需要解決：每個zkRollup批次都需要簡短的加密證明，以證明該批次中交易的完整性。事實證明，生成此證明的計算費用十分昂貴。這才是達到理論吞吐量限制的主要瓶頸。目前使用一個CPU和三個GPU，需要幾分鐘時間才能生成一個這樣的證明。盡管通過并行計算可以顯著改善性能，但是將證明生成時間從幾分鐘減少到幾秒鐘，同時保持合理的成本，仍然是一個重要的挑戰。最后，再講一下零知識證明，它被用于保護區塊鏈上的數據隱私，非常適合用于醫療行業的電子病歷場景。

觀點：挖礦行業競爭非常激烈 小型礦業公司難以生存:比特幣價格最近下跌對礦工打擊最大，因其利潤更少。無力承擔費用的小型礦業公司正在關閉機器，這導致大型礦商正在壟斷該行業。比特幣目前全網難度為16.55T，這使得小礦工很難繼續經營。比特幣礦商和加密貨幣投資者Kristof表示，挖礦行業已經沒有“小魚”的空間。他表示，“盡管世界各地都在發生混亂，但挖礦行業仍是一個競爭非常激烈的領域。小魚已經沒有立足之地了。鯨魚正在進來并試圖進行敵意收購。”這引起了另一個問題：我們是否會看到大型礦商大規模壟斷權力，因為他們有能力安然度過新冠病風暴？然而，Kristof認為，對于大型礦業公司來說，事情也不順利。“新冠肺炎正在影響每個人的各個層面。”他指出，“大型礦業農場必須得到投資，對吧？而大多數人不知道的是，當你有一個5-10兆瓦的大型挖礦設施，你去挖礦，但不立即出售比特幣，而是拿走比特幣，然后囤積起來，那么這些人就是在虧本開采。”[2020/3/22]

理解零知識證明，大家可以回顧一下阿里巴巴和四十大盜的故事：當強盜向阿里巴巴拷問打開山洞石門的咒語時，他對強盜說：「你們在離開我一箭遠的地方，用弓箭指著我，當你們舉起右手我就念咒語打開石門，舉起左手我就念咒語關上石門，如果我做不到或逃跑，你們就用弓箭射死我。」阿里巴巴證明了他知道咒語，同時也沒有泄漏咒語的具體內容。zk-SNARKs,Zk-STARKs和BulletProofs是零知識證明用于區塊鏈隱私技術的3種主要技術。對比來看：1、Bulletproofs和Zk-STARKs不需要可信設置，zk-SNARKs則需要可信設置；zk-STARKs：通過證明者與驗證者之間的交互來執行，以一種有效的數學方法，使得驗證者通過驗證每一個步驟，最終確信證明者確實知道某個信息或者擁有某種權益。其特點是：證明快、驗證快，但證明體積大SNARK指無需雙方交互，證明人單方出具即可，不需要反復在雙方之間傳遞信息。其特點是：證明慢、驗證快，證明體積小。2、證明速度對比：Zk-STARKs>zk-SNARKs>Bulletproofs3、文件大小：zk-SNARKs<Bulletproofs<Zk-STARKs簡單一句話：Zk-STARKs太大，bulletproofs太慢，優點是不用預裝，zk-SNARKs最優。

目前已經有相當成熟的第三方庫，可以用于零知識證明的開發和研究。

這一領域也是學術界研究的熱點，最近幾個月宣布了很多zk-SNARK構造相關的新突破。新的發現是臭名昭著的「可信設置」目前來看是多余的，意味著可以使用通用計算。然而，很難找到關于這些新構造的可以理解的信息。新的零知識證明構造解決了設置過程的限制，這意味著像智能合約這樣的任意代碼都可以作為zk-SNARKs運行。通常有兩種做法：透明設置：設置過程創建一個參考字符串，是公共的，但是并不會產生有廢料。這類似于zk-STARK工作方式。Fractal、Halo和SuperSonic-CG都使用了透明設置方式。這種方法的缺點是證明大小通常很大。Factal和zk-STARK證明可能高達250kB大小，這對于區塊鏈應用來說是不切實際的。Fractal團隊告訴我，他們正在努力縮小證明的大小。Halo和SuperSonic具有10kB甚至更小的證明尺寸。通用設置：設置過程創建結構化字符串，會產生有廢料，但創建不再局限于單一電路。相反，一個參考字符串可以與無限數量的任意電路一起使用。例如Marlin、SuperSonic-RSA和Plonk。儀式結束后，可以更新這三個構造的參考字符串以提高安全性：如果當前的有廢料泄漏，則只需更新建立過程來再次保護系統。。

表中是一些zksnark算法的性能對比。在證明方方面，為每一個zk-SNARK構造創建證明需要O(nlogn)的時間。差異主要是證明的大小、驗證時間和參考字符串的大小。綜上所述，我們主要考察了以太坊2.0的三個技術點：sharding，zkrollup和zksnark。涉及到比較多的理論知識和算法，需要花點時間才能理解。不過重點還是建議放在這些算法有什么用途，以及如何使用上面。Q&AQ1：以太坊完成了分叉，那么會對后續產生什么主要影響嗎？答：以太坊的分叉，就是一種軟件升級。以太坊的升級方向，就是以太坊社區希望發展的方向，所以隨著一次次升級，網絡會更加安全，更加高效，也更加符合社區治理的思想。這個我們平時軟件開發的快速迭代是一個道理。唯一不同的是，以太坊是一個承載了千億資產的金融系統，每次升級資產的安全性和服務的連續性沒有收到絲毫的影響。這也是這個項目值得關注的原因。Q2：方便簡單介紹一下solidity語言嗎？答：solidity是一種語法非常類似javascript的以太坊特有的腳本語言。它有高級語言的大多數特性，最常用的操作就是對以太坊的賬戶，賬戶中的余額進行操作。solidity非常適合用于實現數字資產，比如ERC20，ERC721，ERC777都是非常常用的數字資產類型。之前非常熱鬧的幣圈項目資產都是圍繞ERC20在做文章，以以太貓為代表的區塊鏈游戲則是利用了ERC721標準。Q3：區塊鏈平臺的迭代，受到公眾性的影響，不能太快太激進，比如會有分叉的問題，老師覺得這個問題未來能夠解決嗎？在軟件平臺上，通常會出現馬太效應，也就是勝者通吃，現在以太坊位居平臺第一，是否其他平臺就沒有機會了呢？非中心化，也就是DAO的理論，好像是從以太坊開始才滲透的，但實際上權力的集中會帶來效率，這個問題怎么看呢？答：首先，明確一點，區塊鏈項目的成功不僅僅取決于技術。V神發文也提到，社區遠比代碼重要。代碼只是實現社區治理和規則的工具。在解決一些基本問題上，并不會用到很高深的技術。反倒是區塊鏈中的智能合約和通證機制，是組織改進非常核心的內容。區塊鏈平臺的迭代，現在可以說滿足不少的應用場景了。但是以太坊是為全球用戶服務，所以技術難度會更大。我們研究區塊鏈，還是更多放在如何將區塊鏈技術落地，改造一個行業，或者解決一些核心社會問題，比如：醫療、教育等。以太坊的DAO是非常好的思路，去中心化也是相對的，也就是多中心化。PoS的思想就是，干系人關系越大，投票的權重也越大。不是每人都可以投票。Q4：請問王老師,接下來以太坊生態中，對于普通的個人開發者，最大的機會在哪里呢？答：我們面向的未來是一個可編程的社會，有大量的商業規則和邏輯需要轉化為智能合約，人工智能解決了生產力的問題，區塊鏈能夠更加有效和公平地治理這些生產力。咱們開發者了解這些原理，就可以在具體的某個場景中，幫助實現這些邏輯，貢獻社會價值。當然區塊鏈的底層也有很多技術挑戰，但是這更加適合有一定學術研究基礎的同學了。技術參與建議還是放在區塊鏈應用方向，區塊鏈底層不太適合大多數人。比如做區塊鏈的工具就是很好的思路，像imtoken類似的引用。比如：etherscan這類。Q5：DApp方向有什么好的建議嗎？答：廣義上講，我覺得有幾個方向吧，一個是金融類，一個是個人信息類。金融就是數字資產的交易，投資，增值等，因為這個領域也越來越合規了，監管已經進來。個人信息的隱私保護，越來越被看重，個人信用、健康檔案，個人消費畫像，越來越需要恢復主權。Comunion的DAO，這是一個非公司，但超越公司的組織。不同背景，不同角度的思想在一起碰撞，會產生非同一般的效果。DAO的財務和人員管理，都是非常需要DApp這類工具幫助的。

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