REU:以太坊透析——可扩展性、ETH2.0和Ethereum发展前景_ETHER

扩容能力是什么？

Billions项目组简单地来说，可扩展性就是对系统增长能力的衡量。就比如，在计算中网络或服务器可以通过不同方法扩容来处理更多的需求。

加密货币中的可扩展性指的是区块链可扩展容纳更多用户的程度。其中的更多用户意味着区块链将涉及更多的操作和交易竞争。

Ethereum扩容必要性

Ethereum的拥护者认为互联网的下一次迭代将会在该平台上建立。而那时的Web3.0将带来一种分布式拓补结构，不再需要中间商、会更注重隐私性，并最终转向数据的自我拥有。而这些基础属性将通过分布式存储/通讯协议和智能合约式的分布式计算来构建。

而为了实现之这一目标，Ethereum需要在不损害去中心化的前提下，大规模提升网络处理交易的能力。目前，Ethereum并未像Bitcoin那样通过限制区块大小来限制交易量。而只是向区块中纳入了gaslimit。

比方说一个区块的gaslimit为100,000gwei，则当向该区块中提交10笔gaslimit为10,000，又或者是2笔gaslimit为50,000的交易时，任何其他的交易都需要等待下一个区块。

福布斯：美国SEC对ICO的监管仍模糊不清:福布斯今日刊文称，尽管ICO已不像2017至2018年那样为主流，但美国证券交易委员会(SEC)仍对未经许可的证券发行行为保持警惕，最近针对BitConnect的行动就是证明。 然而，尽管SEC的意图是好的，但其发出的信息仍然模糊不清。这给那些希望以合规方式通过代币销售筹集资金的公司带来了麻烦。对于希望参与ICO的投资者来说，了解这种新颖的融资方式所带来的持续风险是很重要的。[2021/6/3 23:06:46]

对于每个人都在使用的系统来说，这并不理想。而且当未决交易数量超过区块可用空间，就会很快出现积压。同时gasprice价格也将上涨，此时人们就不得不支付更高价格来使自己的交易被优先处理。也就说繁忙的网络会使得特定用例中的操作变得非常昂贵。

当初风靡一时的CryptoKitties游戏则是Ethereum网络局限性很好的示例。2017年，基于Ethereum的游戏CryptoKitties吸引了大量用户在网络中进行交易来进行虚拟猫的繁殖。而迅速的普及也使得待处理交易火箭式上升，最后导致了网络的极度拥堵。

Blockchain可扩展性三角困局

从表面上来看只要提高区块的gaslimit就可以缓解所有可扩展性问题。也就是上限越高，网络在固定时间范围内就可处理更多的交易，对吧？

遗憾的是，除非牺牲Ethereum的某些关键特性否则这是不可行。VitalikButerin提出了BlockchainTrilemma来解释区块链必须达到的微妙平衡。

福布斯：已有几位Sushi持有者对Chef Nomi发起集体诉讼:9月7日消息，几位寿司币持有者已对Chef Nomi本人发起了集体诉讼。由于这位创始人依旧保持匿名，目前尚不清楚FBI和IRS是否会介入。与此同时，就接管SushiSwap后对SushiSwap的计划一事，FTX创始人兼首席执行官Sam Bankman Fried（SBF）在接受采访时表示，首先是确保迁移有效地发生，然后是多重签名转换，在那之后，我就不控制这些密钥了。一旦迁移发生之后，我会有很多想法，我会希望SushiSwap做些什么，比如与保证金交易、借贷业务组合在一起，并在Serum上构建。但SBF强调不会单方面地这么做，这将由社区来决定会发生什么。（福布斯）[2020/9/7]

区块链三角困局：扩容、安全区块链三角困局：扩容、安全和去中心

上述三个特性中只能取其二。例如Ethereum和Bitcoin等区块链都将安全性和去中心化放在了首位。它们的共识算法确保了网络的安全性，但其中的网络是由成千上万的节点组成，所以降低了网络的可扩展性。由于接收和验证交易都是由众多节点来完成的，所以相比于中央式方案要慢得多。

另一种情形则是移除区块的gaslimit，这样的网络则同时具有安全性和可扩展性，但不再是去中心化。

声音 | 福布斯：这一次的比特币牛市与2017年截然不同:比特币自今年年初以来已经增长了40%，并且突破1万美金大关，但是数据表明，这次的牛市与2017年的牛市截然不同。加密货币分析公司Glassnode data表示，过去6个月，比特币交易所的存款大幅下降，表明比特币的最新一轮涨势并非由散户投资者推动。Glassnode在推特上表示：“在去年夏天的上涨中，我们看到每日存款超过6万的峰值，这可能是投资者获利回吐的结果。从那以后(比特币交易所的存款)减少了近60%，降至2.5万美元。”

在2017年比特币的大幅上涨达到顶峰时，比特币交易存款数超过了比特币价格，Glassnode记录的每日交易存款约为20万。然而，尽管比特币价格上涨，但今年的存款量继续下滑，导致许多比特币和加密货币交易商和投资者将最新一轮牛市归因于人们期待已久的机构投资者大举买入比特币。加密货币对冲基金Adaptive Capital合伙人Willy Woo表示：这一次突破是真正的突破，基于基本面的投资活动支撑着比特币1万美元的价值。[2020/2/10]

此时单一区块中将包括更多的交易，最后形成更大的区块。而网络中的节点仍需定期下载和广播区块，所以就需要大量的硬件基础。也就是说，当gaslimit提高时，节点验证、存储以及广播区块的难度将会增加。

在此过程中无法跟上节奏的节点将会退出。假如此种方式持续下去，则仅会有少部分强大的节点幸存，而这就导致了系统的更加中心化。最后你会得到一个安全且可扩展的区块链，但并会去中心化。

声音 | 福布斯财务委员会成员：Ripple有很多产品可以提升XRP的价值 但没人知道XRP可以达到什么水平:福布斯财务委员会成员David Gokhshtein发推文称，Ripple公司将尽一切可能使XRP有价值。他们有很多很棒的产品(如:xRapid)可以提升它的价值。但是没有人知道它会达到什么水平。[2019/7/29]

最后一种情况是，区块链选择了去中心化和可扩展性。也就是网络牺牲了共识算法来实现更快的速度和去中心化，而结果却是安全性降低了。

Ethereum的交易处理率

最近这些年，Ethereum的TPS很少会超过10。对于一个计划成为“世界计算机”的平台来说，这个数字低得惊人。

可扩展性解决方案一直都是Ethereum发展过程中重要部分。而Plasma就是解决方案的一种。该解决方案旨在帮助Ethereum及其他区块链网络提高效率。

Ethereum2.0

Ethereum的确具有很大潜能，但并不能掩饰其存在的局限性。之前我们也已经讨论过在可扩展性方面的局限性。简言之，如果Ethereum想成为新经济体强有力的支柱，则它就必须每秒处理大量的交易。而鉴于网络的分布式特性，导致该问题很难解决，而且多年来Ethereum的开发者们也致力于该难题解决方案研发。

一方面，为了保持网络的去中心化特性，必须设置一定限制。然而当运行节点的操作条件越高，网络中的参与者就会越少，而网络也将逐渐中心化。所以提高Ethereum处理交易的能力时节点的负担就会增加，从而威胁到网络的完整性。

现场 | 福布斯中国CEO：区块链技术的发展及应用，国外的成熟度远高于国内:金色财经现场报道，在今日举办的2018全球媒体峰会上，福布斯中国CEO李思卫发表题为《媒体如何助力区块链行业》的演讲，他表示，区块链是第五次改革，区块链技术的发展及应用，国外的成熟度远高于国内 。[2018/7/19]

Ethereum以及其他PoW加密货币的另一弊端是，它们都是资源密集型。也就说为了能在区块链上成功添加区块，就必须进行挖矿。而此种区块添加方式则需要大能耗快速计算。

为了解决上述局限性，遂提出了一系列升级计划，统称为Ethereum2.0。一旦全面实施，则将会有效提升网络的性能。

Ethereum分片

通过以上理解我们知道，每个节点都会存储区块链副本。而每个节点也都将随着区块链的变化而更新，这一过程将消耗巨大宽带和可用内存。

而如果使用名为“Sharding”的方法，则该过程就可避免。通过名字就知道该过程是将网络划分为不同节点子集，也就是所谓的shards。每一个分片都将处理自己的交易和合约，同时也会按照要求与其他网络的分片进行通信。并且由于每个分片都将独立验证，所以它们不需要存储其他分片的数据。

2020年3月的网络VS实施分片的网络“分片”是一种复杂的扩容方式，需要大量的设计和实施工作。然而，倘若成功实施，则网络的吞吐能力将会以数量级提升。

EthereumPlasma简介

EthereumPlasma是一种链下扩容解决方案。顾名思义，也就是将交易脱离区块链以便于提高网络吞吐量。此时的它就与侧链和支付通道有些相似。

通过Plasma，侧链就可以与Ethereum区块链主链锚定，并保持一定程度的通信。它们的运作大体上是独立的，也就是用户依靠主链来解决争端，靠侧链来完成他们的活动。

Ethereum扩容成功的关键在于减少节点必须存储的数据量。Plasma方案则允许开发者在主链的智能合约中规定“子链”的一些规则。之后就可以将主链上昂贵的操作转移到“子链”完成。

以太坊rollup介绍

Rollups类似于Plasma，他们都是将交易从主链中脱离，以此实现以太坊的扩容。那么，他们都是如何运作的呢？

通过在主链上的单个合约中，持有二级链上的所有资金，并保持该链当前状态的加密证明。二级链的运营者在主网合约中存入保证金，并确保仅将有效的状态转换提交给主网合约。基于当前的思路，由于该状态是在链下维护的，因此无需将数据存储在区块链上。但是，Rollups与Plasma的主要区别是将交易提交给主链的方式。Rollups使用特殊的交易类型，这种方式可以汇总海量交易，并将其捆绑在一起成为特殊的区块，称为Rollup区块。

有两种不同类型的rollup：Optimistic和ZKRollup。两者都通过不同方式保证状态转换的正确性。

ZKRollups使用一种被称为零知识证明的密码学验证方式进行交易提交。其中一种较为特别的方法被称为zk-SNARK。我们无法得知它工作的具体细节，但是会明确它的确被Rollups所使用。这是一种可以让互不认同的双方互相证明自己所拥有特定的信息，而又不不需要互相透露该信息是什么的方式。

就ZKRollups而言，这种信息是提交到主链的状态过渡。这样做的一个很大好处是，这个过程几乎会立即发生，而且几乎没有机会提交损坏的状态。

优化滚动牺牲了某些可调整性以获得更大的灵活。通过使用一个名为优化虚拟机(OVM)的虚拟机，这些虚拟机允许智能合约在二级链上运行。另一方面，这种方式不会有加密证据提交给主链，证明该状态过渡是正确的。为了缓解这个问题，会稍微将状态进行延迟，支持用户质疑和否定提交到主链的无效区块。

Ethereum权益证明机制

权益证明是工作量证明替代方案，用来验证区块。在PoS系统中新区块并不是通过挖矿来获得，而是通过铸造来完成。矿工不再需要通过算力来竞争。现在的候选区块是由周期性随机选择出的节点来完成验证的。如果操作正确，则该节点将会获得区块中所有的交易费用，有时也可能根据协议获得区块奖励。

由于PoS过程中不涉及采矿，所以它被认为是一种环境友好型方案。验证者消耗的能量相比于矿工要少得多，结果就是可以在消费级硬件上铸造区块了。

Ethereum2.0的升级过程中，会通过名为Casper的更新将PoW变革成PoS。目前确切的日期还未知，但第一次迭代可能会在2020年推出。

EthereumStaking

在PoW协议中，网络的安全性由矿工来保证。其中的矿工并不会作弊，因为作弊只会白白浪费电力而并不会获得任何奖励。在PoS中并不存在此种博弈关系，而是通过其他加密经济学措施来确保网络安全。

在PoS中防止不诚实行为的不是能源浪费风险而是资金损失顾虑。验证者需要抵押一定数量的代币才可能获得验证权。如果节点试图作弊，则他所质押的代币将会被销毁，而如果该节点无响应或脱机则质押代币也将逐渐耗尽。

Ethereum中所需ETH质押量

想获得验证权的最低质押量为32ETH。此高额设定可有效的防止51%攻击。

Ethereum中ETH的质押收益率

收益率的大小并不固定。因为收益不仅取决于你抵押的代币量，还受到网络中总ETH质押量以及通货膨胀率的影响。粗略估算，目前年收益率大约为6%。当请记住，这个数字也只是现在，并不代表未来。

质押锁定期

想要取回ETH时，就会被放入到一个取款队列。如果不排队的情况下，最短的赎回时间为18个小时，且时间会根据当时正在取款的人数动态调整。

质押安全性

因为你是负责网络完全的验证者，所以需要将各种风险考虑在内。如果验证节点长时间离线，则将会损失很大一部分押金。而当你的押金低于16ETH时，就被会被移出验证者集合。

还存在另一个系统性风险因素。权益证明机制之前未在大规模网络上实施，所以不能保证它不会出现崩溃。软件总是存在缺陷和漏洞的，而且可能会造成毁灭性影响，尤其是质押价值达到数十亿美元的时候。

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