以太坊的设计艺术（上）

          伴随着以太坊 2.0 第一阶段的慢慢临近，曾经那些认为 ETH2 永远不会到来的人又开始重新关注起了以太坊的发展。在 2020 年 10 月 19 日，Bankless 邀请了 Vitalik 就以太坊的设计理念及初衷进行了深入探讨。

在访谈的开始 Vitalik 简单地重申了 ETH2 的路线图，并表示会像宣传中所说，在第 0 阶段搭建一条基础的任何人都可使用的 PoS 公链，在第一阶段提供分片以及 Rollups 进行应用扩容，最终可达到 100,000TPS。

为什么是 PoS+分片

应用 PoS 这种复杂系统主要为了实现几个关键的目标，其一是杜绝 PoW 系统的低效和能源浪费，还有就是随着 ASIC 越来越成熟，PoW 系统需要避免中心化风险。相比于 PoW 系统，PoS 系统更加民主开放，人们能够更加容易地参与到网络中，不管是普通用户还是质押者。

分片是一种扩容解决方案，其主要目的是在于提高以太坊可处理的总交易量。可扩容性对于以太坊来说是十分关键的，因为以太坊应该是任何人都可交互的全球性公共基础设施。作为新时代互联网底层基建，其应该是开放的、任何人都能轻易参与进来的。如果不采取分片这种去中心化扩容解决方案的话，那其替代方案可能就是需要让中心化机构运行一个超级网络，然后接入可信侧链，但这并不是 Vitalik 想要建设的。曾经有许多历史事件已经证明了过渡中心化的系统是十分容易被操控的，最终会与设计者的设计初衷所背离。

保持以太坊的初衷 

去中心化的无许可网络

以太坊网络不想成为那种依赖于超级节点的网络，这也是以太坊网络区别去其他网络的地方。在不依赖任何超级电脑的情况下，以太坊应该是一个能完全正常运行的系统，最理想的情况是一群家用笔记本在运行以太坊网络。正如一些比特币信仰者所说，如果网络过度中心化、被几个机构所控制，最终可能会走向不尽如人意的方向。

EHT2 想要打造一个任何人都可以参与到其中的 PoS 生态，这也是为什么以太坊一直不倾向于超级节点这种方式，也不相信「多数诚实」这种假设，这和比特币的思想很相似。在网络中，参与者最好对链自行进行验证，尽量不去相信矿工，因为矿工不一定都是诚实的。

总体来说：

1.ETH2 更环保，更高效了；

2.ETH2 保证大多数普通用户能够直接参与到链的写入；

3. 同时保证大多数普通用户能够在不依赖可信 API 的情况下直接读取链的数据；

4. 让大多数普通用户能够参与到链的共识中。

如果将 2，3，4 融合在一起，就得到一条强抗审计、抗社会政治攻击的区块链。

人们真的在乎这些以太坊坚守的特质吗？

有许多以太坊的竞品对于去中心化、无许可、以及以太坊坚持保守的特质进行了妥协，但本质上中心化路径在短期可以做到十分高效，但长期却会有很严重的副作用。比如说，很典型的例子就是被孙宇晨收购的 Steemit，过度中心化最终会导致社区分叉。EOS 也出现过贿赂攻击。最终，中心化链中的核心参与者将串通勾结，侵蚀普通用户的权益。

从治理层面来看，如果一条链的投票治理权都掌控在那些持币大户手中，长期来看这是十分危险的。

所以在长远来看用户对于去中心化、无许可等这些特质是十分关心的。这些特质需要时间让人们去慢慢意识到他们的重要性。当大环境好的时候，社区没有纷争，大家的意见趋于统一，在这种情况下大家都很开心，治理不会出现问题。但当出现问题时，社区内出现纷争，意见不再统一，那些过度中心化链的用户的权益或将受到损害。

其他坚守这些特质的社区 

Coda 很不错，他们试图打造可使用零知识证明的链，这样一来 zk snark 就可以代替个人直接对链进行验证了，节点是无法直接作恶的。Mimblewimble 和 ETC 也不错。ETC 虽然没有实行分片，但尽量保持着去中心化的扩容方案。

然而对于以坚持这些特质作为卖点的项目来说，他们是没有主打其他概念的项目吃香的。因为坚持这些特性注定意味着能讲的故事很有限，然而如果用其他概念讲故事，那就可以讲出很多东西。虽然主打这些特质的链会很少，但 Vitalik 相信这部分项目终将会很成功。

蓄势已久的 PoS 和分片

在 ETH1.0 发布之前，PoS 和分片就已经被认定为改进 ETH 的方向。Vitalik 对社区在初期如何进行技术方向选择这个问题做了解答。

早在 2015 年，社区就基本对 PoS 和分片的技术路径达成了共识。DAO 分叉事件的发生更加巩固了这一点。那些当初反对 PoS 和分片的人同样反对 DAO 分叉，所以他们最终选择了支持 ETC。

确信 PoS 和分片是对的技术方向确实花了一段时间。回头看最初的一篇关于 Slasher 的博客你会发现在这篇文章的开头写着：Slasher 是在为未来有可能实行 PoS 时做准备，在 14 年 1 月时，Vitalik 其实还不确定 POS 是否有本质上的缺陷。

如果回过头再去看分片, 当时 Vitalik 认为区块链应用分片技术也是一个尚未解决的问题。在这篇博客中，分片与其他几个问题一同被列为当时区块链无法解决的问题，或是能解决但需要做本质取舍的。

2014 年之后，另一个问题又成了热议的焦点，那就是 PoS 系统的「Nothing at Stake」问题，Vitalik 在这篇文章中做了解答。虽然 PoS 无法做到与 PoW 有完全相同的特质，但 PoS 可以尽可能吸取 PoW 系统中的优势。

在 16 至 17 年间，人们又对其他共识算法进行了深入的研究，最终搞清楚了如何将 PoW 的安全模式应用到 PoS 中。

对于分片来说，最主要的问题在于如何选择最佳的安全模型。在 2015 年，Vitalik 及技术社区开始尝试随机采样（Random Sampling）的方式，这是对于将分片技术应用在链上的一个突破。在 2017 年时，社区完成了数据可用性证明的突破，这使得分片链能够在」多数不诚实」的情况下依然保持安全。通过这些探索之后，我们发现分片是可行的方案。

在 2015 年发布 ETH1.0 时我们认为 PoS 应该会在一到一年半之后实现，但实时表明当时的想法都太过乐观了，但当时大家都很有信心。

从以太坊的货币政策看代币分发机制

当初社区对于以太坊货币政策的共识和现在并不太一样。如果去看最初的以太坊白皮书你会发现，最初的发行计划是每年会增发 1600 万枚 ETH，并进行永久增发。此政策的基本原理是，系统需要一直不停地增发来保持系统的安全。当时社区认为 PoS 的安全成本并不一定比 PoW 低，所以有可能永远保持 PoW 机制。并且社区希望不光是现在参与到网络的人能够得到 ETH，之后参与到网络中的人也应该能够得到 ETH。这是当时的设计逻辑。

之后 Vitalik 和技术团队认为 PoS 虽然是有必要且可行的，但 PoW 却有可能是最平等公平的分发方式。10 年到 13 年时，PoW 被认为是最民主的代币分发模型，甚至成为了当时 BTC 的一大卖点：只要你打开电脑，你就能得到一些 BTC。这或许也是当时 BTC 最吸引人的一点。但实际上 PoW 并不能形成技术上的长期稳定均衡，当挖矿很赚钱时，就会出现专门的矿机，BTC 是最好的例子，从 GPU 革命到 FPGA 革命再到 ASIC 革命。对于以太坊来说，其 PoW 算法虽然对 ASIC 有特殊的抵御能力，以此保证 ETH 挖矿的公平性，但随着时间延续，以 GPU 为主的系统也会变得越来越趋向于金钱和资源，最终可能还是会导致 ETH HASH 遭受 ASIC 风险。

所以 PoW 不管怎样都会走向 ASIC。虽然 ETH 使用 GPU 挖矿，但专业 ETH 矿工还是会将业余矿工驱逐出市场。

这是 PoW 挖矿机制的问题，BTC 已经存在财阀统治的问题，对于 ETH 来说也只是时间的问题了，不管算法如何改进，都无法避免走向 ASIC。

代币分发机制的设计挑战在于，确保其中立性。PoW 系统的好处在于人们知道算法是什么样的，任何人都可以去做验证，任何人都能参与。但像 Ripple 那种通过社交媒体进行分发的方式就很不公平，首先，不是人人都能参与到其中，其次黑客可以为了得到代币注册一万个账号，你不想看到一个底层公链的代币分发模型是这样的。而对于 PoS 系统来说，其本质就是将代币再分发给代币持有者，并让代币持有者维护网络安全。除了现有的 PoS 及 PoW 的代币分配机制外，现在没有什么更中立的代币分配机制了。如果在 PoW 和 PoS 分配机制上稍加改动，可能又会一起其他方面的争议。

PoW V.S PoS

很多人认为 PoS 缺点在于，只要你在创世时参与到网络中得到代币，之后你就可以永远作为质押者参与到网络中，然而 PoW 中的矿工却需要一直更新硬件设施。

Vitalik 认为 POS 并不是 100% 优于 POW，从这点上 PoW 在减少长期捕获方面就要优于 PoS。

首先，PoW 市场现在还很年轻，可能会经常受到外界的影响，但这些问题可能对于成熟后的 PoW 市场就不再是问题。但关于常被 BTC 矿工讨论的热力学极限问题来说，当产出一个哈希答案的成本低至极限时，效率是无法再提高的，这确实将成为 PoW 无法解决的问题。其次，对于 POS 来说，如果你有 32 个 ETH 你就可以自己成为验证人，获得更多的代币，如果你没有那么多 ETH，也可以通过与其他人一起进行质押，获得 ETH。而在 PoW 系统中你必须有足够的启动资金购买矿机，不然你是不可能挖矿的。这样 PoS 也杜绝了财富过度集中的问题。最后，POS 的回报要整体低于 POW，参与的人越多收益越低。

所以总体来说，PoW 有其优势，而 PoS 更容易参与但收益会比较低。

最重要的一点是，如果有人拥有 51% 的币或 51% 的算力该怎么办。相比于 PoW，PoS 给了社区更多的挽救方案。对于 POW 来说，你只能眼看着 51% 攻击的发生，或许你能软分叉，可是攻击者可以继续攻击分叉链，Vitalik 管这种攻击叫做「SPAWN CAMP ATTAC」, 要想解决问题就只能改变 POW 算法，但这不光伤害了攻击者，也伤害了普通矿工。当 PoW 算法被更改后，接下一段时间将没有人拥有新算法的 ASIC 矿机，如果攻击者垄断了 CPU GPU 市场，那攻击者可以继续发起攻击，接下来这条链就完了。所以对于 PoW 链来说，他是拿 51% 攻击没有办法的。但对于 POS 系统就不一样了，那些被攻击的人可以重启另一条分叉链，并在分叉链上删去攻击者所得的币，你都不需要进行硬分叉。所以攻击者每次进行攻击都会损失很多币。

为何要参与到 ETH2 的质押中

Vitalik 认为这是作为以太坊公民的公告，而且还可以得到收入作为激励。

如果你无法做验证出块节点，你也应该尽量参会到网络中去验证以太坊网络。原因在这篇文章中有提到，不一定要验证链上所有的东西，你可以有选择性的进行验证，比如验证数据可用性，或者验证欺诈证明，甚至可以跑一个轻节点这样还可以避免你去信任某一节点。这种自主行为不光对用户自身有好处，最终也会对整个以太坊生态有好处。

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