對于以太坊，2019 年會是重要的一年洒敏，因為按照計劃割卖，以太坊 2.0 將要在今年起航，從 PoW 的舊大陸出發(fā)前往 PoS 的新大陸癣朗。

與此同時，以太坊 1.0 還會繼續(xù)存在并保持進化旺罢。以太坊 1.0 運行在原主鏈上旷余，以太坊 2.0 運行在 Beacon 鏈上。

計劃中的航程估計要有兩年扁达，直到 2021 年正卧，在分片鏈能夠?qū)崿F(xiàn)完整的功能后，1.0 才會把以太坊的實際運行權(quán)交給 2.0跪解，自己則會退出歷史的主舞臺炉旷，作為 2.0 的一個分片或一個主存儲合約而存在。

以太坊 2.0 的 Beacon 鏈是如何運行的叉讥？ETH （Ether）持有人如何從 PoW 鏈「跨」到 Beacon 鏈窘行？以及，跨還是不跨图仓？我們將在本文試著去探討罐盔。

讀懂 Beacon 鏈

先做個簡單的科普：Beacon 鏈是一條全新的 PoS 區(qū)塊鏈，它是以太坊 2.0 的核心組件救崔，卻不是以太坊 2.0 的全部惶看。以下幾點可能是理解 Beacon 鏈的關(guān)鍵：

1. Beacon 鏈是一條 PoS 鏈，運行以太坊的 PoS 協(xié)議 Casper六孵。

2. 以太坊 1.0 就是指 PoW 的主鏈碳竟，但以太坊 2.0 包括 Beacon 鏈、分片鏈狸臣、虛擬機層三部分莹桅，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

3. Beacon 鏈是以太坊 2.0 的中樞，也是 2.0 的第一個和最重要的一個組件。如下圖所示诈泼，所有分片都會連接它并與它通信懂拾，Beacon 鏈為分片鏈提供安全性和最終確認性。

Beacon 鏈主要完成兩個功能：一是執(zhí)行 PoS 共識铐达，包括維護驗證者集合岖赋、選擇驗證者組成委員會、分配驗證者對分片塊進行提議或證明瓮孙、對驗證者實施獎勵和處罰等等唐断。它是驗證者參與質(zhì)押系統(tǒng)并根據(jù)所押權(quán)益獲得收益的渠道，也是整個系統(tǒng)安全性的保障杭抠。

第二個功能是實現(xiàn)分片的通信脸甘。各分片都會將自己最新狀態(tài)的哈希存到 Beacon 鏈的區(qū)塊上，當(dāng) Beacon 鏈區(qū)塊完成時偏灿，相應(yīng)的分片區(qū)塊就被認為是最終確定的丹诀，其它分片就可確信它們并與之跨分片交易。分片鏈與 Beacon 鏈通過「交聯(lián)」實現(xiàn)跨分片通信翁垂，從而將整個系統(tǒng)連接在一起铆遭。

4. Beacon 鏈上沒有虛擬機，沒有智能合約沿猜，也無法處理交易枚荣；Beacon 鏈不存儲現(xiàn)行以太坊區(qū)塊鏈上存儲的信息，它只存儲驗證者列表和 Attestation啼肩。所謂的「Attestation」棍弄，是指經(jīng)過確認并由驗證者簽名的哈希值，它們實時記錄著一個特定分片的狀態(tài)疟游。

5. Beacon 鏈與以太坊 1.0 的 PoW 鏈會彼此獨立地運行大約兩年。在以太坊 2.0 能夠?qū)崿F(xiàn)完整的功能前（目前預(yù)計在 2021 年）痕支，以太坊都運行在 1.0 上颁虐，Beacon 鏈上的區(qū)塊沒有什么實際意義。

以上即是 Beacon 鏈的基本情況卧须。為什么說 Beacon 鏈要到 2021 年才能正式運行以太坊另绩？因為從以太坊的發(fā)展路線圖可知，到這一年以太坊 2.0 才能支持智能合約和資產(chǎn)轉(zhuǎn)移花嘶，實現(xiàn)可用性笋籽。

2021 年前的以太坊 2.0 長什么樣？

在了解了 Beacon 鏈之后椭员，讓我們簡要介紹一下從現(xiàn)在到 2021 年的以太坊 2.0车海，會經(jīng)歷的三個階段：階段 0、階段隘击、階段 2侍芝。

階段 0 （2019 年）：啟動 Beacon 鏈

階段 0 專注于讓 Beacon 鏈上的驗證者運行起來研铆。用戶可以在鏈上存入 32 個 BETH （Beacon ETH）成為驗證者，不過在該階段驗證者只管理 Beacon 鏈州叠，此時沒有分片鏈棵红。

Beacon 鏈在早期會盡可能保持簡單的迭代設(shè)計，該階段不支持賬戶咧栗、資產(chǎn)轉(zhuǎn)移和智能合約逆甜。BETH 僅能被驗證者使用，不能在鏈上轉(zhuǎn)移致板，也無法轉(zhuǎn)入交易所交易交煞。

階段 1 （2020 年）：啟動分片鏈

階段 1 將加入分片鏈組件，實現(xiàn) Beacon 鏈+分片鏈可岂。但該階段只是試運行分片結(jié)構(gòu)错敢，并不是真正的用分片實現(xiàn)擴展，Beacon 鏈將分片鏈區(qū)塊視為沒有結(jié)構(gòu)或含義的簡單比特集合缕粹。分片鏈此時依然沒有賬戶稚茅、資產(chǎn)和智能合約。

Beacon 鏈將支持 1024 條分片鏈平斩，每條鏈都有一組 128 個驗證者組成的委員會來驗證亚享。Beacon 鏈為每個分片在每個周期隨機選擇分片驗證者，分片驗證者通過「交聯(lián)」證明分片的內(nèi)容和狀態(tài)绘面。

需要指出欺税，在階段 0 和階段 1，以太坊 1.0 和以太坊 2.0 之間沒有數(shù)據(jù)流通揭璃，以太坊依然運行在 PoW 鏈晚凿。

階段 2 （2021 年）：啟動虛擬機層

階段 2 將加入虛擬機層，它是以太坊 2.0 的最后一個重要組件瘦馍。實現(xiàn) Beacon 鏈+分片鏈+虛擬機層的以太坊才是一個我們熟悉的完整的公鏈系統(tǒng)歼秽，以太坊 2.0 的可用性將在這個階段正式實現(xiàn)。

此時情组，智能合約被引入系統(tǒng)燥筷，資產(chǎn)也能夠在鏈上自由轉(zhuǎn)移；分片鏈從單純的數(shù)據(jù)標記器變成功能完整的區(qū)塊鏈院崇，交聯(lián)操作支持跨分片的通信肆氓；一些最常用的開發(fā)工具也可能被移植到以太坊 2.0，以支持 EVM2底瓣。EVM2 是以太坊新的虛擬機 eWASM谢揪，基于 Web Assembly，支持多種編程語言實現(xiàn)智能合約。

雖然以太坊的分片技術(shù)路線圖總共包括七個階段键耕，但在進入到階段 2 后寺滚，以太坊就將從 PoW 鏈遷移到 PoS 鏈，從 1.0 時代真正進入到 2.0 時代屈雄。

32 ETH 的船票貴不貴

以太坊 2.0 中的新資產(chǎn)叫 BETH村视，它有兩種生成途徑，一是由以太坊 1.0 中的 ETH 轉(zhuǎn)化而成酒奶，1ETH 生成 1BETH蚁孔；二是在以太坊 2.0 中質(zhì)押 BETH 參與 Staking，作為驗證獎勵生成惋嚎。

由于在階段 0杠氢，用戶可以在 Beacon 鏈存入 32 個 BETH 成為驗證者，姑且可以理解為花 32ETH 買張船票另伍，跟隨以太坊前往以太坊 2.0 新大陸鼻百。問題是，你愿意上船嗎摆尝？

鑒于在階段 2 之前 BETH 是不能在賬戶間轉(zhuǎn)移和交易的温艇，以太坊及其各種應(yīng)用也依然運行在 PoW 鏈上，所以當(dāng) Beacon 鏈上線后堕汞，用戶會把 ETH 轉(zhuǎn)化為 BETH 的唯一原因是用 BETH 參與 Staking勺爱，以獲得更多的 BETH。

根據(jù)之前的資料讯检，ETH 與 BETH 之間的轉(zhuǎn)換是單向的琐鲁，即只能通過合約用 ETH 生成 BETH，而不能把 BETH 重新?lián)Q為 ETH人灼。

這帶來的一個問題就是 1 枚 BETH 的價格上限為 1 ETH围段，BETH 永遠不會比 ETH 更值錢，因為 1ETH 還包含了一個從 ETH 轉(zhuǎn)為 BETH 的權(quán)利投放；同時奈泪，轉(zhuǎn)為 BETH 還意味著為期兩年的鎖倉期。

不過以太坊創(chuàng)始人 Vitalik Buterin 最近在一次討論中提到了 ETH 與 BETH 雙向兌換的可能性跪呈，以太坊聯(lián)合創(chuàng)始人 Joe Lubin 近日在接受采訪時也表示可能存在雙向機制。但雙向機制可能帶來一個新的問題：BETH 通過 Staking 增發(fā)取逾，但 ETH 不能參與這種增發(fā)耗绿，雙向兌換對以太坊 1.0 鏈上的資產(chǎn)是不利的。

以上兩種不同的方案會影響用戶把資產(chǎn)從 ETH 轉(zhuǎn)為 BETH 的動力砾隅，進而可能影響以太坊從 1.0 過渡到 2.0 的平穩(wěn)性误阻。用戶是否愿意把資產(chǎn)轉(zhuǎn)移到 Beacon 鏈這個問題會在階段 2 到來后變得嚴峻，以太坊采用的解決方案也許會在這兩年內(nèi)根據(jù)情況不斷地調(diào)整和變化。

既然轉(zhuǎn)換方案未定究反，我們不妨先看看用戶遷移資產(chǎn)的另一種決定性的動力：抵押 BETH 參與 Staking 的收益寻定。

至少在目前階段，用戶并不能通過加入權(quán)益池以任意數(shù)量的 BETH 參與進以太坊 2.0 的 Staking精耐，用戶只有在 Beacon 鏈上質(zhì)押 32 BETH （2^5）才可以獲得驗證者資格：用戶在當(dāng)前的以太坊 PoW 主鏈上發(fā)送 32ETH 至一個注冊合約狼速，合約會生成一個「驗證者委員會成員名片」，讓用戶成為以太坊 2.0 的驗證者卦停。

BETH 的質(zhì)押回報率如下表所示向胡，這是 Vitalik Buterin 今年 4 月發(fā)布在 Github 上的一份提案，并且已經(jīng)被添加到以太坊 2.0 的規(guī)范中：

如果總共質(zhì)押了 100 萬個 BETH （2^20）惊完，系統(tǒng)每年最多可增發(fā)約 18 萬個 BETH僵芹，質(zhì)押最大年回報率為 18.1%；如果質(zhì)押 1000 萬個 BETH小槐，每年最多可增發(fā)約 57 萬個 BETH拇派，最大年回報率為 5.72%；質(zhì)押上限為 1.34 億個 BETH （2^27）凿跳，此時每年最多可增發(fā)約 209 萬個 BETH件豌，通脹率維持在 2% 以下，回報率為 1.56%拄显。

以太坊基金會研究員 Justin Drake 認為 3000 萬個 BETH （2^25）的質(zhì)押是最有利于系統(tǒng)健康的苟径，此時通脹率維持在 1%，回報率為 3.3%躬审，假設(shè)每個分片每年平均消耗 1000BETH 的 Gas棘街，通脹率將降至 0.5%，質(zhì)押者的回報率將達到約 5%（鏈聞注：Drake 預(yù)估的是以太坊正式運行在 2.0 上時的最優(yōu)質(zhì)押率）承边。

這里有兩個指標可以用來做比較：一是如今以太坊上通過金融產(chǎn)品存入以太的回報率遭殉，二是 Tezos 與 Cosmos 等 Staking 項目的回報率。

驗證者需要投入的另一個成本是運營成本博助，但它似乎在可接受的范圍內(nèi)险污。

Ethhub 創(chuàng)始人 Eric Conner 在深挖以太坊 2.0 相關(guān)規(guī)范并同相關(guān)研究人員對話后，對驗證者年度運營成本的估計是：每個 Beacon 節(jié)點需要 120 美元富岳，每增加一個驗證器蛔糯，即每多質(zhì)押 32 BETH 時需增加 60 美元。

所以窖式，從回報率的角度來看蚁飒，用戶在階段 2 之前把 ETH 轉(zhuǎn)為 BETH 的動力可能主要取決于三個因素：參與 Staking 的 BETH 數(shù)量、ETH 與 BETH 之間的轉(zhuǎn)換方式萝喘、32ETH 的門檻淮逻。（鏈聞注：本文未涉及幣價波動這一影響因素）

不過無論 32ETH 的「船票」貴不貴琼懊，有兩類用戶可能都會在第一時間參與進以太坊 2.0，他們?yōu)橐蕴?2.0 的運行提供支撐爬早，即使 2.0 還沒有正式運行以太坊：

一類用戶是區(qū)塊鏈生態(tài)的參與者哼丈，尤其是以太坊生態(tài)的參與者，投入 32ETH 是有價值的筛严；一類用戶是以太坊一直以來的支持者醉旦，他們手中 32ETH 的「成本價」可能并沒有那么高，同時作為在未來也會長期持幣的用戶脑漫，用 BETH 參與 Staking 可以讓他們獲得更多的 BETH髓抑。

如何保證 PoS 鏈的安全性？

Beacon 鏈是 PoS 共識优幸，如果用戶缺乏動力把 ETH 轉(zhuǎn)為 BETH 參與 Staking吨拍，會不會影響以太坊 2.0 的安全性？

實際上网杆，以太坊 2.0 通過機制設(shè)計保證了自身較高的安全門檻羹饰。

首先是懲罰機制。如果驗證者有惡意行為碳却，比如同時給兩個區(qū)塊投票队秩，其質(zhì)押的代幣就會被罰沒。

如果以太坊 2.0 共識失敗昼浦，將意味著有 1/3 的活躍驗證者違反了消減條件馍资，也就是說，一次成功的攻擊伴隨著的是質(zhì)押代幣總量中的 1/3 被銷毀关噪，這是攻擊者要付出的成本——不同于 PoW鸟蟹，在 PoS 下「作案」是要把「作案工具」一并沒收的。

另一個使兔，是 Beacon 鏈的「驗證者集-委員會-證明者」的區(qū)塊驗證方式：活躍的驗證者構(gòu)成驗證者集建钥，該集的一個隨機抽樣子集形成委員會，委員會中的證明者對區(qū)塊簽名驗證虐沥。

即使驗證者集中有超過 1/3 的驗證者是不誠實的熊经，委員會被不誠實驗證者掌控（即不誠實驗證者超過 2/3）的概率也很低，并且隨著委員會驗證者數(shù)量的增加欲险，委員會被掌控的概率迅速降低镐依。

假設(shè)我們有 1000 位驗證者，其中 333 位是不誠實的天试，當(dāng)一個委員會由 1 名成員組成時槐壳，該委員會被不誠實驗證者掌控的概率是 33.3 % ；當(dāng)委員會由 13 名成員組成時秋秤，被掌控的概率則只有 10 %宏粤。

以太坊 2.0 在初始階段的委員會驗證者數(shù)量下限是 128 位，即使不誠實者控制了驗證者集中的 1/3灼卢，攻擊成功的概率也不到萬億分之一绍哎。

以太坊 2.0 如何實現(xiàn)隨機性鞋真？

在有效的機制設(shè)計下，影響以太坊 2.0 安全運行的最重要的一個因素就是隨機性涩咖，Beacon鏈諸多協(xié)議的執(zhí)行都是基于「隨機數(shù)」來完成的。因此檩互，我們簡單介紹一下以太坊2.0中隨機性的來源特幔。

以太坊 2.0 是通過 RANDAO + VDF （Verifiable Delay Function，可驗證延遲函數(shù)）來解決隨機性問題的蚯斯。

RANDAO 是一種生成隨機數(shù)的方式饵较，它會內(nèi)建在 Beacon 鏈的邏輯中拍嵌，參與者（此處就是驗證者）各自獨立提供一個隨機數(shù)，RANDAO 將這些隨機數(shù)相加得到一個新的數(shù)字循诉，并把該數(shù)字作為隨機數(shù)輸出横辆。

但 RANDAO 有一個缺點：最后一個公開隨機數(shù)的人是可以預(yù)測 / 操縱隨機數(shù)結(jié)果的。因為他知道前面全部的值狈蚤，所以能夠通過自己出隨機數(shù)還是不出來影響最終的輸出募疮。因此，我們需要在 RANDAO 之上加入 VDF阿浓。

VDF 簡化來講是指在輸入一個值后，需要運算很長的一段時間才能得出結(jié)果筋蓖，但這個結(jié)果是可以輕易被驗證的退敦。VDF 把 RANDAO 產(chǎn)生出來的隨機數(shù)作為種子去生成新的隨機數(shù)，而系統(tǒng)使用的是 VDF 提供的新隨機數(shù)瓮下。

因為 VDF 隨機數(shù)的計算時間足夠長（以太坊 2.0 中， VDF 為 102 分鐘）讽坏，最后一個公開隨機數(shù)的人是無法在自己提供隨機數(shù)的時間內(nèi)計算出結(jié)果的，也就無法通過自己的行為來影響最終的隨機數(shù)（以太坊 2.0 中迷捧，RANDAO 每 6.4 分鐘就完成一個隨機數(shù)的輸出胀葱，這個時間 / 過程也被稱為一個 epoch）。

RANDAO 的周期是 6.4 分鐘庆锦，VDF 的周期是 102.4 分鐘轧葛，因此以太坊 2.0 中會有 16 個 VDF 同時運行肥荔，為系統(tǒng)每隔 6.4 分鐘生成一個隨機數(shù)燕耿，Beacon 鏈將以此為基礎(chǔ)完成自己的工作姜胖。

需要注意的是，區(qū)塊鏈上的隨機數(shù)問題是個難題右莱，RANDAO + VDF同樣也需要被進一步驗證。

做個勇敢的探索者

以太坊 2.0 客戶端 Nimbus 的測試網(wǎng)已經(jīng)上線亚再，它被稱作 testnet0晨抡，運行了一條能夠在節(jié)點間同步信息的 Beacon 鏈，并且節(jié)點可以分布在遠程的設(shè)備上耘柱。

此版本設(shè)置了 400 個驗證者節(jié)點來維護網(wǎng)絡(luò)的運行，其中有 50 個驗證節(jié)點是留給「勇敢的探索者」的镜遣，任何人都可以加入士袄。這里我們提供一條小貼士：如果遇到問題谎僻，可以在 Status 的 #status-nimbus 頻道進行詢問寓辱。

使用 Go 開發(fā)的以太坊 2.0 客戶端 Prysm 以及使用 Rust 開發(fā)的 Lighthouse 都即將發(fā)布測試網(wǎng)。如果一切順利讶舰，Beacon 鏈，即階段 0 的以太坊 2.0跳昼，會在今年年底上線肋乍，就如路線圖中規(guī)劃的一樣。

幾乎所有人都尊重和喜愛以太坊堪伍，但人們也會談到它的「歷史包袱」觅闽。如果說以太坊是一艘船，它似乎是一艘笨重的船蛉拙，難以協(xié)調(diào)、行動遲緩吮廉。

但笨重的船也有它自己的優(yōu)勢畸肆，它有更完備、更安全的基礎(chǔ)設(shè)施轴脐、它有更堅持、更徹底的分布式路線令野，如果把目光放長遠徽级，這種船或許才是能承載更多生態(tài)、承擔(dān)更長旅程餐抢，最后到達未知大陸的船低匙。