【译文】以太坊2.0完全指南：以太坊所面临的问题

当前以太坊面临的问题

可扩展性问题

可扩展性是当前以太坊所面临的最重要的问题。以太坊网络承载了数百个dApp，每秒钟需要处理大量的交易。为网络中增加更多的节点，无法提升可扩展性，因为每个节点都需要验证全部的交易。随着更多 dApp 的出现，以及更多的交易有待执行，对以太坊网络的使用需求有所提升，使得交易的时间和成本持续增长。

这一现象，使得以太坊网络速度更慢，更难使用。在最近的速度测试中，网络的处理能力仅为每秒钟20笔交易(过去一年的各类测试显示，每秒处理能力为12笔交易与45笔交易之间)。相比而言，中心化网络如PayPal 和 Visa 的正常处理能力分别为每秒193笔交易和1667笔交易，而Visa的最大处理能力接近每秒钟处理 24，000笔交易。以太坊网络若想得到大规模采用，可扩展性的大幅提升是以太坊 2.0 开发的重心。

在研究了其他几个选项之后，以太坊团队确定了称之为分片(sharding)的流程作为提升网络可扩展性的最佳解决方案。像 plasma 链和状态通道这样的链外解决方案也可能用于减轻主网络的负载，并进一步提高可扩展性。在接下来的几周里，我将发布关于分片和可扩展性的新文章。届时可以了解更多细节。

效率与环境可持续性

Eth 2.0 要解决的另一个主要问题是效率和环境可持续性问题。

就像比特币和诸多其他的区块链网络一样，以太坊目前依赖于工作证明(proof of work, PoW)协议来确保网络的安全性。PoW 系统中包含诸多到矿工，他们拥有计算机硬件，连接到区块链网络。矿工在网络中的硬件投入可以获得回报。算法为每个新区块设置了目标值，而矿工竞相实现目标值并创建新的区块。

为此，他们对准备提交的区块头数据和一个随机的“nonce值”进行哈希运算，该哈希函数会返回一个固定长度的乱码字符串。如果未能满足目标值，矿工会更改nonce值并重新运行哈希函数计算。矿工们会重复计算，直至某个矿工的哈希计算可以满足目标值。

此时，新的区块会在网络上广播至所有的节点，他们会对区块进行验证，并且加入到各自的账本之中。挖矿成功的矿工，能够得到一小笔代币作为工作的报酬。

POW系统的一个主要的优点是对新区块是否属于区块链的验证非常快速且相对简单。然而，为了确保网络的安全性并防止欺诈，找到正确的hash输入值对矿工而言计算成本非常昂贵。由于只有一个矿工可以找到正确对hash值，而其他矿工所做的工作并没有被用到，这使得问题更加严重。因此，PoW 共识会消耗大量的算力和电力，效率很低。

在撰写本文时，以太坊网络上的每笔交易大约使用29千瓦时(千瓦小时)，足够美国家庭平均供电24小时! 以太坊挖矿所使用的电力可以为 652669 户美国家庭提供电力。

以太坊每年使用的能源量，几乎与玻利维亚整个国家的能源消耗量相同。这一问题显然非常严重。以太坊 PoW 机制对能源的大量消耗，降低了挖矿的盈利能力，也对环境有严重的负面影响，并影响系统的长期可持续性。

PoW协议非常重要，因为它们为早期区块链网络的创建提供了支持，但是它们的效率非常低，也容易受到市场垄断的影响，因为 PoW 协议给予了拥有更多资源的参与者不公平的优势。

有钱有势的个人和组织能够负担得起数量更多、速度更快、功能更强大的计算机，这使他们有更大的机会成功地解决每一个密码难题并获得奖励。例如，大约65%的比特币开采是由5家矿池完成的，理论上它们可以联合起来控制超过50%的市场。

比特币矿工使用昂贵的专用集成电路(asic)，这导致了比特币开采的工业化和部分集中化。由于以太坊挖掘通常使用在许多家庭计算机中可用的图形处理单元(gpu)进行，因此在这里集中式挖掘的风险没有比特币那么大。

然而，ASICs最近发布了针对以太的协议，而以太开采由于目前所依赖的PoW协议，仍然存在中心化和垄断化的危险。这就造成了比特币、以太坊和其他区块链网络不像最初设想的那样去中心化，从而危及它们的独立性和实用性。

Eth 2.0旨在将网络从工作证明协议过渡到称为 Casper 的权益证明(PoS)协议，该协议旨在解决效率和环境可持续性的问题。这一转变将变得越来越重要，因为2017年拜占庭更新版引入了算力难度炸弹调整挖矿难度。该算力炸弹将使得ETH挖矿机制越来越困难,直到最终完全不可用。

这一设计是在宁静版本从 PoW 向 PoS 过渡期所引入的，也是为何 ETH 2.0 升级对以太坊社区而言非常重要的原因之一。在未来几周，笔者将发表另一篇文章，详细介绍 Casper 和向 PoS 的过渡。

速度和可用性问题

Eth 2.0将解决的最后一个重要问题是速度和可用性。

这与分片将解决的可扩展性问题有关，但并不相同。

分片的引入应该可以消除交易处理速度和吞吐量的最大瓶颈，但是另一个瓶颈是由以太坊虚拟机(EVM)本身造成的。

EVM 本质上是以太坊的底层结构，它会执行代码并确保网络正确运行。EVM 负责以太网络的内部状态及其所有计算。EVM 还确保以下信息的准确性: 账户信息，如余额、当前gas价格、地址和区块信息。此外,EVM 必须跟踪以下组件:区块信息,存储状态、账户状态和运行时环境信息。

虚拟机还处理所有用Solidity/Vyper语言创建的智能合约，它们会被编译为独特的 EVM 字节码。之后，智能合约会在网络中的每个节点执行。

由于 EVM 会影响以太坊网络中的许多重要方面, 虚拟机执行任务的速度会对整个网络本身的速度和可用性造成重大影响。

ETH 2.0 中所提出的用于解决这一瓶颈问题的方案称为 Ewasm (以太坊 wasm)。Wasm 是 W3C 社区组的开放标准指令集，目前由来自谷歌、Mozilla、微软和苹果的工程师开发。除了对速度和吞吐量的提升之外，Ewasm 还将提高以太坊网络的安全性和可用性，并带来其他一些好处。我将在接下来的几周内发布一篇文章，探索Ewasm的细节，请继续关注!

译者小记

这部分内容，介绍了当前以太坊所面临的三个主要问题:

• 可扩展性问题

• PoW机制所带来的能源消耗量大、环境影响的问题

• 速度和可用性问题

而对应的解决方案，也是 ETH 在升级至 2.0 时候所考虑的。

在ETH 2.0 中，计划通过分片的解决方案，也可能会配合Plasma、状态通道的解决方式，来提升可扩展性；另外，在宁静阶段，将 ETH 分四个步骤逐渐过渡切换至 PoS 机制，解决 PoW 机制下的问题；此外，ETH 社区也针对虚拟机进行优化，提出新的虚拟机设计：Ethereum wasm(Esasm) ，提升交易的执行速度和可用性。

对比之下，EOSIO 团队也在进行若干的探索：

• 可扩展性问题。在IBC跨链通讯方面的思考与摸索

• 虽然 EOS 未有 PoW 机制的带来的问题，但是在 DPoS 机制下所遇到的治理问题，也是社区持续去关注的重要话题之一

• 改进虚拟机，如最近 BlockOne 所提出的 EVM(EOS 虚拟机)，也是针对 WASM 虚拟机的改进，根据 BM 在六一发布会的发言，相比较 EOS 主网上线时，虚拟机的执行速度有望提升12倍。

可以说不只是 ETH 和 EOS，在目前区块链行业而言，遇到的问题都是相通的，如何从各自的探索之中获得启发，为 dApp 提供更好的平台支持，也为用户带来更可用的平台，是摆在许多通用平台型项目的持续挑战。

感谢你的阅读和关注。