【比特币行情】以太坊2分析

原标题：《热点丨以太坊2.0与其他Layer 1扩容方案有何异同？》

作者：米卡洪卡萨罗

译者：李瀚波

概括

大多数下一代区块链的第 1 层以并行架构扩展，根据如何处理跨分片通信安全性将交易处理分配到不同的节点，这称为分片互操作性。分片生态系统的挑战在于它们破坏了可组合性 - 除非智能合约部署在同一个分片或区块链上，不能同步调用

大多数著名的下一代区块链项目都计划使用并行扩展架构进行扩展。 在以太坊 2.0 和 NEAR 的情况下，它被称为分片，而在 Polkadot 和 Cosmos 的情况下，它通常被称为区块链之间的互操作性。

从自上而下的角度来看，这些解决方案中的每一个看起来都很相似。 交易由不同的验证器集合处理，不同环境之间有一些类似的通信方式。 这与以太坊 2.0 上的分片和 Cosmos 上的特定应用链相同。

设计中的一些权衡

共享安全与主权：每个节点从一组全球验证者那里获得安全性，或者负责自己的安全性。

异质性与同质性：每个连接的分片与其他每个分片一样，或者连接的链可以具有不同的属性（例如不同的共识机制或支持的编程语言）。

以太坊 2.0

以太坊 2.0 中的分片基于在分片之间划分交易处理和存储需求的简单目标。 在当前版本的以太坊中，每个节点都需要验证所有交易并存储以太坊的所有历史信息。

实际上，这意味着从充当以太坊 2.0 验证者的权益证明节点中，一个子集被分配给一个分片。 随机选择一个领导者来承担类似于比特币工作量证明中获胜矿工的角色——生产一个区块，而其他验证者组成的委员会证明该区块的有效性。

一旦委员会证明了一个区块的有效性，它就可以被纳入“主链”（Beacon Chain）。 该证明将存储在信标链中，而不是存储分片的整个交易历史记录。

委员会为分片块创建时间框架，称为“时隙”。 32 个时隙形成一个“纪元”，之后委员会解散，分片由新参与者重新组成。 每个纪元的第一个时隙是一个检查点，可以在此确定之前的块。 纪元每 6.4 分钟循环一次。

拆分验证器似乎会产生明显的安全问题。 例如，如果有 64 个分片，则全球验证者集将被分成至少 64 个委员会——可能使每个分片具有相对较少的验证者。 此外，单个分片上交易数据的损坏可能会产生巨大的后果。 如果其他分片基于虚假交易，整个系统就会崩溃。

解决方案是随机抽样和定期轮换验证者。

每个分片委员会必须至少有 128 名成员，如果您从世界各地随机选择验证者，则所选验证者的分布服从二项分布。 例如，如果您假设 150 名成员是从全球贡献者池（ETH 2.0 代币持有者）中选出的，并且具有 75% 的诚实度，那么该分片也是诚实的概率为 99.999999998%。

不频繁的随机抽样提供了一种新的攻击方法，其中验证者知道在给定时间段内他们在哪个分片上，并且可以开始贿赂同一分片上的其他委员会成员。 采样是有开销的，因为每次一个验证器被选到一个新的分片时，他们都需要下载整个分片的数据。

波尔卡圆点

以太坊 2.0 使用共享安全性，ETH 持有者在同一分片上验证交易。 Polkadot 也实现了共享安全，但使用不同的分片，允许每个分片有自己的代币和治理规则。

通常，这些分片或平行链是建立在区块链开发框架 Substrate 上的。 如果一条链决定连接到中继链，DOT 持有者将成为平行链的安全提供者。 如果一条链想要成为 Polkadot 共识的一部分，他们必须通过拍卖租用一个平行链插槽。

Polkadot 使用一种称为提名权益证明 (NPoS) 的变体。 提名人是投票给验证者的 DOT 持有者。 目前，该网络在启动阶段正在从 20 个验证器扩展到 100 个验证器。

连接到中继链的每个平行链都有收集人，他们运行平行链的完整节点并将其交易打包到块中。 然后将这些块提交给已分配给给定平行链的中继链上的验证器。 与以太坊 2.0 类似，这些验证器会定期随机轮换到新的平行链。

如何激励这些验证者取决于平行链——例如，给定平行链的验证者可以通过给平行链它的原生代币来激励。 收集人为平行链的验证人提供最近状态转换的 Merkle 树——区块链中给定区块的排序摘要和唯一指纹。 然后，中继链验证器检查区块是否遵循平行链的状态转换规则。

需要注意的是，Polkadot 不保证状态的有效性，只检查状态转换。 实际上，这意味着当一条平行链加入 Polkadot 的共识时，它之前的状态被认为是有效的。

一旦分配给平行链的验证者就状态转换有效达成共识，他们就会构建一个最终包含在中继链状态中的“候选收据”。 在中继链上，最终区块的估计时间为 12-60 秒。 Polkadot 还在研究一种跨链消息传递协议，该协议允许平行链无需通过中继链即可进行通信。

与以太坊相比，赋予平行链对自己的代币负责的权利带来的一个不同是，平行链上的交易费用可以定制。 平行链可以在系统内选择自己的费用，而中继链的安全和资源通过拍卖机制支付。

宇宙

Cosmos 与 Polkadot 和以太坊相比，采用了“最轻”的跨链通信方式，将自身安全与整个系统的安全分离。 Cosmos Hubs 仅验证连接的区块链之间的消息。

Cosmos SDK 是一个框架，用于构建可与 Cosmos 生态系统的其余部分互操作的特定于应用程序的区块链（或区域）。

连接到 Cosmos Hubs（通过 IBC 协议）的特定于应用程序的区块链旨在保持完全主权。 设计目标是主权增加代币持有者对其协议的决策权。 如果发现错误或需要新功能，可以在不说服另一个链代币持有者的情况下引入。

例如，如果 MakerDAO 今天遭到黑客攻击，MKR 持有者将不得不说服 ETH 所有者分叉区块链。 这样做的门槛比 MakerDAO 是自己的区块链要高得多。

Cosmos 的特别之处在于为开发人员增加了灵活性——他们可以完全控制他们想要的虚拟机、共识机制或治理方法。 Cosmos 需要的只是一个轻客户端证明。

然而，Cosmos 模型要求市场在应对失败风险方面发挥更大的作用。 例如，锚令牌的快速确认版本可能与同一令牌的较慢版本具有不同的价格。 从本质上讲，安全可以作为资产而不是区块链设计来定价。

NEAR协议

NEAR 协议的分片设计（Nightshade）与以太坊 2.0 具有相同的核心属性。 NEAR 持有者负责所有同构分片的安全。 两者的主要区别是 Near 取消了信标链。

NEAR 没有主链，而是包含承载所有已发生交易的块的单链。 然而，在物理上，每个验证者只维护与他们验证的交易的一个分片（“块”）对应的状态。

块中的事务分配在不同的块中。 该块本身仅包含这些块。 与 Polkadot 和以太坊 2.0 主链和分片链有两个独立的共识进程运行不同，NEAR 只有一个共识进程来维护链。

这是通过将验证器分配给块生产和分片的某些子集来实现的。 在这些分片中，验证者轮流生产区块。 每个区块生产者然后等待区块生产者向他们发送该区块的纠删码版本——然后用于创建下一个区块。

NEAR 在接收交易的合约之间保持快速的跨分片调用。 当交易影响另一个块的状态时，收据将发送到区块链。 每个区块观察最近的区块和分配给它们的收据，并将这些收据应用到它自己的交易中。

问题是 NEAR 必须以某种方式确保收据实际被区块应用——否则，一个区块将执行交易并将其包含在一个区块中比特币扩容方案有哪些方式，但另一个区块不会。 这将导致块破坏链的其余部分。

为了对抗无效区块的产生，NEAR 采用了渔夫系统，其中有一个挑战期，任何人都可以对一个区块发起挑战。 在此期间，任何诚实的验证者都可以提供某个区块无效的证明。 然后这个证明被下一个区块的区块生产者验证，不诚实的区块生产者的 NEAR 被部分削减。 在这种情况下比特币扩容方案有哪些方式，整个 NEAR 区块链将恢复到最新的有效状态。

NEAR 的权衡是当前设计最多可以处理约 200 个验证器，而以太坊可以让任何拥有 32 ETH 的用户作为验证器（数百万个验证器）。 这是因为块生产者和块生产者之间的持续通信要求（目标是 2-3 秒之间的块时间）。

然而，NEAR 的分片设计的主要优势在于，与以太坊 2.0 和 Polkadot 相比，它的实现相对容易。

综上所述

分片或类似区块链生态系统的问题在于它们限制了可组合性。 不能支持不同合约的交互和交易的升级。 权衡之后，Cosmos 的跨链交易可能是最慢的，而具有同质安全性的分片链是最快的。

由于可组合性有限，像以太坊 2.0 这样的分片设计确实提供了潜在的巨大可扩展性。 以太坊 2.0 将分三个阶段推出，最后一个阶段将启用智能合约。 但是在第二阶段之后，使用以太坊作为数据层，可以通过Optimistic或者ZK Rollup将交易处理能力提升到每秒50000笔交易。

总的来说，这些 layer1 结构中的每一个都比现在更具可扩展性。 但是，值得注意的是，它们也高度相似。

不同区块链之间的显着差异可能更多地与时间有关——即项目何时能够推出与以太坊竞争的版本。 今天，大多数项目都建立在以太坊上，因为它是可用的，所有资产和其他开发人员都在那里。

如今，以太坊用户为常见的智能合约交互支付 10-50 美元的 gas 费用，并且提供更多交易处理的竞赛正在进行，无论是 layer1 还是 layer2 扩展解决方案，例如 Optimistic 和 ZK Rollup。 现有的高 gas 费用可能是启动另一个成功生态系统的最佳机会。 到目前为止，只有比特币和以太坊链出现了有意义的提升。

“无限智能合约功能”论点的一个有趣例外是，有目的地限制这些功能可能有利于区块链安全。

成功的应用可以依赖区块链的安全性，因为它们除了可以验证链上交易获取利润之外，还可以参与其他项目——例如通过恢复区块链的历史进行盈利交易，从而为DEX做贡献仲裁。 Cosmos 上的特定应用程序区块链可以消除部署无许可代码的能力，从而消除这种寄生攻击向量。

不同区块链应用程序的架构在最终状态下会是什么样子尚不清楚。 可能是应用程序与其他应用程序分离并通过跨链协议进行通信，也可能是一些一起使用的应用程序存在于同一个分片上——而更多不频繁的通信留给跨链或分片协议。 同一个应用程序甚至可以在许多分片或区块链上分叉。