以太坊核心开发者大会：深入探讨以太坊合并及其演变

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此更新与之前的更新有些不同。首先，我决定搬到 Mirror 发布更新。将这个平台用于 1559 NFT 项目是一次很棒的体验，我一直在寻找再次使用它的机会。我会在 HackMD 上保留一份更新列表，以便在一个地方轻松找到它们。

其次，由于我们目前的重点是 The Merge，因此本文并不是真正的“更新”，而是深入了解当前架构选择的路线图演变。几周后，会有一篇类似的文章详细介绍以太坊网络在合并后的运作方式。

合并史前史

此次合并会将以太坊当前的工作量证明 (PoW) 共识算法转换为在信标链上运行的权益证明 (PoS) 机制。该设计是“以太坊2.0”路线图多次迭代的结果。让我们回顾一下过去几年路线图的变化。

第 0、1、2 阶段

几年来，权益证明和分片是相互独立开发的。在 2018 年台北的一次研讨会上，决定将两个研究计划统一为一个三阶段的“以太坊 2.0”路线图。 Ben Edginton 在本文中对研讨会和当时的总体思路进行了很好的总结。正是在这次活动中，Hsiao-Wei 展示了现在广为人知的“以太坊2.0”的草图：

来源：docs.google.com/presentation/d/1G5UZdEL71XAkU5B2v-TC3lmGaRIu2P6QSeF8m3wg6MU/edit#slide=id.g3c326bb661_0_298

此图显示了当时新路线图的每个阶段将交付的内容：

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分片数量最初设置为 100，然后增加到 1024，最近减少到 64。

早期合并

随着信标链的工作于 2018 年启动，很明显，这个三阶段的以太坊2.0 路线图需要几年时间才能完全交付。随着使用以太坊的人数迅速增加带来的日益增长的痛苦，这带来了工作量证明区块链研究计划的复苏。在 Devcon IV 2018 上，创造了“以太坊 1.x”一词来涵盖这些研究计划。其中最重要的是无状态以太坊，这是一种从网络中移除未访问状态以限制状态膨胀率的范例。

一方面，越来越多的人关注使 PoW 链的长期可持续发展，另一方面，开发者意识到信标链可以与以太坊相提并论2.0路线图的其余部分是较早实现的，将两者结合起来产生了“早期合并”提案。该提案将现有的 EVM 链启动为以太坊 2.0 系统的“分片 0”。这不仅会加快向 Proof of Stake 的迁移，而且还会使向应用层的过渡更加顺畅，因为迁移到 Proof of Stake 不需要在应用层迁移。

该提案提出后不久，Danny Ryan 在他的文章“Eth1+Eth2 客户端关系”中探讨了如何利用现有的 Eth1 客户端实现早期合并。这将大大减少交付合并系统和利用客户端的开发工作，因为 Eth1 客户端已经在主网上进行了实战。沿着这条路走下去也会给研究人员更多的时间来解决第 1 阶段和第 2 阶段的开放问题（见这里），以及无状态的以太坊（这仍然是一个非常活跃的研究领域）。

以汇总为中心的路线图

即将结束 2020：阶段 0 至此，进度为 99%，信标链即将上线。虽然 Phase 1 的工作进展顺利，但 Phase 2 仍有许多未解决的问题，将在 Phase 1 引入的 shard 上实现计算功能：

同时，rollup（如二层扩容方案）在这方面正在发生非常迅速的进展。几个团队已经宣布了他们进入测试网的计划，并取得了令人鼓舞的早期结果。

大约在这个时候，Vitalik 在以太坊魔术师论坛上发表了一篇长文，认为我们应该将中短期扩展工作重点放在汇总上。他们不仅会在阶段 2 完成之前上主网，而且将是阶段 1 的最大受益者。Rollup 产生大量数据，分片可以为它提供比 EVM 链更低的消耗存储。以下是文章截图：

这种方法将以多种方式影响 0-2 阶段路线图。方法如下：

研究界迅速围绕该提案团结起来，并在一个月内发表了一篇 ethresear.ch 文章，详细介绍了当前的合并计划！

当前和未来的路线图

可执行信标链

当前合并的架构由 Mikhail Kalinin 于 2020 年 11 月首次发表，在“Executable Beacon Chain Executable Beacon Chain”中进行了详细描述。简而言之，它融合了以太坊多次迭代的见解2.0 路线图：

Mikhail 提议的一个重大变化是，与其将当前的 EVM 链设为“0”分片，不如直接连接到信标链。

这是一个简单但重要的见解——Eth1 执行层客户端的构建方式使得共识算法可以互换。主网使用工作量证明，而测试网和私有以太坊网络使用权威共识算法证明（clique、IBFT 等）。

在文章中，Mikhail 提出直接使用 Proof of Stake 作为客户端使用的新共识算法。换句话说以太坊合并，将当前的工作量证明链与信标链合并。 Trent Van Epps 的下图很好地说明了这种变化：

来源：twitter.com/trent_vanepps/status/1415741658067517441/photo/1

这种方法将最大限度地减少客户端团队在 PoW 链上要做的工作，同时仍然带来“早期合并”和“以汇总为中心的路线”[1] 的所有好处。

人造丝计划

为了验证可执行信标链架构的可行性，该客户端在为期一个月的名为 Rayonism 的黑客马拉松中进行了原型设计。

在几周内以太坊合并，Eth1 和 Eth2 客户端的各种混合组合作为合并客户端在 EVM 上运行交易，通过信标链达成共识。

概括地说，当前的 Eth2 节点成为网络的共识层，当前的 Eth1 节点作为其执行层。共识层的功能扩展为向执行层发送最新的链头信息，向执行层请求区块。执行层仍然负责处理区块、广播交易、存储和管理状态以及处理 JSON RPC 请求。

该实验验证了可执行信标链的架构是健全的，并且可以用作过渡到权益证明（现在称为合并的过程）的基础。

PoW -> PoS 过渡

Rayonsim 项目中没有测试的是从真正的 PoW 网络到工作 PoS 网络的过渡。经过几次迭代，现在已经大致确定了一个规范。

为了实现从工作量证明到权益证明的过渡，需要在客户端中设置一个 TERMINAL TOTAL DIFFICULTY。当发现区块上的难度超过工作量证明链的难度时，客户端将进入过渡模式，并开始听取权益证明层的信息以达成共识一旦共识层敲定的区块难度超过 TERMINAL TOTAL DIFFICULTY，执行层将完全停止监控和广播 PoW 区块信息。至此，合并完成！

对于应用程序，这对合同和用户没有影响。有一些操作码需要更新，但仅此而已。对于信标链节点运行器，需要在合并中选择执行引擎。同样，如果您在工作量证明网络上运行节点，则需要在合并中选择共识客户端。随着合并的进行，您可以期待多个开发人员测试网、教程和会议来讨论这些问题。

下一个作品

虽然合并的总体计划已经敲定，但客户团队在接下来的几个月里还有一长串要做的事情。大部分要做的事情都可以在这里跟踪，值得注意的包括识别合并的同步协议、为整个过程设置创建集成测试、在开发人员测试网上上线并在不利条件下运行它们，以及为过渡期做准备。为各种意外情况做好准备。

如果要深入了解实际规范，EIP-3675 ​​详细说明了实现层客户端所需的更改，而共识规范中的合并文件夹详细说明了共识层的更改。

当事情稍微稳定下来后，期待另一篇深入探讨以太坊客户端在合并后如何工作的文章。感谢阅读，我们下期再见！