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一文读懂预言机：区块链与现实天下交互的中间件
就像专家和技术知识一样，神谕根植于早期民主议会的审议和决策过程中。虽然宗教占卜的想法在我们当代民主制度中已经完全失去了位置，但随着现代计算机科学和密码学的出现，神谕这个概念在技术上卷土重来，并出现在被作为“信任机器”的区块链技术之中。
从10月4号以太坊开发团队宣布ETH2.0的启动条件并宣布存款地址以来，各路ETH深度介入者们纷纷祭出了自己的32个或者更多的ETH支持其启动，终于在10月24号超额完成了V神设定的至少16384笔32-eth验证者存款总共不低于52.4万个ETH的启动要求，ETH2.0主网在12月1号破晓准时上线。
主网上线后第一阶段被命名为“Serenity”，运行的主链为Beacon chain，即现在所运行的信标链（如下图所示，现在已经举行到第357个Epoch），那么关于这条pos链，有哪些设计哲学和创新点，他们是否又足以支持ETH向Pos过渡呢？
Simplicity 简朴
基于加密经济学里权益证实和Sharding分片手艺的内在重大性，Serenity在设计的时刻尽可能的追求最大简朴性，以便：1）最小化开发成本；2）降低不能预见的平安问题的风险；3）让之后的开发者在设计协议时，更容易的对其使用者说明协议的细节和合法性。（关于第三点，在某些协议的重大性不能避免时，优先顺序应该遵守：Layer2协议 客户端实现 协议规范）
Long-term stability 历久稳定性
底层协议的建设必须足够的完善和有预见性，只有这样在未来的10年或更长的时间内都不需要对其举行任何更改，任何创新都可以基于这些底层，在更高的协议层发生和建设。
Sufficiency 充实性
Serenity将会从基础性上保证尽可能多的应用程序可以构建在她协议的顶层。
Defense in depth 深度防御
协议可以在种种可能的平安假设下无差别的事情。（例如，网络延迟，故障计数，以及用户的邪恶念头。
Full light- client verifiability 全轻节点可验证
在给定的假设中（诸如网络延迟，攻击者的预算限制，1/n或者s/n的少数老实节点），一个验证客户端，纵然在51攻击之下，应该也是可以获得整个系统的所有有用数据。（实在这点也是深度防御的一个子集）
The Layer1 VS Layer2 一层协议与二层协议的权衡在任何区块链协议中，都存在着在Layer1中放入更多的特征将，照样尽可能的将Layer1设计的简朴而在Layer2上举行更多的特征建设的争论。
其中，支持Layer2的理由包罗：
a.降低了共识层的重大性
b.削减了修改共识层的需要
c.削减共识层失败的风险
d.削减协议治理的负载和政治风险
e.随着时间的推移，将会更具有灵活性和实行新想法的能力
而支持Layer1的理由是：
a.削减由于缺乏机制迫使每个人升级到一个新的协议（硬分叉）而导致的生长阻滞的风险
b.可能降低整个系统的重大性
c.若是第一层没有足够壮大，在第二层协议上构建何等重大重大的机制是不能能的（就像你永远有没有设施在比特币的网络上构建以太坊）
以太坊2.0的大部门内容都是在Layer1和Layer2之间小心权衡，在Layer1上所做出的起劲包罗以下三点：
1）准图灵完整、全状态代码执行
2）可拓展和可盘算
3）高速区块完成时间
详细而言：
若是没有1），就不能使用完整的可信模子去构建Layer2的应用程序；
若是没有2），拓展性能就会被局限在某种状态通道和像Plasma的某些手艺中，而这些手艺往往面临着资金锁定和大规模资金退出的问题；
若是没有3），就不能实现在不用状态通道的情形下实时买卖的要求，而这通用也会从发生资金锁定和大规模资金退出的问题；
除了上述特征，ETH2.0将1）隐私、2）高级编程语言、3）可伸缩状态存储、4）署名方案，留给了Layer2，由于它们都是快速创新的领域，现有的许多方案都具有差别的特征，未来不能避免的要在更多更好的方案之间举行权衡。例如：
1）隐私：环署名+秘密值VS Zk snark VS Zk starks；rollup VS ZEXE VS …
2）高级编程语言：声明性与下令性、语法、形式验证特征、类型系统、珍爱特征以及内陆支持隐私功效
3）扩拓展的状态存储：账户VS UTXOs，不能的租借方案，raw Markle branch见证人VS Snark/Stark 压缩VS RSA累加，spares Markle trees VS AVL trees VS 基于使用的imbalanced trees；
4）署名方案：M/N多重署名，社交密钥的打消和恢复，Schnorr署名，BLS署名，Lamport署名
从10月4号以太坊开发团队宣布ETH2.0的启动条件并宣布存款地址以来，各路ETH深度介入者们纷纷祭出了自己的32个或者更多的ETH支持其启动，终于在10月24号超额完成了V神设定的至少16384笔32-eth验证者存款总共不低于52.4万个ETH的启动要求，ETH2.0主网在12月1号破晓准时上线。
主网上线后第一阶段被命名为“Serenity”，运行的主链为Beacon chain，即现在所运行的信标链（如下图所示，现在已经举行到第357个Epoch），那么关于这条pos链，有哪些设计哲学和创新点，他们是否又足以支持ETH向Pos过渡呢？
现在一共有三种主流的POS的共识算法：
a.Nakamoto-inspired，如Peercoin，NXT，Ouroboros…
b.PBFT-inspired，如Tendermint，Casper FFG，Hotstuff
c.CBC Casper
在后两种方案中存在着一个问题，即是否以及若何使用平安质押与惩处（Security deposits and Slashing）（第一种方案与质押惩处是不兼容的）。所有的三种方案都是优于事情证实的，我们将详细先容一下ETH2.0的做法。
Slashing
以太坊2.0使用的Slashing机制，即在验证者被发现有欠妥行为时，将会罚没其质押在网络中充当验证节点的代币，最好的情形下是约有1%的验证者会受到责罚，最坏的情形是全网所质押的ETH都市面临责罚。这种做法的意义在于：
1）提高攻击的成本
2）战胜验证者们存在的问题，使验证者偏离老实行为的最大念头是懒惰（不做验证就对一切买卖都举行署名），对自相矛盾和不准确的署名的举行大额的责罚可以在很大水平上解决这一问题。关于这一点，有一个很典型的案例：2019年7月，一个在cosmos上的验证者由于签署了两个相互冲突的块而受到了质押金的罚没，而这个验证者泛起这种失误的缘故原由就是由于它同时运行了一个主节点和备份节点（以确保其中一个离线不会组织它们获得奖励），而这两个节点在同一时间以外打开，导致它们最终相互矛盾。
共识算法的选择
在泛起大规模的验证节点作恶（1/3inBPFT-inspired，1/4in CBC）,只有BFT-inspired和CBC学派的一致性算法能够有较好的最终性，Nakamoto-inspired共识算法无法在这种前提下实现最终性。最终性的确认需要大多数的验证节点都在线，这个要求在Sharding分片机制中也是需要知足的，由于分片要求必须要有2/3的随机验证者在跨片相同时举行署名。
ETH2.0选择Casper FFG就是由于它可以用最简朴的算法在协议的最终部门实现最终性，然则未来会在第三阶段逐步转向CBC Casper。
Sharding分片--为什么ETH2.0憎恶超级节点对于Layer1而言，分片的主要方式是使用超级节点--通过要求每一个共识节点都拥有超强的服务器，来保证它们能够单独处置每个事物。基于超级节点的拓展是很利便的，由于它实现起来很简朴：它只是在现有的区块链的事情方式的基础上，加入了一些加倍平行运作的软件工程层面的事情。
而对于这种做法，面临的主要问题如下：
1）抵押池集中化风险：运行节点的牢固成本很高，因此可以介入的用户很少。若是运行验证节点的牢固成本占有了回报的大部门，那么较大的池子相较于小池子就能够节约更小的用度，这将会使得小池子不停被挤出，从而加剧集中化的趋势。相比较而言，在分片系统中，抵押了更多ETH的更大的节点需要验证更多的买卖，所以其用度并不是牢固的。
2）AWS集中化风险：在超级节点的系统下，家庭作坊式的抵押形式几乎是不存在的，大部门的抵押都将会在云盘算的环境中，这将会大大增添单点故障的风险。
3）可拓展性的问题：随着事务吞吐量的增添，上述风险增添，而在分片系统中增添的负载可以被更容易的处置而削减上述风险。
这些集中化分险也是ETH2.0没有选择格外追求超低延时（ 1s） span="" 的缘故原由，他们将这个延时设定在一个相对守旧的数据。
在ETH2.0的分片系统中，不管你有若干的ETH和算力，你都能够介入到ETH的验证系统中。牢固成本被最小化，即便你拥有异常重大的ETH的量，你面临的用度依然是次线性的。
平安模子ETH2.的深度防御与分片方式是将随机委员会抽样结合起来，以实现老实多数者模子下的有用性和可用性，同时提供保管证实以防止懒惰的行为者，并提供敲诈证实和数据可用性证实，以便在不下载和核实所有数据的情形下检测无效或不能用的链条; 这将允许客户拒绝无效或不能用的链。
下表是当前预期的平安属性：
在每一轮Epoch中，每一个验证者都市给出自己的证实，这个证实指的是验证者指出哪个是区块头并为之署名。若是这个证实被打包，验证者将会获得以下奖励：
1）证实被打包入内的奖励
2）指定准确的Epoch checkpoint的奖励
3）指定准确链头的奖励
4）证实被迅速打包上链的奖励
5）指定准确shard block的奖励
在差别的场景中，详细的回报盘算方式如下：
B=基础回报，P=做出准确判断的验证者的比例
随便做出准确判断的验证者将会获得B*P的奖励，
B的盘算公式为：
其中，D1…Dn示意质押量巨细，k是一个常数，
Beacon chain/shard chain 的结构分片系统包含了64个逻辑分片“shards”，该系统以beacon chain为中央，协调所有的流动。
一笔买卖在这个系统中获得最终确认的流程如下：
1）买卖被包含在一群shard的某个shard block中
2）随机选择出来的验证委员会被分配到这个shard中并举行验证和署名
3）委员会的署名被打包进下一个beacon block
4）下一个beacon chain通过Casper FFG举行最终性确认
将每个shard block都通过hash连接到下一个beacon chain，使shard能够迅速识别相互的Markle根，从而能够相互验证收条：
如上图所示，若是shard n没有被立刻被打包到n+1beacon chain中，n+2beacon chain的委员会可以实验打包这个shard和下一个shard。
尾---关于ETH2.0的未来“平静”仅仅只是ETH2.0众多征途的第一步，然则从他们在第一步中所做的取舍可以看出来整个团队已往三年对于公平和效率的深入思索，并没有一味的追求所谓百万TPS，而是在保证平安的前提下对实用性和可行性举行更大的实践。
我信赖未来在很长的一段时间内，ETH都将会整个区块链网络的基石，今年的defi只是在不成熟的网络条件下的一场伟大的社会实践，2.0在2021-2022愈臻完善的时刻，必然会迸发出更大的商业价值和社会价值。
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