Объяснение ETH 2.0

Ethereum 2.0: Улучшение криптоэкономических стимулов

Переход на PoS значительно меняет криптоэкономику Ethereum,меняя стимулы для проверки блокчейна и участия в сети. Первая фаза Ethereum 2.0 технически должна начаться в конце июля 2020 года , совпадая с пятым днем рождения Ethereum , с запуском цепочки Beacon (в настоящее время находится в тестировании).

Как Ethereum работает в настоящее время

В настоящее время Ethereum использует систему Proof of Work (PoW), которая встречается в большинстве блокчейн-сетей (таких как Bitcoin и Litecoin), где майнеры запускают узлы и пытаются угадать значение ниже указанной цели и строят действительные блоки с транзакциями, затрачивая энергию и ресурсы, конкурируя с другими майнерами для создания следующего блока.

Майнеры получают компенсацию за свое время и ресурсы за счет вознаграждений за блоки. Каждый раз, когда майнер успешно отправляет действительный блок для добавления в блокчейн, он получает вознаграждение за блок. Майнеры Ethereum получают вознаграждение за блок 2 ETH, а также переменное вознаграждение от транзакционных сборов, выплачиваемых сети.

Основным преимуществом блокчейнов PoW является то, что они могут быть чрезвычайно безопасными. Чтобы противник переписал блок, он должен был бы переписать все предыдущие блоки до этого момента, поэтому атаковать цепочки PoW вычислительно дорого. Из-за стоимости энергии, затраченной на переписывание блокчейна, это потребует огромного количества ресурсов и сдерживает такие атаки.

Цепочки PoW обменивают масштабируемость и доступность на безопасность. На данный момент в блок Ethereum может быть включено только конечное количество данных, так как каждый блок добывается последовательно. Если количество ожидающих транзакций превышает доступное пространство блока, то остальные транзакции должны ждать следующего блока. Следовательно, Ethereum может обрабатывать только 7-15 транзакций в секунду — любое «приложение-убийца», которое получает принятие, может остановить сеть и повысить транзакционные сборы.

Еще одной проблемой PoW является централизация горнодобывающей промышленности. Барьеры для входа высоки, что делает отрасль менее конкурентоспособной, а некоторые монеты более восприимчивы к определенным атакам, таким как атака 51% и эгоистичный майнинг. Участники горнодобывающей промышленности должны покупать оборудование, иметь доступ к недорогой электроэнергии и иметь возможность работать в масштабе для достижения эффективности.

В результате добыча монет PoW в основном является олигополистическим рынком, который не позволяет мелким игрокам и частным лицам зарабатывать награды за блоки. Как показано на приведенной ниже диаграмме, только три майнинг-пула контролируют более 51% хэшрейтов Ethereum:

Примечание: Распределение хэшрейта является удобным прокси, но майнеры и пулы не являются синонимами, поэтому это не 100% точное представление истинного распределения мощности хэша. Кроме того, распределение хэш-мощности является лишь одним из соображений степени децентрализации горнодобывающей промышленности.

Видение Ethereum для доказательства доли

В Ethereum 2.0 (или Eth2 / Serenity) одна из целей заключается в том, чтобы PoS выровнял игровое поле для участия большего количества отдельных валидаторов, где они могут получить общую отдачу от поддержания правды сети.

В отличие от майнеров (которые расходуют физическую энергию, используя электричество для создания / проверки блоков), валидаторы в системе PoS Eth2 будут фиксировать 32 ETH в качестве «скина в игре», то есть ставки. Вознаграждение за фиксированный блок переходит к переменной модели выпуска (которая определяется суммой поставленного ETH).

Важно правильно использовать экономические стимулы для сетей PoS. Если стимул для ставки слишком низок, сеть не получит минимальное количество валидаторов, необходимых для обеспечения безопасности цепочки. Если стимул слишком высок, сеть переплачивает за безопасность и раздувается со скоростью, которая может нанести ущерб экономике сети в целом.

Для участия в блокчейнах PoW майнеры сталкиваются с капитальными затратами / capEx (покупка ASIC и другого оборудования) и операционными расходами / OpEx (такими как расходы на электроэнергию и недвижимость). Независимо от того, успешны ли майнеры в создании действительных блоков, эти расходы должны нести участники любой сети PoW.

В то время как потенциальная потеря экономической ценности защищает Сети PoS, т.е. валидатор не несет реализованных затрат. В случае форкамайнеры PoW будут выделять ресурсы на то, что они считают правильной ветвью вилки. Тем не менее, в PoS нет внутренних затрат на обеспечение безопасности сети (например, электричество), поэтому у валидатора нет недостатка, чтобы сделать ставку на обе вилки.

Поскольку нет никаких альтернативных издержек, чтобы сделать ставку на конкретную цепочку, валидаторы«ничего не поставлено на карту». Таким образом, рациональные валидаторы должны просто голосовать за каждую конкурирующую ветвь, которую они видят, чтобы максимизировать их отдачу. Криптовалюты PoS по-разному решают проблему «ничего не поставлено на карту». Исследования Ethereum, связанные с PoS и шардингом, начались до января 2014 года, когда соучредитель Виталик Бутерин предложил следующее решение проблемы «ничего не поставлено на карту» в то время:

«Сделайте так, чтобы цепочка знала о других цепочках. Затем, если шахтер пойман на добыче на двух цепочках одновременно, этот майнер может быть оштрафован».

То, что Бутерин описал выше, в конечном итоге превратилось в Casper,алгоритм, предназначенный для наказания любых валидаторов, которые проверяют более одного форка или которые иным образом наносят вред сети, обходя проблему «ничего не поставлено на карту».

Дизайн Eth2 предполагает, что люди более склонны рисковать деньгами в виде поставленной криптовалюты при атаке на сеть по сравнению со стоимостью электроэнергии. Неудачная атака PoW приводит к потере затрат на электроэнергию, в то время как сокращение доли валидатора эквивалентно тому, как майнер сжигает всю свою ферму серверов PoW в неудачной атаке. Стоимость запуска атаки на Eth2 равна сумме поставленного ETH (как и штраф). Поскольку Eth2 стимулирует честных валидаторов и препятствует вредоносным валидаторам, защита сети от злоумышленников должна быть сильнее.

Обзор Eth2/Безмятежности

Eth2 будет реализован в серии этапов: Фаза 0, Фаза 1 и Фаза 2, как подробно описано на диаграмме ниже:

Эти обновления будут все больше охватывать больше Ethereum и больше сообщества на каждом шагу. Как пользователь, вы можете либо рано начать делать ставки в Фазе 0, либо вы можете просто подождать, пока цепочка PoW Ethereum (или Eth1) полностью не перейдет в Eth2.

Сеть будет оставаться живой даже перед лицом одного клиента, имеющего проблему консенсуса, до тех пор, пока ни один клиент не имеет более одной трети от общего количества узлов / валидаторов:

Ниже мы перечислим несколько концепций, центральных для Eth2:

  1. Каспер: Комбинация Casper the Friendly Finality Gadget (FFG) и LMD-GHOST (также известного как «Gasper») обеспечит плавный переход от устаревшего механизма консенсуса PoW к PoS, сначала наложив новый протокол на текущий протокол. Правило выбора вилки LMD-GHOST является аббревиатурой от Greedy Heaviedy Observed Subtree-Last Message Driven. Более подробную информацию о том, как сеть перейдет на полноценный PoS, можно найти здесь. Исполняются две заповеди Каспера. Во-первых, валидатор не должен публиковать два разных голоса для одной и той же целевой высоты. Во-вторых, валидатор не должен голосовать в пределах других своих голосов. Этот механизм позволяет избежать большинства проблем, присутствующих как в существующих подходах PoS, так и в семействе византийских алгоритмов консенсуса Fault Tolerant. Любой валидатор, нарушающий любую из этих заповедей, считается злонамеренным, и весь его депозит (а не только его доля) сокращается. Чтобы повысить доступность и уменьшить цензуру транзакций, узлы валидаторов, которые переходят в автономный режим, также наказываются.
  2. Цепочка маяков: В качестве первого шага в переходе на PoS и полной Eth2 цепочка Beacon запускается в фазе 0 и поставляет механизм Casper PoS. Являя основой сети PoS, цепочка Beacon обеспечивает темп достижения консенсуса и состоит из слотов и эпох. Как только сообщество Ethereum достигнет определенного уровня социального консенсуса относительно стабильности различных клиентов, депозитный контракт будет опубликован на Eth1. Целью Депозитного договора является сбор ставок от потенциальных валидаторов ETH 2.0, чтобы они имели право проверять данные в цепочке Beacon. Как только будет депонировано заранее определенное количество ETH (524 288 ETH), активируется цепочка Beacon и будут произведены блоки.
  3. Сегментирования: В настоящее время каждый узел должен проверять и выполнять каждую транзакцию, что снижает масштабируемость и пропускную способность Ethereum. Шардинг является потенциальным решением проблемы масштабируемости блокчейна, которая будет представлена на этапе 1 и представляет собой термин, который относится к горизонтальному секционированию базы данных. Как правило, цепочка сегментов имеет подмножество проверяющих, обрабатывающих ее, только обрабатывающих и проверяющих транзакции в этом сегменте. Ожидается, что сегментированный Ethereum будет обрабатывать более 15 000 транзакций в секунду. Каждый сегмент представляет собой отдельный блокчейн со своим состоянием (остатки на счетах, смарт-контракты) и историей транзакций. На этапе 2 шардинг займет центральное место и масштабирует блокчейн Ethereum PoS.

Фаза 0: Цепочка маяков

Eth2 находится в начале фазы 0, которая включает в себя тестирование цепочки Beacon — ядра новой цепочки PoS — и будет запущена где-то в 2020 году.

Ниже мы проиллюстрироваем архитектуру цепочки Beacon:

Цепочка маяков. Адаптировано из: https://ethos.dev/beacon-chain/.

На этапе 0 цепочка Beacon не может обрабатывать транзакции, выполнять смарт-контракты или другие функции, найденные в цепочке PoW Ethereum / Eth1. Цепочка Beacon будет иметь конечность Casper, генератор случайных чисел для перетасовки валидаторов и имитации сшивки в несуществующих цепочках сегментов. Eth1 будет продолжать получать обновления и работать вместе с Beacon Chain.

Eth2 рассчитан на минимум 16 384 валидатора (ожидается, что эта цифра увеличится до сотен тысяч в течение пары лет). Валидаторы смогут голосовать за блоки, а затем зарабатывать награды за ставки в цепочке Beacon во второй половине 2020 года.

Случайная перетасовка валидаторов гарантирует, что никакие вредоносные сущности не смогут спланировать атаку на сеть, поскольку валидаторы распределены по разным блокам. Каждый блок имеет случайно выбранный комитет валидаторов, поэтому маловероятно, что злоумышленник, контролирующий менее одной трети всех валидаторов, может атаковать один блок.

Первая реализация Casper будет использовать текущий механизм предложения Ethereum PoW для введения новых блоков в блокчейн. Если одновременно предлагаются два блока, валидаторы вознаграждаются только за ставки на одну цепочку, поэтому имеет смысл делать ставки только на исходную цепочку, так как именно она, скорее всего, будет успешной.

Что еще более важно, Каспер вводит механизм, который мгновенно конфискует всю долю любого валидатора, который пытается поддерживать недействительную цепочку, проверяя более одного блока одновременно. Если валидатор злонамеренно попытается скомпрометировать сеть (т.е. проверить неправильную историю данных), все или некоторые из их 32 поставленных ETH будут сокращены. Пользователи могут представить доказательства голосования по неправильной цепочке майнеров, чтобы наказать неправильные голоса. Таким образом, Каспер решает проблему «ничего не поставлено на карту», вводя в протокол штраф за неправильное голосование.

Кроме того, если валидатор не может оставаться в сети в Eth2 и не выполняет свою долю вычислительных обязанностей, его вознаграждение за блок будет умеренно уменьшаться, чтобы стимулировать валидаторов оставаться в сети как можно более последовательно.

Как валидаторы голосуют за блоки, встроенные в Eth2?

Мы можем думать о цепочке Beacon как о метрономе для Ethereum 2.0, обеспечивающем темп для системы для достижения консенсуса.

Каждый слот составляет 12 секунд, а эпоха — 32 слота, что приравнивается к 6,4 минутам (показано ниже).

В каждую эпоху псевдослучайный процесс RANDAO выбирает кандидатов для каждого слота и перетасовывает валидаторы в комитеты. Валидаторы могут находиться только в одном слоте и в одном комитете на эпоху. Предложения блоков — это валидаторы, которые были псевдослучайно выбраны для построения блоков с помощью RANDAO — с использованием взвешивания на балансах валидатора. Минимум 128 валидаторов участвуют в каждом комитете для каждого слота.

Валидатор участвует в консенсусе по назначенному сегменту, чтобы он мог голосовать за голову этого сегмента (хотя «настоящие» осколки не вводятся до Фазы 1). Валидатор связывает головку сегмента с блоком маяка для слота. Валидаторы также проверяют друг друга и вознаграждаются за сообщение о других валидаторах, которые делают противоречивые голоса или предлагают несколько блоков.

Комитету псевдослучайно назначается осколок для перекрестной связи с блоком маяка. Комитеты никогда не бывают настойчивыми. Комитет, ответственный за сшивание блока сегментов, меняет блок за блоком. Комитеты по осколкам, которые строят исключительно блоки цепи сегментов, является темой для будущих исследований.

Основным источником нагрузки на цепочку Beacon являются голоса (или аттестации). Аттестация — это голос валидатора (взвешенный по их балансу), и эти аттестации транслируются валидаторами в дополнение к блокам.

Блок в первом слоте эпохи известен как контрольная точка или пограничный блок эпохи. Всегда есть один блок контрольных точек на эпоху, где все валидаторы отдают голоса Casper FFG. Блок также может быть контрольной точкой для нескольких эпох.

В большинстве случаев валидаторы являются аттестуаторами, которые голосуют за блоки маяков и блоков осколков. Эти голоса записываются в цепочку Beacon. Голоса определяют голову цепи Маяка, а головы осколков.

Когда члены комитета голосуют за блок, они должны ссылаться и голосовать за конкретный исторический блок контрольно-пропускных пунктов, а также голосовать по конкретному предложению блока. Или точнее ссылка на переход от одного блока контрольно-пропускных пунктов к другому (контрольная точка источника и целевая контрольная точка) — механизм, который дает уверенность в том, что процесс голосования урегулирован.

Блок становится «оправданным», если блок контрольно-пропускных пунктов построен поверх него, и более двух третей членов комитета ссылаются на этот контрольно-пропускной пункт в своих голосах по индексу всех комитетов в эпоху. Самое раннее, что это может быть достигнуто на две трети пути через эпоху. Когда эпоха заканчивается, контрольная точка оправдана.

Блок затем завершается, когда блокчейн содержит два оправданных блока после него. Как правило, пользователю нужно будет ждать около одной эпохи (~ 6,4 минуты) для обоснования) и двух эпох (~ 12,8 минут) для завершения.

Голосование, которое проводится двумя третями от общего баланса всех активных валидаторов, считается супербольшинством. Как только достигнуто супербольшинство и контрольная точка завершена, транзакции в этом блоке были постоянно записаны в блокчейн и не могут быть отменены, то есть окончательность Каспера.

Правило выбора форка LMD-GHOST гарантирует, что при вычислении головки цепочки учитывается только последний голос, сделанный каждым валидатором, а не какой-либо из голосов, сделанных в прошлом (что значительно снижает требуемые вычисления).

Для Каспера FFG все голоса состоят из двух подголосов. Один голос за эпоху, которая пытается быть оправданной, а другой за более раннюю эпоху, которая должна быть завершена. Два подголоса эффективно уменьшают потребность в дополнительной связи между узлами, позволяя сети масштабироваться до большого количества валидаторов.

Консенсус в рамках Eth2 опирается на оба:

  • LMD-GHOST (который добавляет новые блоки и решает по головке цепи). Позволяет быстро и эффективно добавлять блоки в цепочку, а также
  • Casper FFG (который принимает окончательное решение о том, какие блоки являются и не являются частью цепочки), обеспечивает безопасность, следуя за LMD-GHOST и завершая эпохи.

В совокупности все валидаторы в эпоху пытаются завершить одну и ту же контрольную точку с помощью голосования Casper FFG, а все валидаторы, назначенные слоту, пытаются проголосовать за одну и ту же цепь Beacon через голосование LMD-GHOST.

Связывание Eth1 с Eth2

Для участия в Фазе 0 создается новый токен Ether для Beacon Chain (BETH), который привязан к ETH. BETH создается через одностороннюю транзакцию (от Eth1 до Eth2) и не может быть возвращена в старую цепочку в фазе 0. Использование BETH на цепочках сегментов (для смарт-контрактов) будет доступно на этапе 2.

Как только ETH вносится в контракт Bridge, пользователю зачисляется равная сумма в цепочке Beacon. Пользователи смогут внести минимум 1 ETH, но для того, чтобы стать частью набора валидаторов, необходимо не менее 32 ETH. Односторонний мост способствует безопасности и простоте, но вводит риск блокировки (а также потенциальные фьючерсные рынки, возникающие для отдельных токенов Eth1 и Eth2).

Основная сеть цепочки Beacon будет обрабатывать депозиты для этих пользователей (после задержки, чтобы гарантировать, что не произойдет «двойных расходов») и сделает их валидаторами. Затем валидаторы могут проверять блоки в цепочке Beacon и получать вознаграждения за счет новой эмиссии (по крайней мере, до тех пор, пока транзакции не будут разрешены).

Для запуска Фазы 0 необходимо поставить минимум 524 288 ETH на 16 384 валидатора для обеспечения достаточной децентрализации и безопасности. Вознаграждение не будет выплачиваться до тех пор, пока не будет достигнут этот порог. Пользователи также смогут объединить свои средства, поскольку экосистема Ethereum будет содержать ряд продуктов и решений.

При минимуме 16 384 валидаторов годовая доходность составляет примерно 20% (при условии 95% времени безотказной работы среди валидаторов). Но отдача будет уменьшаться по мере того, как будет поставлено больше ETH и больше валидаторов присоединятся к сети. На приведенной ниже диаграмме показан устойчивый рост числа потенциальных валидаторов в прошлом году.

По состоянию на 17 мая 2020 года 115 411 адресов Ethereum владели не менее 32 ETH (более свежие данные находятся за платным доступом), что выше, чем необходимое количество валидаторов (16 384) для запуска Фазы 0 примерно в семь раз.

Потенциальная доходность (и риски) для валидаторов

Существуют различные затраты и выгоды для инвесторов, которые следует учитывать, если они заинтересованы в запуске валидатора для Eth2. Например, цепочка Beacon деактивирует все валидаторы, баланс которых достигает 16 ETH, известный как «принудительный выход». Стейкеры смогут вывести любой оставшийся баланс валидатора (за исключением Фазы 0 Eth2).

Баланс честного валидатора можно снять примерно за 27 часов. Валидаторы также могут «добровольно выходить» после службы в течение 2048 эпох (что равно девяти дням). В любом добровольном или принудительном выходе происходит задержка в четыре эпохи, прежде чем стейкеры смогут отозвать свою долю. В течение четырех эпох валидатор все еще может быть пойман и разрезан. Но сокращенный валидатор мучает задержку в 8 192 эпохи (примерно 36 дней).

Ниже мы расскажем о преимуществах и затратах, связанных с узлами валидатора:

Преимущества:

  • Награды аттестатора:Валидаторы получают награды за аттестацию (голоса LMD-GHOST и Casper FFG), с которыми согласны большинство других валидаторов. На этапе 1 Eth2 валидаторы также получат вознаграждение за перекрестные ссылки. Аттестации в доработанных блоках стоят дороже.
  • Награды о предложении:Предложения блоков, которые завершаются, получают награды. Валидаторы, которые постоянно делают хорошую работу в Интернете, получают примерно одну восьмую от общего вознаграждения за предложение блоков с новыми аттестациями. Когда происходит резка, ополучители также получают небольшую награду за включение режущих доказательств в блок.
  • Награды осведомителей:Осведомители могут получать награды за выделение валидаторов, которые совершают преступление, подлежащее сокращению. В Фазе 0 Eth2 все награды осведомителя фактически идут к инициаторам блока.

Издержки:

  • Приблизительные оценки вычислительных затрат составляют 120 долларов США в год для маякового узла и клиента валидатора.
  • Штрафы аттестатора:Валидаторы получают штрафы за неаттестацию или если они подтверждают блоки, которые не завершены.
  • Штраф за утечку бездействия:если достаточное количество узлов становится неактивным, они со временем теряют равновесие, так что отношение онлайн-валидаторов к общему количеству валидаторов (взвешенных по ставкам) может снова превысить две трети, чтобы Eth2 мог продолжать принимать решения в качестве протокола. Утечки бездействия являются одним из способов, которыми Eth2 был разработан, чтобы пережить апокалиптическое событие. Если бы более трети всех валидаторов были выбиты, то автономные валидаторы обнаружили бы, что их баланс уменьшился до такой степени, что их участие больше не было необходимым.
  • Режутируемые правонарушения: штрафыот более 0,5 ETH до всей доли валидатора. До тех пор, пока валидатор не подписывает конфликтующую аттестацию или предложение, он не может быть сокращен. Валидатор теряет не менее 1/32 своего баланса и деактивируется, т.е. «принудительный выход». Протокол также налагает дополнительное наказание в зависимости от того, сколько других было сокращено почти в одно и то же время, так что, если одна треть всех валидаторов совершает преступление, подлежащее сокращению, за аналогичный период времени, они теряют весь свой баланс.

К преступлениям, подлежащим сокращению, относятся:

  • Двойное предложение:опробутывает более одного блока для назначенного им слота,
  • FFG surround vote:валидатор бросает голос FFG, который окружает (или окружен) предыдущий голос FFG, который они сделали, и
  • Двойной голос FFG:Когда валидатор отдает два голоса FFG за любые две цели в одну и ту же эпоху. Это может произойти во время вилки.

Вознаграждение каждого валидатора следует обратной функции квадратного корня в отношении выдачи. Чем выше количество ETH, которое поставлено в Eth2, тем больше выпуск Eth2 для компенсации валидаторов.

По мере того, как ставится больше ETH, доходность валидатора ухудшается, поскольку преимущества ставок перевешиваются более высокой выдачей, что ослабляет доходность отдельных валидаторов. На приведенной ниже диаграмме показаны различные уровни доходности и выпуска в зависимости от суммы поставленного ETH.

Когда сумма ставок увеличивается, доходность базового валидатора падает, а скорость выпуска увеличивается. Если 10 миллионов ETH будут поставлены на Serenity, это приведет к годовой доходности 5,72% и максимальному годовому выпуску 572 433 ETH.

При рассмотрении доходности также важно смотреть на инфляцию токена, чтобы оценить реальную доходность (равную доходности минус инфляция токена). Поскольку вознаграждения будут выплачиваться как валидаторам Eth2, так и обычным вознаграждениям за блок PoW, совокупная инфляция двух цепочек может сначала резко возрасти (но затем тенденция к диапазону от 0% до 1%, поскольку цепочка PoW постепенно откладывается на фазе 2).

Если вы хотите присоединиться в качестве валидатора, вы можете обратиться к этому калькулятору, чтобы помочь вам рассчитать доходность.

Сетевые сборы также будут основным фактором более высокой доходности валидаторов. Если вознаграждение за блок слишком низкое, то без значительного роста транзакционных сборов сеть становится менее безопасной, поскольку стимул для ставок слаб. Если транзакционные сборы сжигаются из-за успешной реализации EIP 1559, то это увеличивает потребность в развитом рынке сборов для поддержки валидаторов.

Фаза 1: Цепи Shard

Фаза 1 должна быть запущена примерно через год после запуска цепочки маяков (Фаза 0).

На этом этапе блокчейн Ethereum сегментирован на 64 цепочки сегментов, которые работают параллельно и совместимы друг с другом. Шардинг обеспечивает большую масштабируемость, позволяя Ethereum обрабатывать несколько транзакций одновременно (теоретически, 64 блока одновременно). Сначала только данные блокчейна будут сегментированы, в то время как выполнение и изменения состояния не будут сегментированы до фазы 2.

Структура шардинга также обеспечивает гибкость для тех, кто хочет запускать узлы. Пользователи могут запускать узел из различных типов, таких как:

  • Супер-полные узлы загружают полные данные цепочки Beacon и каждого блока сегментов, на который ссылается цепочка Beacon,
  • Узлы с одним сегментом действуют как узлы верхнего уровня, но также полностью загружают и проверяем каждую сортировку на каком-то конкретном сегменте, который его больше волнует.

Цепочки данных сегментов могут предложить утилиту для приложений, которым требуется хранилище данных высокой доступности, поскольку общий объем данных, доступных системе, оценивается в диапазоне 1–4 МБ/с.

Цепочке Beacon потребуется не менее 262 144 валидаторов (что эквивалентно более чем 8 миллионам ETH) для производства блоков, включающих 64 сшивки. Каждый из осколков 0-64 ниже можно рассматривать как представляющий отдельные блокчейны, которые взаимодействуют друг с другом.

Несколько комитетов валидаторов на слот из фазы 0 теперь сопоставляются с сегментами. Каждый сегмент имеет свой собственный комитет по голосованию стейкера, который меняется в течение каждого периода комитета по предложению.

Подобно цепочке Beacon, одному члену комитета поручено создать блок в выделенный временной интервал, в то время как остальные члены комитета голосуют по каждому предложению. Когда цепочка Beacon ссылается на блоки сегментов через перекрестные ссылки, вся эта информация о голосовании включается в цепочку Beacon.

Сшивка — это ссылка в блоке маяка на блок сегментов и то, как цепочка маяка следует за головкой цепи осколок.

Перекрестные ссылки служат трем основным целям:

  • Чтобы голоса в комитетах блока цепочки осколков подсчитывались как голоса в основной цепочке beacon, и
  • Для обоснования и доработки блоков цепи сегментов,
  • Для всех других форм межшардной связи (таких как передача ETH или других активов между сегментами),

Поскольку существует 64 осколка, каждый блок маяка может содержать до 64 перекрестных ссылок. Блок маяка может иметь только одну поперечную связь, если в этом слоте не было предложенных блоков для 63 осколков. Все валидаторы, назначенные комитету, пытаются связать определенный сегмент.

На этапе 1 валидаторы распределяются случайным образом либо для цепочки маяка, либо для конкретного сегмента. Когда на карту поставлено менее 8,4 миллиона ETH, не хватает валидаторов для полного обслуживания всех сегментов, и поэтому осколки могут в некоторой степени замедлиться.

Цепочка Beacon обеспечивает уверенность в окончательности транзакций внутри сегментов. Как только соответствующие блоки в цепочке Beacon будут завершены, пользователи в цепочке сегментов могут получить уверенность в транзакциях в сегментах.

EVM 2.0: eWASM

Осколки Ethereum не будут использовать существующую виртуальную машину Ethereum (EVM), но сразу перейдут к использованию eWASM. Каждый сегмент будет включать в себя виртуальную машину на основе eWASM, эквивалентную сегодняшней виртуальной машине Ethereum.

eWASM, или WebAssembly со вкусом Ethereum, является движком, который выполняет смарт-контракты и будет иметь существенное значение для того, сколько транзакций может быть обработано и впоследствии добавлено в блок, что еще больше увеличивает пропускную способность транзакций.

Другие преимущества eWASM включают в себя большую безопасность и поддержку большего количества языков программирования.

Этап 2: Shard Chain Execution

Как и в случае с Фазой 1, нет определенной даты, но эту фазу планируется начать в 2022 году. На этапе 2 успешно реализованы как PoS, так и шардинг, что позволит использовать эфирные счета, транзакции, переводы и снятие средств, а также выполнять смарт-контракты на Eth2.

Держатели ETH не должны будут проходить какой-либо перевод токенов или своп и могут использовать токены на Eth2 без проблем. История оригинальной цепи PoW/Eth1 все еще будет существовать, ей больше не потребуется поддерживать механизм консенсуса PoW.

Блокчейн Eth1 будет перенесен в Eth2 и будет существовать как одна из 64 цепочек сегментов наряду с Beacon Chain, так что нет разрыва в непрерывности или истории данных.

Существует два возможных пути переноса ETH 1.x в ETH 2.0:

  1. Преобразование Eth1 EVM и истории в одну из сред выполнения Eth2 Phase 2 (EEs),что сводит к минимуму требования к миграции для Dapps.
  2. Альтернатива основана на клиентском программном обеспечении Eth1 без состояния, где состояние сегмента 0 может содержать корень состояния системы Eth1. Зарегистрированные Eth1-дружественные валидаторы могут быть случайным образом выбраны в качестве предлагателя блока сегмента 0 и должны будут поддерживать узлы Eth1.

Вы можете прочитать больше о слиянии Eth1 и Eth 2 здесь.

Одна из областей исследований в Eth2, которая имеет большое значение на этапе 2, известна как клиенты без состояния. Клиенты без сохранения состояния позволяют узлам сегментов отказаться от поддержания состояния. Понятие состояния существует на прикладном уровне, но не на уровне консенсуса; Это означает, что узлы «подключаются» только к определенной среде выполнения, о которой им необходимо знать. Вместо того, чтобы хранить все состояние в каждом блоке сегментов, вместо этого сохраняется корневой хэш Merkle, сгенерированный из данных.

Узлы не требуются для обслуживания большой базы данных текущего активного хранилища. Вместо этого они могут использовать следящие данные в каждой транзакции в качестве базы данных и предоставлять ветви Merkle для значений состояний, к которым требуется доступ к конкретной транзакции.

В новой модели без состояния это делает текущие реализации Фазы 0 и Фазы 1 гораздо более эффективными. Кроме того, нет требования о раздельном перетасовке комитетов. Это повышает безопасность, поскольку сокращение периода перетасовки в цепочке сегментов означает, что у валидаторов меньше времени для сговора, а синхронизация полного узла становится проще. Более длительный период перетасовки в комитетах цепочки Beacon означает, что сеть более стабильна и снижает нагрузку на синхронизацию легкого клиента каждые шесть минут.

Еще одной функцией, которая будет реализована на этапе 2, будут транзакции между сегментами, о которых вы можете прочитать больше здесь. Кроме того, Execution Environments позволит портировать Eth1 (и, возможно, другие блокчейны, такие как Bitcoin)на Eth2.

Тем не менее, все еще остаются некоторые открытые вопросы, которые необходимо решить в отношении транзакций между сегментами, а также многих других частей этапа 2, включая возможность обновления сред выполнения без форков, управление средой выполнения и другие особенности для сред выполнения.

Итог

Объединяя все это вместе, Фаза 0 запускает цепочку Beacon, которая обеспечивает основу для будущей системы PoS, устанавливая валидаторы, выдавая вознаграждения и штрафы и вводя одностороннюю привязку между ETH и BETH.

На этапе 1 запускаются цепочки сегментов, сшивки и eWASM в качестве виртуальной машины для каждого сегмента.

Наконец, на этапе 2 шардинг реализован в полную силу. Учетные записи, смарт-контракты, Dapps и большая часть активности перейдут в новую цепочку, в то время как цепочка Eth1 постепенно будет перенесена в Eth2, завершив переход на PoS.

Обзор полной архитектуры Eth2 показан ниже:

Переход на PoS является амбициозным, но сопряжен с преимуществами и рисками. К основным преимуществам Eth2 Можно отнести:

  • Снижение барьеров для входа:PoS устраняет необходимость в специализированных машинах ASIC для участия в валидации и получения вознаграждений ETH. Большее участие в сети, возможно, более широкое принятие Ethereu.
  • Потенциально улучшает децентрализацию сети: снижение барьеров для входа означает, что любой, у кого есть подключение к Интернету, клиент валидатора, узел Beacon и некоторые ETH, может участвовать в проверке сети. Устаревание PoW устраняет проблемы, связанные с ASIC и концентрацией майнера. Улучшения масштабируемости и пропускной способности означают, что пользователям легче запускать узлы, что делает сеть более надежной.
  • Потенциальное повышательное давление на цену ETH:Заблокированный ETH снижает его скорость и циркулирующее предложение. Прогресс в Eth2 также может положительно повлиять на настроения трейдеров.
  • Потенциал для превращения ETH в актив, приносящий доходность:инвесторы могут получать прибыль от владения не менее 32 ETH. Может привести к увеличению спроса на ETH и улучшению настроений инвесторов по отношению к криптоактивам.

Основными рисками Eth2 являются:

  • Недоказанный, ограниченный послужной список: PoS имеет недоказанный и ограниченный послужной список по сравнению с PoW. Важно правильно использовать стимулы, чтобы гарантировать, что PoS не уязвим для любых атак и чтобы сеть могла накапливать достаточную ценность для обеспечения безопасности. Многие PoS/делегированные PoS-системы не продемонстрировали значительной децентрализации на практике, и жертвование этим свойством ради масштабируемости может быть потенциальным риском.
  • Сетевая безопасность, обусловленная ценностью ETH: Падение цены может ускорить цикл отрицательной обратной связи. По мере падения цены падает и безопасность сети. Поскольку заинтересованные стороны признают это, интерес к тому, чтобы стать валидатором, может снизиться, что еще больше снижает цену и еще больше негативно влияет на безопасность сети.
  • Увеличивает концентрацию богатства ETH:Одна из проблем с системами PoS заключается в том, что богатые становятся богаче. Например, киты Ethereum могут ставить на кон свои активы и запускать больше валидаторов, чем другие участники, что потенциально увеличивает концентрацию ETH, удерживаемого крупными игроками.
  • Непредвиденные неудачи при переходе от PoW к PoS: при сложной архитектуре и слиянии Eth1 и Eth2 существует множество рисков на уровне протокола. Кроме того, ожидается много исследований и разработок, которые затем должны быть реализованы во что-то практическое для фазы 2 (и далее). Учитывая длительные сроки и сложные проблемы, это создает риск задержек, которые могут привести к давлению на продажу и ослаблению настроений среди трейдеров.
  • Недостаточный спрос на ставки Eth2:инвесторы будут учитывать альтернативные издержки ставок ETH и искать максимальную отдачу для своих активов. Стать валидатором на ETH 2.0 должно быть достаточно экономически привлекательным, чтобы отвлечь инвесторов от других приносящих доход инвестиций, таких как DeFi и традиционные рынки. Существуют также неопределенные требования к оборудованию и риски блокировки (инвесторам придется заблокировать ETH как минимум на 1-1,5 года).

Обновление Eth2 обещает предоставить масштабируемую платформу для децентрализованных систем и приложений, но это будет сложный процесс, который займет несколько лет. Ethereum имеет большую конкуренцию со стороны сетей PoS, таких как Cardano, Tezos и Aethereum. Успешный переход на Eth2, скорее всего, укрепит его преимущество первопроходца в нише блокчейнов смарт-контрактов.

Источник