以太坊2.0技术分享

到了2015年7月30日，以太坊Frontier网络发布。开发者们开始在Frontier网络上开发去中心化应用，矿工开始加入网络进行挖矿。矿工自身通过挖矿得到代币奖励，另一方面也提升了整网的算力，降低被黑客攻击的风险。

Frontier是以太坊发展过程中的第一个里程碑，它虽然在开发者心目中的定位是beta版本，但在稳定性和性能方面的表现远远超出了任何人的期望，从而吸引更多的开发者加入构建以太坊生态的行列。

2016年3月14日（π日），以太坊平台的第二个主要版本Homestead对外发布，同时也是以太坊发布的第一个正式版本。

2017年9月18日，以太坊开发团队开始测试「大都会」（Metropolis）版本的第一阶段：拜占庭分叉。2017年10月16日，主网在4,370,000区块高度成功完成拜占庭分叉。

此次硬分叉将为智能合约的开发者提供灵活的参数；同时，为后期大都会升级引入zkSnarks零知识证明等技术做了准备；延迟引爆难度炸弹，将冰河期推迟1年；挖矿难度显著降低，因此以太坊平台的交易速度会明显提高，对应的矿工们挖矿的收益从每区块5个以太币降低到3个。

2019年6月，「君士坦丁堡」硬分叉在 7080000 区块高度完成，升级中包括五项改进方案：

智能合约构建了以太坊丰富的DApp生态，让区块链更加落地，更加能与各行各业相结合，更加方便与物联网、大数据、人工智能、云计算这些技术相结合。

这也是以太坊区别于比特币即区块链1.0系统的最大魅力所在。

目前可能最成功的应用还是围绕着数字资产的金融生态，比如交易所。但是在资产交易之外，人们的探索也一直没有停止。

早在2017年，以摩根大通、芝加哥交易所集团、纽约梅隆银行、汤森路透、微软、英特尔、埃森哲等20多家全球顶尖金融机构和科技公司成立的企业以太坊联盟。

蚂蚁区块链的BaaS平台，微软云都是支持Quorum框架的。

那么，现在区块链的技术也遇到了瓶颈，也就是以太坊2.0概念被提出的原因。

主要的优化集中在三个方向：性能、隐私和手续费。

信标链，涉及核心部分、网络、签名方案和随机性。它在 Prysm Labs 创建的 Sapphire 测试网上运行。如果你有 Goerli ETH，则可以加入该测试网，质押gETH。

阶段1

是面向64条独立运行分片链的协议实现。每个分片都可以运行网络的一种状态。例如，你可以将 Maker 放在一个分片上，将其他 DeFi 应用放在另一个分片上，将 Eth1 链放在另一个分片上，将 Crypto Kitties 放在另一个分片上，依此类推……

阶段2

支持执行引擎，实现整个空间的交易和帐户模型。执行引擎使系统的复杂度最小。

不知道是否还会推出更多的后续阶段。尽管研究人员希望看到更多的 Eth2.0 分片链开发规划，但这一切仍处于发展的早期。

经过一段时间的开放讨论，以太坊的2.0技术也逐渐开始收敛：分片数量从之前的 1024 减少到 64，分片区块大小从（目标值 16，上限值 64）kB增加到（目标值 128，上限值 512）kB。分片总容量为 1.3-2.7 MB/s，具体值取决于时隙（slot time）。

如果需要的话，分片数量和区块大小可随时间的推移而增加，比方说 10 年后最终达到 1024 个分片，以及 1 MB 区块。

在 L1 和 L2 层实施了诸多简化方案：

接近中心化系统的性能，大家知道，Visa 网络目前平均TPS为2000。

当前每笔交易只需耗费16个gas /字节，因此每笔交易 gas 花费为 8.125*16=130 gas。由于每批次有2048笔交易，因此每批次的交易成本为130 * 2048 = 266,240 gas。

如果将15个批次插入以太坊区块，由于每个批次可容纳 2048 笔交易，这意味着我们可以让每个区块打包15 * 2048 = 30,720笔交易。

30,720个交易/ 15秒=每秒2048笔交易。

当然以上知识理论推导，还存在一些实际问题需要解决：每个 zkRollup 批次都需要简短的加密证明（zk-SNARK），以证明该批次中交易的完整性。事实证明，生成此证明的计算费用十分昂贵。这才是达到理论吞吐量限制的主要瓶颈。

目前使用一个 CPU 和三个 GPU，需要几分钟时间才能生成一个这样的证明。尽管通过并行计算可以显着改善性能，但是将证明生成时间从几分钟减少到几秒钟，同时保持合理的成本，仍然是一个重要的挑战。

最后，再讲一下零知识证明，它被用于保护区块链上的数据隐私，非常适合用于医疗行业的电子病历（HDR）场景。

1、Bulletproofs 和 Zk-STARKs 不需要可信设置，zk-SNARKs则需要可信设置；zk-STARKs：通过证明者与验证者之间的交互来执行，以一种有效的数学方法，使得验证者通过验证每一个步骤，最终确信证明者确实知道某个信息或者拥有某种权益。

其特点是：证明快、验证快，但证明体积大 SNARK指无需双方交互，证明人单方出具即可，不需要反复在双方之间传递信息。其特点是：证明慢、验证快，证明体积小。

2、证明速度对比：Zk-STARKs > zk-SNARKs > Bulletproofs

3、文件大小：zk-SNARKs < Bulletproofs <Zk-STARKs

简单一句话：Zk-STARKs 太大，bulletproofs太慢，优点是不用预装，zk-SNARKs最优。

透明设置：设置过程创建一个参考字符串，是公共的，但是并不会产生有毒废料。这类似于 zk-STARK 工作方式。Fractal、Halo 和 SuperSonic-CG 都使用了透明设置方式。这种方法的缺点是证明大小通常很大。Factal 和 zk-STARK 证明可能高达250kB大小，这对于区块链应用来说是不切实际的。

Fractal 团队告诉我，他们正在努力缩小证明的大小。Halo 和 SuperSonic 具有10kB甚至更小的证明尺寸。（注意：zk-STARK 是特定的零知识证明的名称，类似于 Groth16 或 Fractal）

通用设置：设置过程创建结构化字符串（structured reference string），会产生有毒废料，但创建不再局限于单一电路。相反，一个参考字符串可以与无限数量（具有一定上限）的任意电路一起使用。例如 Marlin、SuperSonic-RSA 和 Plonk。

仪式结束后，可以更新这三个构造的参考字符串以提高安全性：如果当前的有毒废料泄漏，则只需更新建立过程来再次保护系统。（一些通用的 zk-SNARK，例如 AuroraLight 和 Libra 使用静态不可升级的通用设置。我们不会在本篇博客中讨论这些内容）。

涉及到比较多的理论知识和算法，需要花点时间才能理解。不过重点还是建议放在这些算法有什么用途，以及如何使用上面。

这个我们平时软件开发的快速迭代是一个道理。唯一不同的是，以太坊是一个承载了千亿资产的金融系统，每次升级资产的安全性和服务的连续性没有收到丝毫的影响。这也是这个项目值得关注的原因。

Q2：方便简单介绍一下 solidity 语言吗？

答：solidity是一种语法非常类似javascript的以太坊特有的脚本语言。它有高级语言的大多数特性，最常用的操作就是对以太坊的账户，账户中的余额进行操作。

solidity非常适合用于实现数字资产，比如ERC20，ERC721，ERC777都是非常常用的数字资产类型。

之前非常热闹的币圈项目资产都是围绕ERC20在做文章，以以太猫为代表的区块链游戏则是利用了ERC721标准。

Q3：区块链平台的迭代，受到公众性的影响，不能太快太激进，比如会有分叉的问题，老师觉得这个问题未来能够解决吗？在软件平台上，通常会出现马太效应，也就是胜者通吃，现在以太坊位居平台第一，是否其他平台就没有机会了呢？非中心化，也就是DAO的理论，好像是从以太坊开始才渗透的，但实际上权力的集中会带来效率，这个问题怎么看呢？

答：首先，明确一点，区块链项目的成功不仅仅取决于技术。V神发文也提到，社区远比代码重要。代码只是实现社区治理和规则的工具。

在解决一些基本问题上，并不会用到很高深的技术。反倒是区块链中的智能合约和通证机制，是组织改进非常核心的内容。

区块链平台的迭代，现在可以说满足不少的应用场景了。但是以太坊是为全球用户服务，所以技术难度会更大。

我们研究区块链，还是更多放在如何将区块链技术落地，改造一个行业，或者解决一些核心社会问题，比如：医疗、教育等。

以太坊的DAO是非常好的思路，去中心化也是相对的，也就是多中心化。PoS的思想就是，干系人关系越大，投票的权重也越大。不是每人都可以投票。

Q4：请问王老师, 接下来以太坊生态中，对于普通的个人开发者，最大的机会在哪里呢？

答：我们面向的未来是一个可编程的社会，有大量的商业规则和逻辑需要转化为智能合约，人工智能解决了生产力的问题，区块链能够更加有效和公平地治理这些生产力。咱们开发者了解这些原理，就可以在具体的某个场景中，帮助实现这些逻辑，贡献社会价值。

当然区块链的底层也有很多技术挑战，但是这更加适合有一定学术研究基础的同学了。

技术参与建议还是放在区块链应用方向，区块链底层不太适合大多数人。

比如做区块链的工具就是很好的思路，像imtoken类似的引用。比如：etherscan这类。

Q5：DApp方向有什么好的建议吗？

答：广义上讲，我觉得有几个方向吧，一个是金融类，一个是个人信息类。金融就是数字资产的交易，投资，增值等，因为这个领域也越来越合规了，监管已经进来。个人信息的隐私保护，越来越被看重，个人信用、健康档案，个人消费画像，越来越需要恢复主权。

Comunion的DAO，这是一个非公司，但超越公司的组织。不同背景，不同角度的思想在一起碰撞，会产生非同一般的效果。

DAO的财务和人员管理，都是非常需要DApp这类工具帮助的。