本文講的是通往以太坊的未來之路。Eth2 開發(fā)者團隊將當前的以太坊稱為 “eth1”，也就是現(xiàn)在我們所熟知的 PoW 鏈。而未來的以太坊既不是 eth1，也不是 eth2，而是...以太坊：

讓我們來梳理一下現(xiàn)在的以太坊：

用戶想要做一些事情 (“進行交易”)，因此將其交易發(fā)送給礦工，礦工把它們打包成塊并添加至一條不斷增長的鏈中。礦工運行 PoW 共識機制 [1]，以決定誰來添加下一個區(qū)塊， 并執(zhí)行區(qū)塊中的交易，以確保交易是有效的。

PoW 也不全是糟糕的，但我需要一個吸引人的題目

PoW 需要大量硬件運行密集的計算，造成了過高的能量消耗。我們并不會像大多數(shù)加密貨幣批評者那樣談論資源浪費 (他們通常的說辭是“為什么我們要用一種消耗國家資源的支付系統(tǒng)”?)，我們所倡導的是，既然我們能夠以相對較小的消耗去做同樣的事情，那我們就應該這樣做。

所以我們選擇向 PoS 過渡，僅用一個小型服務器代替大量的挖礦設備，用驗證者代替礦工。

那第二步是怎樣運作的?驗證者到底在驗證什么?

共識層確保每個人就某個正確的數(shù)據(jù)達成一致。而執(zhí)行層實際上會解釋這些數(shù)據(jù)，使其有意義。“數(shù)據(jù)”即與區(qū)塊鏈任何形式的交互，如，部署一個合約、在交易所進行交易、發(fā)送支付交易等等...

區(qū)塊鏈的核心是在鏈中添加新的區(qū)塊。當有新的區(qū)塊添加時，該區(qū)塊之前的狀態(tài)會向區(qū)塊后的狀態(tài)遷移。這個狀態(tài)匯總了從區(qū)塊 0 到 N 的所有數(shù)據(jù)。

例如，如果該狀態(tài)保存著記錄 Alice 和 Bob 余額的賬本，而新區(qū)塊包含了 Bob 向 Alice 支付 10 代幣的記錄，那么這個新區(qū)塊被添加至區(qū)塊鏈之后，狀態(tài)將會記錄新的余額信息。“State after block N+1” (區(qū)塊 N+1 之后的狀態(tài)) 那個圖中右邊的虛線斑點就代表著添加了新區(qū)塊之后的變化，這時可能會修改現(xiàn)有狀態(tài) (例如，Alice 和 Bob 的余額)，或創(chuàng)建新的狀態(tài) (部署一個新的合約，或將 Carol 添加到賬本...)

第一步將共識層與執(zhí)行層解耦;第二步從 PoW 向 PoS 轉移

Rollups 和 eth2 主要為了解決上圖計劃中的第一點：去除共識層與執(zhí)行層的相關性。那么這項工作的進展如何?

自 2020 年 12 月以來，我們同時擁有著兩條鏈在進行：

• 第一條，是 PoS-共識鏈 (又名，信標鏈)
• 第二條，是我們可靠的 PoW-共識+執(zhí)行鏈 (又名，eth1)

他們同時運行，但他們也可以相互通訊。但是，目前還沒有實現(xiàn)這種功能...

想要成為 PoS-共識的驗證者，PoW-共識+執(zhí)行鏈上的用戶需要在存款合約中鎖定 32 ETH，這會自動轉移到 PoS-共識鏈中。一旦驗證者被激活，他們就可以開始驗證工作和獲取獎勵了。

這種無法通訊的情況希望不會持續(xù)太久。“合并”將 PoS-共識鏈和 PoW-共識+執(zhí)行鏈永久地橋接起來，也就是說驗證者可以為執(zhí)行層生產區(qū)塊。合并后，我們擁有兩種鏈：

• PoS-共識鏈
• 一條基于 PoS 的執(zhí)行鏈 (即 “eth1” 鏈)

合并之后，PoS-共識鏈的驗證者將能夠贖回以及提現(xiàn)他們的質押存款和獎勵，并將其發(fā)送回到基于 PoS 的執(zhí)行鏈中。[2]

因此我們需要從 PoW 環(huán)境中轉向完全成熟的 PoS 環(huán)境。但是請注意，這一轉變并沒有怎么提高區(qū)塊鏈的帶寬 (一個區(qū)塊打包多少執(zhí)行交易)，這是分片要解決的問題。在此之前，讓我們來討論一下，當我們只有一條執(zhí)行鏈時，有哪些方法可以提高執(zhí)行的可擴展性。

說到 rollups，這是眾多可用的擴容解決方案之一，但從協(xié)議設計的角度來看，這種解決方案可能提供了最優(yōu)的折衷方案。這種方案的想法很簡單：通過將數(shù)據(jù)存儲在鏈上 (這些數(shù)據(jù)用于重建狀態(tài)轉移的執(zhí)行) 來綜合地處理狀態(tài)轉換，并且將狀態(tài)的執(zhí)行放到鏈下。如果有人不同意執(zhí)行的結果，或者有人一開始就忘記執(zhí)行，數(shù)據(jù)就在鏈上供所有人使用 (可以重新計算)，這是完全無需許可的!

更準確地說，執(zhí)行所需的數(shù)據(jù) (交易輸入) 與其載體 (交易) 分離，并以節(jié)省空間的方式 “捆綁”起來。同時，rollups 在執(zhí)行鏈 (eth1) 之外運行，提交并執(zhí)行數(shù)據(jù)。

用戶需要往執(zhí)行鏈 ("eth1") 上的 rollup 合約質押一筆資產，才能夠進入到 rollup 里，用戶可以在里面進行交易。完成之后，用戶可以將資產從 rollup 中轉回到執(zhí)行鏈中。

Rollups 的替代方案是什么?大家看一下上圖，讓我們來假設一下，如果我們用一串串平行的紅色來代替那些垂直的黃色鏈會怎樣?比如說，如果我們復制了幾條 eth1 鏈，然后它們之間并排運行會怎么樣?

這里的問題是如何處理并行運行的多個執(zhí)行鏈。如果某條鏈上發(fā)生了什么事情，而其他人需要知道怎么辦呢?這是分片面臨的一個非常棘手的問題，或者說對于在多個鏈中執(zhí)行的方案來說都需要克服的問題。

"Rollups 之間并沒什么不同"，讀者可能這么認為，本質上來說這沒什么錯。但是當你想要從一個 rollup 轉到另一個 rollup 上進行交易時，同樣棘手的問題又出現(xiàn)了。然而，關鍵在于，現(xiàn)在已經存在幾種 rollup 設計了，并且這些解決方案的可探索空間仍非常廣泛。既然如此，為什么不讓 rollups 先進行試驗，然后再引入一種協(xié)議級別的方法呢?

這讓我們來到了...

讀者應該聽說過區(qū)塊空間不足的事吧?Rollups 確實需要發(fā)布它們的數(shù)據(jù)，但是 eth1 區(qū)塊空間十分稀缺!而且，就像我們所討論過的，跨分片是非常難的。那為了解決這個問題，我們可以用分片來保存 rollup 需要發(fā)布的數(shù)據(jù)。屆時很可能會有 64 個分片，即現(xiàn)在可用帶寬的 64 倍。而且一個分片區(qū)塊可能會比 eth1 鏈區(qū)塊當前能夠容納更多的數(shù)據(jù)量。

我需要強調一下，這并不意味著我們將永遠排除執(zhí)行分片這個方案。以 rollup 為中心的以太坊路線圖是我們中短期的發(fā)展目標，直到我們找到更好的加密基元，以保證能夠實現(xiàn)跨多條鏈的執(zhí)行分片。這個方案很吸引人，需要團隊很多人花費很長的時間去研究。與此同時，我們可以使用 rollups。

這方面還有很多工作要做!首先我們不要忘記，“合并”和“數(shù)據(jù)分片”都是非常復雜的工作，需要多個團隊同時從事其中一項或兩項工作。但在 rollup 方面，也仍有一些有趣的問題有待探索，我僅列出了一部分：

• 實現(xiàn)用戶和 rollups 之間的大規(guī)模遷移是一個很酷的概念。如果用戶有足夠多的公共交通工具令其往返 Layer1 (eth1) 和 Layer2 (rollups)，那么為什么還要自己開車往返呢?這非常不經濟。
• 如果用戶覺得可以在另外一個 rollup 上做一些更酷的東西 (ta 所在的 rollup 是沒有的)，難道 ta 一定得先提現(xiàn)至 L1，然后再從 L1 中存款進這個 rollup 中嗎?這未免太浪費了。
• 對于當前的鏈上操作來說，rollups 極大地提高了網絡帶寬，這是毫無疑問的。但是 rollups 仍不是用戶所期望的無限高速公路那樣。仍有很多人想要在 rollups 上做很多事情，有時甚至是同時做的!因此 rollups 將不可避免地面臨擁堵問題，但與 L1 這個尤其擁堵的市場不同 (很快就會上線 1559 了)，rollups 的可探索空間更加廣泛。
• 說到擁堵問題，雖然這更特定于協(xié)議層面，但是我們還將看到 EIP-1559 扮演交通警察的角色，來規(guī)定每個數(shù)據(jù)分片上發(fā)布多少數(shù)據(jù)，確保驗證者可以處理這個數(shù)據(jù)量。如果讀者覺得 eth1 上運行 EIP-1559 很酷，那么請期待屆時會在 64 條分片鏈上同時運行 1559。那么，rollups 應該在哪里發(fā)布它們的數(shù)據(jù)呢?是僅發(fā)布在單個分片上，使數(shù)據(jù)僅在該分片上可獲取?還是說發(fā)布在多個分片上，這樣就可以受益于計劃推出的“錯開分片區(qū)塊生產” (shard staggering) 方案?這個方案由 Vitalik 提出，即分片輪流出塊，這樣發(fā)布數(shù)據(jù)時，距離新區(qū)塊的生成時間為幾百毫秒以內，這對于需要“快速敲定”的應用來說是理想選擇。

特此感謝 Danny Ryan 和 Sacha Saint-Leger 的建議。

[1] 我聽說 PoW 不是一種共識算法，但我認為如果使其定義超載了，將其描述為共識機制是沒有問題的。

[2] PhiGo 在推特寫道，合并后 (PoW 退出以太坊) 不一定就可以提取質押存款。的確，目前合并計劃更專注于合并部分，而“提款”問題是一項獨立但相關的研究工作。