在一篇文章中理解以太坊：过去、现在和未来

以太网络

早在 2013 年，BTC 程序员、BTC 杂志发行人 Vitalik Buterin 就发表了“以太坊”白皮书。 以太坊的目标是将区块链技术的应用扩展到支付之外。

以太坊是一个通用的区块链。 与许多其他区块链一样，它是开源的、公开的并拥有自己的货币：以太币或 ETH。 通用区块链意味着拥有一个去中心化平台，该平台提供开发人员可用于创建智能合约的编程语言。 智能合约运行在网络的每个节点上，使得开发分布式应用程序 (DApps) 成为可能。 这些Dapp继承了区块链技术的显着特点，即不可篡改、透明、可靠、安全。

以太坊编程语言

Solidity 是以太坊上的主要编程语言，由 Gavin Wood 博士创建。 它是一种面向对象的高级编程语言，可用于智能合约开发，深受 Python 和 JavaScript 语言的影响。 这是有意为之的，以便开发人员可以轻松地直接开始开发智能合约。

Solidity 是一种“图灵完备”语言以太坊正规吗，这意味着它具备开发复杂用例的所有能力。 相比之下，BTC 的编程语言 Scrypt 在设计上并不是“图灵完备”的。 Solidity 是最流行的智能合约编程语言，每个开发人员如果想开始开发智能合约，都应该学习它。

Vyper 是以太坊团队创建的另一种编程语言，在以太坊虚拟机（“EVM”）上运行。 它旨在简化编写智能合约的过程，同时使它们更易于阅读。 它与 Solidity 的主要区别在于 Vyper 不包含一些面向对象的功能，这使得 Vyper 更安全，因为开发人员犯错和引入错误的空间更小。

天然气和以太坊价格

Gas 是衡量在以太坊网络上执行交易的成本的单位。 智能合约每次运行交易时，都会消耗 Gas。 这些 Gas 需要在交易运行时输入到智能合约中。 支付Gas的方式是使用ETH。

以太坊面临的问题和挑战

以太坊面临的主要问题是可扩展性。 该网络被称为“世界计算机”，但它目前每秒只能处理大约 15 笔交易，而像 Visa 这样的私营公司每秒可以处理多达 45,000 笔交易。 如果以太坊要实现大规模采用，这是一个需要解决的问题。

为了说明为什么这个问题很重要，我们可以看一下 CryptoKitties 的例子。 2017 年，该项目非常受欢迎，以至于在智能合约上执行的交易堵塞了网络。 结果，处理交易有相当大的延迟。

此外，安全一直是以太坊的一大难题。 主要是因为一些项目的开发实践不佳，导致被黑和资金流失。 以太坊需要工具来为开发人员提供更好的智能合约安全性，同时又不影响其 Solidity。

ETH 的价格和 Gas 的成本使得交易过程如此脆弱，以至于在某些情况下不值得这样做。 特别是对于以太坊验证者来说，他们目前要花费大量的电力来运行节点和 PoW 共识算法，而在这个过程中，他们得不到多少回报。

DApp 的大众认知度和用户体验差是未来需要解决的问题，是实现大规模应用的关键。

以太坊的现状

以太坊生态系统在过去几年中一直在稳步增长，尽管它仍然存在许多问题。 ETH 是全球市值第二大的数字资产。 Solidity 是最流行的开放式区块链编程语言，拥有最突出的开发者社区（项目健康状况的指标）。 平台拥有的开发者越多，可以在其上开发的项目就越有价值。 这些年，我们看到以太坊上涌现出很多优秀的项目，当然也不乏劣质项目和纯骗局项目。

2017年，我们看到项目数量大幅增加，主要体现在初始币融资热潮和牛市。 但现实情况是，这些项目中只有少数能够存活下来，而且未来几年会越来越少。

大众还没有采用DApps，主要是因为平台不成熟，大众对这项技术缺乏普遍的了解。 尽管如此，在过去的一年里，还是有不少与游戏、博彩、金融相关的项目发展迅速，并获得了良好的用户基础。

资料来源：stateofthedapps.com

资料来源：stateofthedapps.com

以太坊发展阶段

以太坊的发展计划分为四个不同的阶段。 每个阶段都旨在引入更多功能和解决问题。 每个步骤还包括“子版本”，即所谓的“硬分叉”，它以向后不兼容的方式更改功能和特性。

以下时间表是以太坊开发的最初计划阶段：

区块#0——边境

这是以太坊从2015年7月30日到2016年3月的初始发展阶段。

区块#200,000——冰河时代

Ice Age 是一个“硬分叉”，它引入了指数级的难度增加，以便在一切就绪时促进从 PoW 到 PoS 的平稳过渡。

区块 #1,150,000 — 家园

以太坊第二阶段于 2016 年 3 月启动。

区块#1,192,000——DAO

臭名昭著的 DAO 案例。 这是一个硬分叉，补偿了 DAO 黑客攻击的受害者，并导致以太坊和以太坊经典分裂成两个对立的系统。

区块 #2,463,00 — 橘子哨子

另一个硬分叉，用于更改某些 I/O 繁重操作的气体计算，并在利用这些操作的低气体成本进行 DoS 攻击后清除累积状态。

区块 #2,675,000 — 伪龙

硬分叉解决了DoS攻击问题，同时彻底清除了其他状态。 此外，它也是一种防止重放攻击的保护机制。

区块 #4,370,000 — 拜占庭大都会

这是以太坊开发的第三阶段，于 2017 年 10 月启动。拜占庭是 Metropolis 两大分支中的第一个。

第 7,280,000 号区块——君士坦丁堡

这是 Metropolis 阶段的第二次硬分叉以太坊正规吗，于 2019 年 2 月完成。硬分叉还包括其他修改，以解决代号为 Petersburg 的安全问题。

区块#9,056,000——伊斯坦布尔

这是另一个硬分叉，计划于 2019 年 12 月 4 日激活，其中将包括更多安全修复和从 PoW 算法转向 PoS 算法的激励措施。

宁静——以太坊 2.0

Serenity 是以太坊开发的最后阶段。 它将引入以太坊 2.0——一个新的以太坊区块链，完整的 PoS 集成，并引入一个新的以太坊虚拟机，以及许多细节上的其他变化。

关于 Serenity 何时上市，已经有很多讨论和谣言。 这个巨大的阶段将分为不同的子阶段：

宁静路线图

阶段 0：信标链（Q1/2020） 阶段 1：分片链（2021） 阶段 2：新的以太坊虚拟机 eWASM（2021） 阶段 3：持续改进持续发展（2022）

以太坊 2.0

“以太坊 2.0”一词描述了来自 Serenity 的所有更新，这些更新将使以太坊更具可扩展性、速度更快，并且区块链的状态更好。 正如以太坊研究员 Danny Ryan 所说，以太坊 2.0 的主要设计目标是：

系统弹性：目标是在节点大规模宕机或全网分裂肢解的情况下，仍能保持系统正常运行。 安全性：目标是通过加密和设计机制，让尽可能多的验证节点在单位时间内充分参与验证。 简单性：系统的复杂度越低越好，甚至可以为此牺牲一些效率。 持久性：尝试为您的系统选择量子安全组件。 如果暂时无法保证组件是量子安全的，请选择易于更换的组件。 当将来有量子安全组件时，这些临时组件可以很容易地用量子安全组件替换。 去中心化：目标是让普通笔记本电脑能够处理/验证复杂度为 O(1) 的分片任务和复杂度为 O(C) 的资源（包括信标链验证等任何系统级验证）。 这将允许更多低端设备参与网络。

要了解这一切是如何工作的，让我们看看每个 Serenity 阶段的细节：

Phase 0：信标链信标链

信标链将是一个独立于以太坊区块链的区块链。 这条新链将采用权益证明 (PoS) 共识算法，该算法将与主要的工作量证明 (PoW) 以太坊区块链并行运行。 最初，为了简单起见，区块链不支持智能合约或账户。

在撰写本文时，以太坊正在使用“工作量证明”(PoW) 共识算法，与比特币使用的算法非常相似。 在以太坊中，这种算法的名称是 Ethash。 在信标链上，我们将看到一种新的 PoS 算法，称为 Casper。 用 Casper 取代 Ethash 的计划在过去几年里被推迟了好几次，需要一些干预来化解困难并推迟 PoW 被淘汰的时间。 现在我们终于有了信标链。

PoS的简短描述：

根据 PoS 共识机制，区块链跟踪一组验证，任何持有区块链底层数字资产（在本例中为以太币）的人都可以通过发送特定类型的交易将其以太币锁定在存款验证中。 验证者轮流对下一个有效区块提出建议和投票。 验证者投票的权重取决于他们存款（股份）的大小。 如果大多数验证者拒绝他们构建的区块，那么验证者就有可能失去他们的保证金。 相反，对于每个被大多数人接受的区块，验证者会收到与其股份成比例的小额奖励。 因此，PoS 通过奖励和惩罚机制迫使验证者诚实行事并遵守共识规则。

ETH2：新的以太币

第一阶段的另一个特点是引入了 ETH2，这是一种在新信标链上验证的新资产。 这个新的 ETH2 将作为验证信标链上交易的奖励而创建，任何 ETH1 都可以购买。 最初，没有办法将 ETH2 从信标链中移除。 如果有人要成为新链的验证者，他们至少需要 32 ETH 来抵押原始链。

第一阶段：分片链

分片是一种可扩展性技术，允许事务并行发生。 这是为了通过将网络划分为碎片来帮助扩展交易，允许网络同时处理许多交易。

Vitalik Buterin 表达了以下对“分片”的看法：

“想象一下以太坊被分裂成数千个岛屿。 每个岛都可以做自己的事情。 每个岛屿都有自己独特的特点，每个人都属于那个岛屿。 例如，帐户可以相互交互，他们可以自由地享受它的所有功能。 如果他们想与其他岛屿接触，他们将不得不使用某种协议”。

分片将在信标链上引入，初始大小约为 100。验证者将从他们自己的分片中验证交易，在第一阶段，他们不会批准任何智能合约、账户或资产。

虽然分片会带来更多的可扩展性，但也有一些问题需要考虑。 验证者需要验证一小部分交易，这使得 51% 攻击更容易，因为它们只需要 51% 的计算能力（或权益）而不是整个网络。

这种技术还可以导致更大的中心化，因为每个分片都可以由一小组验证者进行验证。 看看这个阶段是如何实现的将会非常有趣，因为它仍然需要进行彻底的测试，以确保所有验证者都是随机选择的，以避免中心化和任何风险攻击。

第二阶段：新的以太坊虚拟机 eWASM

什么是EVM

以太坊系统上的所有节点都需要运行智能合约来执行区块链上的最终交易。 以太坊虚拟机 (EVM) 允许执行这些智能合约。

EVM 是以太坊网络的心脏，是智能合约部署和执行的核心。 它可以被认为是一个包含数百万个可执行对象的全球分布式计算机，每个对象都有自己的永久数据存储。 从技术上讲，它是基于堆栈的机器语言指令执行。 智能合约以“高级”语言（如 Solidity）编写，并编译为字节码以在 EVM 上执行。

当前 EVM 的问题

当前 EVM 的主要问题之一是它按顺序处理交易。 随着 PoS 和分片的变化，交易需要并行处理，而当前的 EVM 不适合这样做。

新EVM

新的 EVM 称为 eWASM，代表 Ethereum WebAssembly。 WebAssembly 是一种开放标准，它为可执行程序定义了一种可移植的二进制代码格式。 EVM 的这种新架构将提供更好的性能，并可能支持新区块链上的智能合约、账户、状态等。 eWASM 的开发目前处于非常早期的阶段，计划于 2021 年发布。目前，仍需要进行大量研究。

第三阶段：持续改进持续改进

“持续改进”是一个代号，涵盖了前面阶段以及后续阶段的所有未来更改、修复和改进。 不幸的是，关于这一阶段的信息不多，因为它最初计划于 2022 年启动。我们所知道的是将实施以下技术：

跨分片交易； 轻客户端； 超级方块图； 建立更紧密的联系；

以太坊 2.0 对加密经济意味着什么？

了解以太坊 2.0 最重要的一点是它不是一夜之间发生的变化。 最初的发布计划分为 4 个阶段，但没有人说开发会就此停止，或者在此过程中不会有延迟和更改。 每个软件都没有最终版本，总有需要改进和修正的地方。

以太坊是密码学领域最重要的项目之一，也是许多其他项目所依赖的。 它得到了开发社区和企业的大力支持。 有很多人对以太坊的未来投入巨资，所以对它的压力很大。 如果这个团队成功实现这一目标，我们将拥有一个完全可扩展的通用区块链，它将更接近以太坊最初的口号：“全球超级计算机”，并将向世界展示“区块链梦想”是可能的。这将吸引更多的开发者并在此基础上继续打造明星项目。

关注未来几年以太坊 2.0 的发展是了解以太坊 1.0 区块链上的当前项目将如何迁移到新链以及加密空间将发生的重大变化的关键。 只有时间才能证明这些事件将在何时以及如何发生。