以太坊 2.0 藍寶石測試網爲何重要，它實現了哪些功能？

這個月早些時候，Prysmatic Labs 團隊發佈了目前最接近完成態的以太坊公開測試網絡，測試網使用 Prysm 客戶端，開發至以太坊 2.0 的第一階段。

本次發佈受到以太坊社區的歡迎，許多人立即着手運行客戶端並向開發團隊報告問題。測試網的驗證節點數量很快超過了 800 個。這表明，以太坊社區興致昂揚地希望爲萬衆矚目的以太坊 2.0 的升級作出貢獻。

趁熱打鐵，在此有必要向廣大的以太坊社區闡述什麼是以太坊 2.0 測試網、爲何說它的發佈是一個關鍵的里程碑、爲何花了那麼久才達成此次發佈？本文將嘗試用通俗的語言來闡述技術細節。首先我們會討論以太坊 2.0 和當前以太坊在協議上的區別，其次會概括性地解釋此次測試網絡的功能。

原文標題：《ELI5 Explanation of the Ethereum 2.0 Testnet》
作者：Mohamed Fouda
翻譯 & 校對：Wuwei、阿劍

爲何以太坊 2.0 升級要等待如此之久？

爲回答這個問題，我們先闡明一個簡單卻重要的概念：

以太坊 2.0 並不是對現有以太坊網絡的升級，而是一次全面的修訂和重新設計。

許多人並不知道，甚至不同意這一點，因此有必要澄清下。

1、新的以太坊 2.0 網絡將移除 PoW （工作量證明）共識機制，轉而使用（新的權益證明（PoS）共識機制） Casper 共識機制；
2、在 PoW 鏈上，可以用一種很簡單的方法來決定在分叉中應該選擇哪一條鏈、如何驅動鏈生長。該方法就是始終跟隨擁有最大累積工作量的鏈，換句話說，選擇耗費了最多算力的鏈。但因爲以太坊 2.0 使用 PoS，我們必須引入一系列新的分叉選擇規則（即 LMD GHOST），來決定鏈的生長方向；
3、當前的以太坊網絡只有一條（ 有點像 DAG 有向無環圖的）單鏈。以太坊 2.0 網絡則使用 1024 條並行鏈（即分片），這是以太坊雄心勃勃的擴容計劃的核心。這些不同的鏈（分片）可以互相通信，並統一由單一主鏈 Beacon 鏈進行控制和驗證。Beacon 鏈就像植物的枝幹，掌控着 1024 個平等的分支；
4、這些激進的改變，使得 ETH 持有者無法在新的以太坊 2.0 網絡中使用 ETH。而是需要先燃燒當前的 ETH，然後作爲回報，在 Beacon 鏈上獲得相同數量的 ETH。這個交換機制由以太坊 1.0 上的智能合約完成，並受 Beacon 鏈的監控。

雖然以太坊 1.0 和 2.0 之間有太多的不同，在這裏我們只討論主要部分。這將有助於說明完成以太坊 2.0 的工作量。

爲何以太坊 2.0 測試網的發佈如此重要？

從上述討論的 1.0 和 2.0 網絡之間的不同點來看，以太坊 2.0 還需要做許多功能的整合和調整工作才能正常運行。而且以太坊 2.0 的許多概念是全新的、從未被其它已公開的區塊鏈測試過，比如 Casper 共識機制。

相要實現與以太坊 2.0 類似目標的 Cosmos 和 Polkadot 協議，都用了超過 2 年的時間才能實現一個工作正常的（從 0 開始開發，具有充分靈活性的）設計。更何況，這些項目無需擔心如何將 ETH 和其它 ERC-20 代幣從舊鏈轉移到新鏈，也無需擔心如何降低（協議改變）對 dApp 開發者帶來的影響。因此，以太坊社區需要看到新舊網絡遷移過程中的切實而具體的步驟，以提振堅持執行路線圖的信心。

以太坊 2.0 藍寶石（Sapphire）測試網實現了哪些功能？

回顧下上面提到的以太坊 1.0 和 2.0 的 4 個不同點，測試網實現了 #1、#2 和 #4，部分實現了 #3。具體來說，藍寶石測試網實現了 Casper PoS 共識機制（使用新的分叉選擇規則）；實現了 Beacon 鏈；實現了將 ETH 1.0 代幣轉移爲測試網的 ETH 2.0 代幣。測試網沒有實現 1024 個分片以及分片間的通信機制（跨片通信）。

測試網中，另一個值得注意的功能缺失是智能合約，該功能計劃在路線圖的第三階段實現。爲完成智能合約功能，需要移植以太坊虛擬機（EVM）到以太坊 2.0 中或者在以太坊 2.0 協議中重新實現一種虛擬機（WASM）作爲 EVM 的替代。

以太坊 2.0 測試網是如何工作的？

以太坊 2.0 是一個 PoS 網絡，由質押代幣的驗證節點來生產區塊並維持網絡運行。因此，首先要解決的問題是如何將代幣分配給驗證節點以運行網絡。

以太坊 2.0 網絡中，最終將使用與我們 1.0 網絡同樣有價值的 ETH 代幣，因此 ETH 代幣需要被轉移到新的以太坊 2.0 網絡中。爲了實現和測試該轉移功能，Prysmatic Labs 開發了一個叫作 Goerli 的以太坊 1.0 的測試網絡和一個叫做存款合約的智能合約，在 Goerli 網絡上任何人都可以獲得任意所需的僞 ETH，而存款合約可以儲存不限量的 ETH 代幣。當充幣到存款合約後，測試網的 Beacon 鏈將生成等量的 ETH 2.0 代幣。爲了簡化，我們將 ETH 2.0 代幣稱作：Beacon 鏈 ETH （bETH）。

ETH 在以太坊 1.0 和 2.0 之間轉移的示意圖

從 ETH 1.0 到 bETH 的步驟

1. 首先，驗證節點安裝支持以太坊 2.0 網絡的 Prysm 軟件，並創建賬戶。創建的賬戶將生成「存款數據」，用來打通以太坊 1.0 錢包和以太坊 2.0 賬戶；
   
2. 在以太坊 1.0 測試網 Goerli 上，用戶發送 3.2 個 ETH （實際網絡將需要 32 個 ETH）到存款合約中，以參與以太坊 2.0 的驗證工作。這實際上就是燃燒 ETH 1.0 代幣；
3. 當以太坊 2.0 的 Beacon 鏈發現存款合約中有幣打入時，將在驗證節點的賬戶中生成相同數量的 bETH 代幣。現在，驗證節點已經準備好參與驗證，只需再等待一段安全延時即可，該延時用來增強 Beacon 鏈的安全性；
4. 驗證客戶端開始參與共識機制並獲得驗證獎勵，如果不遵循協議規則，他們的 bETH 就會被罰沒。

驗證節點到底做什麼？

在以太坊 2.0 中，每 6 秒會產生一個新塊（當前 PoW 網絡約爲 15 秒）。每一次，都會由驗證節點池中的一個節點來提議生成新區塊。一定數量的其它驗證節點則檢查該區塊並驗證正確性。到下一次出塊時，則換另一個驗證節點提議生成區塊，同時換另一組不同的驗證節點驗證正確性。

每產出 64 個區塊（稱爲一個 epoch），所有的驗證節點會重新洗牌，爲新一個 epoch 選擇新的區塊提議者和區塊驗證者。驗證節點的選舉過程在隨機數生成算法的幫助下，從根本上避免了驗證節點間的勾結串通，提高了協議的安全性。

驗證節點需要一直在線以完成分配給它們的任務。如果它們誠實工作，將獲得 bETH 代幣獎勵。如果他們行爲不端、勾結串通或離線，他們所質押的代幣將被罰沒。如果驗證節點的餘額減小到驗證閾值以下（測試網中爲 3.2 bETH），則將被踢出驗證節點池，無法繼續參與驗證工作。

後續的發展方向？

藍寶石測試網只是漫長的抵達以太坊 2.0 的征程中的一步。 它實現了以太坊 2.0 路線圖中的 Phase 0。距離實現以太坊 2.0 的完整功能還有 2 個階段。

但即使是階段 0，想要上主網，仍有巨大的工作量。首先，我們尚在測試網的早期階段，有衆多的問題、bug 和優化項需要解決；其次，目前測試網上只有 Prysm 一個客戶端可以使用。其它團隊也在開發支持以太坊 2.0 網絡的客戶端，比如 Nimbus 和 Lighthouse。兼容不同的客戶端，是完成一個支持多客戶端的測試網的前提條件；再次，階段 0 的設計要求 bETH 能夠在不同賬戶間轉帳，當前的測試網並不滿足；最後，階段 0 的設計仍處在細節的修訂中（由以太坊基金會研究團隊進行）。這些設計需要在衆多的以太坊 2.0 客戶端中最終確定、完整實現和審計通過，纔有望於 2019 年底主網上線階段 0。

總之，測試網上線是以太坊 2.0 發佈路線圖中的關鍵一步。它的重要意義在於以太坊社區的公衆都能參與到測試中來，提出問題發現瓶頸，以引導以太坊 2.0 的開發者們解決。測試網的發佈有效提振了社區對以太坊 2.0 路線圖的信心。另外，以太坊基金會宣佈將投入 1900 萬美元來支持以太坊 2.0 的開發及其它以太坊擴容方案的開發。此舉將有效加加快開發和測試工作的進度。

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