以太坊目前面临的主要问题

比特币诞生至今已有 10 多年。 它的出现和发展，也让我们看到了其背后区块链技术的强大。 比特币虽然不断受到攻击和诟病，但它顽强地生存了下来，获得的全球共识越来越广泛，尤其是在这一轮牛市中，不仅有大量全球顶级投资机构入场，一些国家已经开始进入市场。 例如，萨尔瓦多已经采用比特币作为本国的法定货币。 除了萨尔瓦多，越来越多的国家支持比特币。

比特币之所以能够顽强生存，与区块链技术的去中心化、反监管等特性有关。 比特币确认和交易确认由分散在世界各地的节点共同完成。 某个节点由于某种原因被迫关闭，不会影响比特币网络的整体运行。 比特币向我们展示了去中心化网络的力量。

尽管比特币获得的全球共识越来越广泛，但其定位基本围绕数字资产（称为数字黄金）展开。 与传统的中心化资产相比，比特币是一种去中心化的数字资产。 资产的典型代表，只要你有私钥，任何人或组织都无法没收或扣押你的比特币。 这与中心化资产有着根本的区别。 正如李先生所说：比特币是人类历史上第一次通过技术手段实现了私有财产的神圣不可侵犯。

比特币的出现和发展，让更多人了解了其背后的区块链和数字资产技术。 比特币是区块链技术最早也是最成功的应用，但强大的区块链技术不仅仅用于以比特币为代表的数字货币资产，它还有更广泛的用途。 比如被誉为“世界计算机”的以太坊的出现，再次见证了区块链技术的强大。

以太坊的诞生，开启了智能合约时代。 以太坊和比特币虽然都是区块链技术的典型应用，都是去中心化理念的产物，但它们的定位和发展方向却截然不同。 它从不同的方向向我们展示了去中心化的力量和魅力。

数字资产法律专家（曾在多家律师事务所担任合伙人）、区块链早期投资高素质蓝领（孙明）曾表示，如果将比特币定位为“数字黄金” “，它将被用作价值储存。 随着资产的路径越来越牢固，以太坊等区块链试图提供超越公司的新的生产关系、组织形式和商业模式，改变社会经济运行的范式。

在以太坊开创的智能合约时代，服务端和客户端可以直接通过智能合约进行交互，大大减少了中间环节，节约了社会运营成本，提高了运营效率，优化了社会资源，改善了生产关系。 ，并重建信任机制，降低信任成本，从传统的人与人之间的信任模型转变为机器之间的信任模型，让用户进行可信、可追溯的交易。

以太坊的出现是划时代的，以太坊的发展将向我们展示区块链技术巨大的应用空间。

以太坊生态大爆发

纵观最近的两次大牛市，基本上都与以太坊息息相关，甚至可以说是以太坊起家的。 2017年的大牛市是由1C0引爆的，而2020年发起的大牛市是由DeFi引爆的，无论是1C0还是DeFi，都是从以太坊开始和爆发的，就连现在的热门赛道NFT也是从以太坊开始的第一的。

在以太坊生态中，很多优质项目都是从2017年的1C0开始的。1C0改变了传统的融资模式，当然也充满了骗局。 技术是一把双刃剑。 作为一种中立的技术，以太坊极大地扩展了它的应用边界。 项目方可以通过以太坊的1C0发行代币，进行快速融资，从而有充足的资金发展自己的项目，个人投资者也可以享受到项目发展带来的收益。

虽然1C0后来被多国禁止，但确实在一定程度上丰富了以太坊的生态。 许多经典的 ETH DeFi 应用都是通过当年 1C0 的孵化开发出来的。

随着以太坊的不断发展，其应用范围也越来越广。 各行各业的不同类型的 DApp 已经开始出现在以太坊上。 去年 DeFi 的爆发让以太坊再次受到市场关注。

从某种程度上说，去中心化金融DeFi的爆发是必然的。 毕竟区块链技术和金融有着内在的关联，区块链技术在金融领域更容易落地。 当前的Uniswap、Compound、MakerDAO、AAVE、Synthetix等经典DeFi应用也是诞生于以太坊，然后在这些经典DeFi应用的基础上又诞生了很多衍生的DeFi应用。 生态发展的越好，基础设施越完善，就会出现更多的DeFi应用，从而进入良性循环的状态。

以太坊通过DeFi极大地促进了区块链技术应用的大规模落地，更多实用的DeFi开始出现在以太坊上。 例如以太坊安全吗，非洲一些贫穷国家的人民甚至没有银行账户，多年来一直受到通货膨胀的影响。 但是，他们可以使用 DeFi 应用来减少通货膨胀的影响，减少货币贬值的影响，增加他们的收入。 DeFi必将影响未来的金融格局。

除了DeFi，目前流行的NFT也是从以太坊开始的。 从2017年出现在以太坊上的加密猫游戏开始，除了DeFi和NFT的热门赛道，更多领域的去中心化应用DApp都选择在以太坊上构建和运行，以太坊上的去中心化应用离我们越来越近生活。

以太坊目前面临的主要问题

尽管以太坊取得了长足的进步，但以太坊固有的性能缺陷也越来越明显。 比如它的TPS很低，每秒只能处理10多笔交易，而中心化支付网络与Visa、PayPal和信用卡相比，还有一个数量级的差距，ETH GAS费用为很高。 这些因素都不利于区块链技术应用的大规模落地。

我记得 CryptoKitties 应用程序曾经非常流行，仅仅一个 CryptoKitties 应用程序就拖慢了整个以太坊网络。 从去年开始爆发的DeFi再次遭遇网络拥堵。 由于 DeFi 应用的普及，有时以太坊网络上的转账手续费甚至高达数百美元。 交易需要排队，有时甚至需要一天等待转账交易。

一方面，以太坊生态爆发，大量DeFi、NFT等DApp应用同时运行在以太坊区块链上，但另一方面，以太坊网络拥堵、gas费高等问题，以及交易速度慢等问题一直没有得到解决，以太坊网络的性能缺陷已经成为生态可持续发展的障碍。

为了解决以太坊区块链网络遇到的性能瓶颈，Eth2诞生了。

Eth2升级的主要内容

对于一个非技术的ETH持有者来说，理解Eth2升级的内容还是比较困难的，但至少我们可以通过了解Eth2的两大旗舰功能来一探究竟。

Eth2 的两大旗舰特性：PoS 共识机制和分片。

(1) Eth2的两大旗舰功能

1. PoS共识机制

以太坊区块链目前性能比较低的原因是它使用了与比特币网络相同的PoW共识机制。 为了从根本上提升以太坊网络的性能，Eth2升级的一个根本性改进就是共识机制从PoW转向PoS。

在Eth2的PoS共识机制中，想要成为验证者，需要向系统质押32ETH，也就是说，只要持有32个ETH，就可以成为Eth2的验证者，然后以太坊网络从验证者池中随机选择一个验证者。 被选中的验证者将有机会创建下一个区块，验证者将因参与以太坊网络的区块生成而获得一定的 ETH 奖励。

当然，以太坊验证者有奖惩机制，奖惩分明。 验证人参与出块可以获得ETH奖励，但如果长时间离线或恶意阻止正常出块等，验证人将受到相应的slash惩罚。 质押的 ETH 将被部分没收，甚至可能会损失全部质押的 32 ETH。

从上图（数据来源：），我们可以看到出现了146条斜杠，斜杠的原因包括Attestation Violation和Proposer Violation。

以太坊网络的区块奖惩机制在一定程度上保证了以太坊网络的安全出块。

随着比特币在全球的影响力越来越大，以比特币和以太坊为代表的PoW共识机制的区块链网络越来越受到人们的诟病。 比特币、以太坊等消耗的电力资源越来越多，取缔的呼声也越来越高。 比如，为了实现碳中和的目标，我国采取了强有力的措施。 之前分布在中国的大量 PoW 矿工被迫迁移到海外。 因此，以太坊的共识机制正在从 PoW 转向 PoS。 PoS 正在成为主流的共识机制。 它不仅更节能，更重要的是，以太坊区块链的网络性能将得到大幅提升，从而可以承载大量的去中心化应用。

显然，PoS 相对于 PoW 还是有很多优势的。

首先，与PoW相比，PoS共识机制消耗的资源更少，更环保。 与PoW相比，它需要购买大量矿机，消耗大量资源，而PoS可以在普通电脑上运行，我们甚至可以在家里使用自己的矿机。 运行 PoS 验证节点的计算机。

其次，PoS 共识机制也是安全的。 按照V神()的说法，想要成功攻击以太坊网络，基本上需要有全网质押的ETH数量，成功攻击以太坊的资金门槛还是相当高的。

例如，截至发稿，信标链质押的ETH数量为593万+，也就是说，要想成功攻击以太坊网络，理论上需要拥有593万+的ETH。 按照目前ETH的市场价格以太坊安全吗，593万+ETH的价值是890亿，这不是一个小数目。 对于攻击者来说，用这890亿资金来攻击以太坊网络，从经济效益上来说绝对不划算。 与其攻击，不如想办法为以太坊网络添砖加瓦，参与以太坊的生态建设。 ，这样可以获得的好处会更多。

此外，PoS 比 PoW 更容易从攻击中恢复。 在 Eth2 的 PoS 共识机制中，有很多相应的应对攻击的措施，比如自动“罚没”机制。

2.碎片化

在 Eth2 的升级计划中，另一大升级是分片。

分片改变的是区块链结构，使得以太坊网络中的单个节点只需要存储整个网络的一部分数据和处理一部分交易，这样就可以实现并行处理，从而增加数量可以同时处理的交易数量，即可以提高可扩展性。

Sharding技术还是比较复杂的，但是我们可以简单的用single-lane和multi-lane类比来帮助理解sharding。

如果说 Eth1 是单车道公路，那么 Eth2 已经升级为多车道高速公路，多辆车可以同时行驶。 增加的车道越多，同时可以行驶的车辆越多，道路的吞吐量会增加，意味着并行处理能力越强。

我们也可以借助超市的收银机来帮助理解。 当只有一台收银机时，大家可能需要排长队才能结账。 如果增加到两个，理论上排队时间会减少一半。 如果增加到四台，排队时间就减少到原来的四分之一。

对于以太坊网络来说，当分片完成后，整个以太坊网络不会像以前那么拥堵，以太坊的网络性能也会有很大的提升。

通过 PoS 和分片，我们大概可以了解到 Eth2 升级的主要内容。 让我们来看看 Eth2 升级的主要阶段。

(2) Eth2升级过程

Eth2升级按时间顺序分为：信标链、合并和分片。

1.实施去年12月上线的信标链。

信标链是一个独立的区块链，主要负责存储和管理验证者的注册表，实现了Eth2.0的PoS共识机制。 信标链只会处理协议的共识层，它的数据层和应用层都是空的，信标链会和原来的Eth1一起运行，保证数据的连续性，即Eth1作为以太坊的执行层，Eth2 的信标链作为以太坊的 PoS 共识层。

目前，Eth2 处于信标链阶段。 该阶段用户可以质押ETH获得收益，但质押是单向的，即该阶段质押的ETH无法赎回，需要等Eth2开通转账功能。

2.合并，预计2021年完成。

合并是指将当前的以太坊主网，即Eth1，从PoW共识机制完全升级为PoS机制，彻底终结PoW共识机制，以太坊自此正式成为PoS区块链网络。

3.分片，预计2022年完成。

最初的计划是在合并之前处理分片链——以解决可扩展性问题。 然而，随着第 2 层扩展解决方案的蓬勃发展，优先事项已转移到通过合并将工作量证明 (PoW) 升级为权益证明 (PoS)。

这个阶段的主要任务是实现分片。 最初的提议是实施 64 个分片。 我们可以简单理解为将以太坊“分解”成64条不同的区块链，实现并行存储、交易、信息处理等。现阶段将有65条区块链并行运行，信标链和64条分片链，将有成为他们之间的沟通机制。

根据V神的描述，虽然最初的想法是64个碎片链，但理论上可以达到1024个碎片。 分片越多，性能越高，但也会带来问题，带来更多的挑战，至于最终的分片数量，是可以调整的。

对于 Eth2 的升级，合并后还有很多工作要做。 以太坊创始人V神在ETHGlobal Merge峰会上分享了合并后的路线图。 为了更深入地了解 Eth2 的主要功能，我们简单介绍一下路线图的主要内容。

(3) Eth2后续规划

1.汇总

如果说 PoS 和分片从根本上提升了以太坊的网络性能，那么 Rollup 则是在局部优化提升了以太坊网络。

Rollup 的基本概念其实很好理解。 用户将交易发送给中央聚合器（aggregator），聚合器首先处理交易数据。 对于那些与更新状态无关的数据，聚合器将删除它们。 发布与更新状态相关的数据，同时也压缩与更新相关的数据。 经过这样的处理，最终发布到链上的数据量会大大减少。

另外，将计算从链上移到链下，即不再在链上进行计算，而是在链下进行计算。 例如哈希值在链下计算生成，然后只将哈希证明提交到链上，这样就不需要在链上进行大量消耗资源的计算。

说白了，Rollup无非就是减少提交到链上的数据量。 因此，通过 Rollup 方案，大约 90% 与状态更新无关的数据，可能还有大约 99% 的计算数据，都放在了链下。 经过处理，上链的数据只有10%左右与状态更新相关的数据，可能还有1%的计算数据。 经过这样的一些处理，需要提交到链上的数据就大大减少了。

对于以太坊网络来说，PoS和分片的并行处理从根本上提升了以太坊网络的性能。 再加上 Rollup 对交易数据的进一步压缩，以太坊的性能会得到很大的提升。 Fang 网络拥堵和高 gas 费用的问题将得到解决。

2.安全改进

首先，添加隐私功能。

众所周知，区块链上的数据是公开透明的，不可篡改，不可删除。 所有交易都可以在区块链浏览器上查询。 虽然降低了信任门槛，但也带来了一系列问题。 例如，涉及个人或企业隐私的机密数据在区块链上公开显然是不合适的。 区块链虽然带来了公开透明，但也需要兼顾隐私和安全。 目前，很多区块链已经投入使用。 与隐私和安全相关的问题已得到改善。

作为公链的开创者和领导者，以太坊在隐私和安全方面也做了优化和改进，比如隐藏区块提案验证者的身份。

其次，支持VDF以确保分配验证者的随机性，使作恶者更难破坏网络。 VDF的全称是Verifiable Delay Function（可验证延迟函数），我们可以理解为与随机数相关的解决方案。

当然，合并后还有很多工作要做，不仅限于 Rollup 和安全改进，比如合并后的清理、解决以太坊状态爆炸甚至防御量子攻击等。