GOS:详解以太坊2.0如何与1.0合并_BTC

(图片来自：tuchong.com)以太坊1.0和以太坊2.0客户端的关系

自从Vitalik在2019年12月提出一个早期eth1<->eth2合并替代方案之后，研究人员一直在进行积极讨论，以从软件的角度来考虑这种合并的可能形式，而对于原型设计的期望，也是愈发变得更强。我们的愿景是创建一个混合体，其中核心共识工作是由以太坊2.0客户端管理，而状态/区块则由一个以太坊1.0引擎管理，而它们一起构成了eth1+eth2组合客户端。本文旨在更明确地区分eth2客户端和附属eth1引擎之间的职责，以便为会话、规范编写及原型提供更好的基础。注意，文章并不会定义协议的具体细节，并且文中包含的任何示例，都只是用于帮助描述及后续讨论。而要理解本文的内容，前提条件是需要你基本熟悉以太坊2.0以及无状态以太坊的概念。分工明确

eth1+eth2的合并目的，是在升级的以太坊2.0共识环境中利用现有以太坊1.0的状态、生态系统以及软件。概括地说，我们今天所认为的eth2客户端会处理核心PoS以及分片共识。本质上，eth2协议及eth2客户端被设计成非常擅于在一堆“东西”上产生及达成共识，而这些东西，就是很多充满数据和状态的分片链。与当今eth1的PoW共识层相比，eth2的“共识层”要先进的多，同时也复杂的多。今天，eth1客户端具有相对简单且较薄的共识层，它只有一条链，并且PoW可处理协议外硬件中的大部分复杂性。eth1客户端的大多数复杂性及优化，都位于用户层。当eth1作为一个分片被纳入eth2时，这种关注点分离就可实现很好的配对，eth2客户端可以处理PoS和分片共识的复杂性，而附属eth1客户端可以成为eth1引擎，它可以处理状态、交易、虚拟机以及更接近用户层事物的复杂性。最小的改变，实现本地通信

如何将eth1和eth2客户端软件组合在一起，有很多可能的途径，但在本文当中，我们会重点介绍一个最具微创性和和模块化的方法——一种eth2客户端与简化eth1引擎之间的本地通信协议。考虑到eth1和eth2客户端实现的多样性，这种方法可以防止客户端软件在任一侧锁定，允许客户端团队保持独立，并专注于他们自己的研发工作，使软件项目在很大程度上保持稳定，以便进行快速原型制作。那它会是什么样子的呢？大致上，一个eth1+eth2组合客户端会是下面这个样子的：

其中eth2引擎和eth1引擎一起运行，通过eth2客户端驱动的RPC进行本地通信。两者都会维护自己的p2p接口，连接到对等方并处理与每个特定域相关的网络协议。以太坊2.0客户端

信标链和信标状态；分片链；Mempool操作、存款、退出出口等）P2P接口；RPC到eth1引擎；以太坊1.0引擎

EVM虚拟机；eth1状态；交易存储池Mempool；P2P接口；来自eth2客户端的RPC；共识

从核心共识的角度来看，eth2客户端负责并推动信标链、数据分片链以及eth1分片链的构建。eth2客户端通过RPC直接提供有关eth1引擎关于eth1分片链和核心共识的任何知识。具体来说，附加的eth1引擎必须能够访问eth2客户端，因为它不能维护自己的共识。在今天以太坊的PoW中，eth1客户端检查工作量证明，形成一个树状结构，并运行分叉选择规则来查找链的顶端。在eth2中，这些机制要大不相同，这需要对eth2的核心共识有深入的了解。eth2客户端提供有关eth1分片链头部的最新信息，以便eth1引擎可以维护eth1状态的准确视图。由于eth1引擎完全依赖eth2客户端推动共识，因此我们提议eth2客户端与eth1引擎之间的通信，都是eth2客户端调用的eth1引擎上的所有方法。这将强制执行一个leader/follower关系，以降低系统推理的复杂性，并限制eth1引擎所需的业务逻辑。从eth2客户端和核心共识的角度来看，eth1分片链的处理，几乎与所有其他分片链完全相同。主要区别在于，可以针对eth1引擎执行分片区块内容，因此eth1分片区块数据的格式必须与eth1相关，并且必须针对此成功执行进行额外的验证。状态

eth2有一种与核心共识相关的状态，这就是所谓的“信标状态”。信标状态数据很小，它包含了理解核心共识及如何处理分片链所需的所有信息。事实上，要处理分片链中与共识相关的部分，客户端必须能够访问信标状态。eth2的状态不会一直和用户层状态交互，其交互最多的是分片链数据的可用性。实际的用户层数据根位于该分片链数据中，对于eth1分片链，则为当前以太坊用户状态根。下面讨论了和eth2客户端相关的eth1状态的不同情况：1、没有eth1引擎的eth2客户端核心eth2协议可以在没有附加eth1引擎的情况下运行。单独的eth2客户端可以遵循信标链和分片链。而没有eth1引擎，客户端将无法执行无状态eth1分片区块，因此无法完全验证它们或从中获取任何有用的用户信息。不过，根据对eth2核心共识和验证者的假设，eth1分片链的头部仍然可以安全地找到。2、带无状态eth1引擎的eth2客户端要运行一个验证者节点，必须使用附加的eth1引擎运行eth2客户端。这可以通过无状态的方式完成，因此eth1分片区块具有可用于执行的验证数据。信标委员会可以通过对eth1引擎进行无状态调用，来检查分片区块数据的可用性及关于eth1的数据有效性。除了验证者外，很多用户/应用程序节点也可能使用无状态或半状态的eth1引擎运行。使用瘦eth2客户端，来跟随eth1分片链的头部，并以无状态或半无状态的方式与其交互。3、带有状态eth1引擎的eth2客户端要运行可产生eth1分片区块的验证者，必须使用附加的eth1引擎和完整的eth1状态运行eth2协议。然后，可以使用本地状态和交易存储池按需形成新的有效区块。除验证者外，很多用户/应用程序节点也可能使用完全有状态的eth1引擎运行，例如区块浏览器、存档节点、状态提供者等。网络

为简单起见，eth2和eth1最初会维护它们各自独立的网络堆栈和协议。为了响应责任转移，开发者已不赞成使用某些现有的eth1协议，取而代之的是eth2协议。在初始原型设计阶段之后，或者在更进一步的阶段，可能需要将eth1协议迁移到libp2p以统一网络堆栈，但这不是必须的。eth2客户端和eth1引擎可以访问相同的discv5DHT，但是可独立地找到具有适当功能的对等节点并独立地维护连接。ENR

eth1+eth2组合客户端会使用一个ENR，因为节点位于具有多个功能的逻辑网络标识之后。eth1功能由ENR中的现有ethkey表示。eth2功能在ENR中用eth2key表示。每种协议的存在，都意味着节点能够且愿意识别底层网络协议的类别。Wire协议

1、eth2协议1、eth2请求/响应；2、核心共识gossip；2、eth1协议1、eth1wire协议的子集2、NOT；3、为什么eth2客户端会处理eth1区块gossip?eth2专门用于处理分片区块的生产、gossip以及验证。我们的目标是让eth1分片成为标准分片，并尽可能与其余分片保持一致。关于核心共识，与其他分片相比，eth1区块的主要区别在于针对eth1引擎执行/验证区块内容的能力，当验证者正在将eth1分片区块叉联到信标链时，eth2客户端将再次调用eth1引擎来执行和验证该区块。当有状态的eth1+eth2组合节点收到新的eth1分片区块时，eth2客户端将再次调用eth1引擎，以验证该区块并更新本地状态存储。交易gossip和存储池mempool

eth1引擎几乎会以当前以太坊相同的方式，维护用户交易gossip以及eth1交易储存池。同样的网络协议和本地机制，可以用于gossip及存储池的维护，为区块的生产做好准备。主要的区别在于如何确定已用交易的知识，以及如何将存储池用于区块生产，但这些可以说是位于存储池外部的一个层中。eth1分片区块是从附属eth2客户端提供给eth1引擎的。包含在这些区块中的交易，应该以类似于当前以太坊主网PoW区块的方式从存储池中清除。eth1分片区块是根据附属eth2客户端，通过存储池mempool的内容生成的。此RPC方法和基础功能类似于getWork，但将返回完整的区块内容，而不仅仅是一个哈希值。区块生产

在eth2协议中，所有区块必须由PoS验证者根据核心共识进行生产及签名。为此，eth2客户端最终要负责所有区块的生产。对于信标区块和非eth1分片区块，eth2客户端具有生成有效区块所需的一切。对于eth1分片区块，eth2客户端立即/随时访问eth1状态、交易和其它底层eth1结构，以生成有效区块。相反，当指定验证者生成eth1区块时，eth2客户端从eth1引擎请求一个可行的eth1区块数据。然后，eth2客户端将此eth1区块数据打包到完整的分片区块中，并将该区块广播至网络。eth1引擎之所以能够生成有效/可行的eth1区块数据，是因为它采用了今天以太坊主网所使用的相同方式来管理eth1交易存储池，并且它通过eth2客户端的更新来维护eth1头状态的最新信息。下一步该怎么走？

如果这一总体设计被大家认同，那接下来的步骤包括：确保有关eth2客户端驱动eth1引擎的假设与现有eth1软件一致，并且不会给现有eth1软件带来意外的负担；更明确地定义用于驱动eth1引擎的通信协议，例如new_head(block)、validate_block_transition(block)、get_proposal(parent_root)等；定义网络组件，例如需要eth1协议的哪一个子集，如何具体使用ENR；扩展以太坊2.0阶段1规范原型！本文经作者DannyRyan授权翻译。

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