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SEC主席换人，以太坊2.0即将上线，会重新认定以太坊是证券吗？
以SEC的标准看，以太坊作为证券的可能性实际上是更低的。
作者：阿剑
自 《A rollup-centric ethereum roadmap》（中文译本）一文揭晓以来，整个社区都对以太坊（尤其是以太坊 2.0）的门路图发生了疑问。
2020 年 11 月 18 日，在以太坊基金会的 Eth2.0 研究团队的第五次 AMA 流动中，Vitalik 明白地示意，门路图已经发生了转变：（1）暂时不再强调 Phase2 的重要性，Phase 1 致力于实现数据分片（shard data），供 rollup 方式使用；（2）信标链将具备执行功效，即 Eth1-Eth2 合并之后，信标链区块将直接包罗买卖；（3）Phase 0 实现后的三大事情：轻客户端支持、数据分片、合并，将并行推进，任一模块只要准备好了就退出。
本文的目的不是为原来的三阶段门路图辩护。相反，本文是想主张，三阶段门路图虚无缥缈，新门路图食之无味，没有一种与 Eth2.0 相关的门路图值得以太坊放弃当前的运作模式、转向以 PoS 为基础的系统。
在这里，我会先解说初始的三阶段门路图的论证思绪及其手艺难点；然后剖析新门路图的可扩展性。最后论证，新门路图的可扩展性优势，已经渺小到不足以使以太坊冒险转入 PoS。
在已往两年，广为流传的 Eth2.0 门路图规划了三个依顺序实现的组件：
从这一起线图可以清晰地看出，原来的以太坊 2.0 的目的是打造一个 “分片化执行（sharded execution）” 的系统，意思是：每个分片都有自己的状态，这些状态按各分片的状态转换规则来调换；调换后的状态由信标链来敲定；由此，以太坊 2.0 就成了一个多个分片可以并行处置买卖的系统。这也意味着，以太坊 2.0 是一个 “共识” 和 “买卖处置（验证）” 解耦的系统，被分配到各分片上的验证者卖力验证买卖和状态的准确性；但这些状态的敲定则依赖于信标链的 epoch 敲定机制，两个历程并不是完全同步的。
这种 “PoS 信标链 + 多分片” 的架构，似乎也非常好地利用了 PoS 算法自己的特点：为了解决 No-thing-at-stake 问题（PoS 出块不需要支出盘算量，因此有资格出块的账户会实验在差其余分叉上同时出块，使系统支离破碎），以太坊 2.0 所用的 Casper 算法要求用户先存入一部门押金才气获得出块资格，而若是验证者滥用了出块资格（好比同时支持两个分叉），则会被罚没押金；由此，像 Casper 这样的算法现实上在区块链上缔造了两种可以相互相同、但相互自力调换的状态：一种是普通用户的状态，另一种是验证者的出块权重状态；共识历程以出块权重状态为基础，杀青共识也会更改出块权重状态；因此，共识历程先天自力于用户买卖的验证，可以解耦；对随便的买卖批次及效果状态而言，共识历程可以被抽象成一种 “终局性敲定机制”，逻辑上，多分片并行执行于是成为可能。
至于其可扩展性，以太坊分片手艺的命名 “二次方分片（Quadratic sharding）” 透露了眉目：假设分片上的买卖，其执行复杂性能够被化约到与区块头验证同样的难度，则分片化执行的架构，可以使整个系统的处置能力，随着介入节点处置能力的线性提高而呈平方级提高。通俗来说，若是介入网络的节点（平均而言）在一段时间内能验证 4 个区块头，这就意味着，在介入一个分片时，节点们可以在一致时间内验证 4 笔买卖，此时系统总处置量是 4 条分片 × 4 笔买卖/分片 = 16 笔买卖；若是节点的处置能力酿成了 8（2 倍），则处置量会酿成 64 笔买卖（4 倍）。
听起来很美妙，然则，这个“平方级扩展” 的论证中包罗了如下假设：
（1）存在一种手艺，使得分片买卖的验证，可以简化到与验证区块头同样的难度；
（2）不存在跨分片的买卖，即各分片内的买卖是完全不会相互依赖的。跨分片的买卖需要占用多个分片的处置容量，也要占有信标链的处置容量，会使可扩展性大打折扣。
关于（1），这个假设是有可能获得知足的，无状态性（statelessness）就是这样的一种手艺，它的思绪是，在流传买卖（或者流传区块时），附带买卖所接见状态的证实（witness），使得买卖的验证者无需持有买卖执行之时的状态数据，就能验证买卖的有效性。这一点极为要害，若是没有无状态性，介入分片验证的验证者就必须保留分片的状态，由于验证者会被不停分配到差其余分片链上，那就意味着他们必须保留所有分片的状态，在实践中也就意味着他们要不停下载所有分片的区块并处置买卖，从而使整个系统坍缩为一个大区块系统（例：投入能处置 16 笔买卖的资源，处置 16 笔买卖）。遗憾的是，至今，以太坊 1.0 也没有研究出足够轻量的无状态方式。
关于（2），那就没有什么好说的了。若是不能实现跨分片买卖，分片化执行的系统就没什么意义，由于各分片各自为政。必须使得 ETH 有设施存在于各个分片上，这个系统才气仍然以 ETH 为主体。而直到今天为止，还没有泛起一种跨分片买卖方案，能够不增添信标链的处置量。原理也很简单，对于随便 A 分片来说，由于并行处置，随便 B 分片上正在发生什么买卖，需不需要改写本分片的状态，是不能知的，因此必须存在一个通讯层，可信地证实 B 分片上发生了一笔试图改写 A 分片状态的买卖。而一旦需要让信标链具备处置买卖的功效，平方级扩展的效果就会被打破。（顺带说一句，知足了这一可信通讯层的需要的链，就酿成了事实上的 Layer-1，而其它分片则酿成了事实上的 Layer-2，像极了 “Layer-1 + Layer-2”。）
除了存疑的可扩展性，分片化执行还带来了许多经济上的有趣问题。例如，若是跨分片买卖的处置时间跨越一笔分片内买卖的处置时间（这是一定的），这就意味着，差别分片上的 ETH 价值也不会相同。就好像美国海内的 1 美元，与美国外洋的 1 美元，现实上并不是同一种器械。岂论有多少个分片，都至少会有两种 ETH 价钱，一种，是谁人金融应用最茂盛的分片（也就是 Eth1 分片）上的 ETH 的价钱；另一种是其它分片上的 ETH 的价钱；后者必须支付一定的手续费并支出一定的时间，才气换成前者，因此对前者肯定有一些折价。同理，纵然每个分片上都有 uniswap，差别分片上市场的买卖滑点也肯定不相同，最终人人都市搜集到一个分片上，由于人人都在一起的时刻，流动性最充沛，资金效率最高。某种程度上，可以以为跨分片买卖的需要是很少的 —— 但这也意味着，其它分片上闲置的买卖处置容量，也基本没有意义。
分片化执行系统的手艺难点，此处不再赘述，感兴趣者可以自己想想分片化执行系统怎么支付手续费的问题。但我在这里想说的是，分片化执行系统的设计理念违反了人人的现实需要，也违反了事物的生长规律。全局状态（可组合性），并不是一个问题，而正是人人需要的器械；正是由于以太坊使得所有金融应用都能瞬间组合，缔造了一个价值可以零摩擦流通的空间，以太坊才有了变化天下的潜力；在协议层为价值流通缔造摩擦，是自废武功。有了一个优越的基础层时刻，应该想设施维护这个基础层，剩下的事情让用户自己选择，让生态自己演化 —— 不要以为设计能设计出一个生态，过分设计只是给所有人强加成本。
分片化执行（Phase 2）的弃捐，侧面印证了其中的难度 —— 在可预见的未来，这条门路无法发生令我们满足的功效。尽管如此，我并不以为 Eth2.0 的研究员们已经完全放弃了三阶段门路图，Vitalik 也还强调，调换后的门路图，跟 Phase 2 也是完全兼容的，只是 Phase 2 不再具有优先级。
然则现实上，放弃分片化执行，才是以太坊应该选择的门路。
在以太坊 2.0 的新门路图中，最令人瞩目的一点是：信标链区块将包罗合并后的 Eth1 分片的买卖，也即信标链具备了执行功效。其它分片仅具有保留数据的功效。
现实上，新门路图中 “数据分片” 的定位是 “供 rollup 使用的数据可得性（data availability）层”。
没了执行化分片，平方级扩展就无从谈起了。那么，这种 “PoS Layer-1 + rollup + rollup 数据不占有主链区块空间” 架构的可扩展性若何呢？
要解答这个问题，我们先来看看 rollup 方案与主链的交互模式。
首先，你可以把一个 rollup 系统理解为一个无状态的合约，这个合约的内部状态（哪个用户有多少钱），对外是不能见的；然则，该合约内发生的所有买卖，其数据会定期公然出来，公布到主链上，使得任一第三方，获得这些数据后，都可以重修出该合约的内部状态。
使用有效性证实的 rollup （例如 zkRollup）的特点是：该合约每次公然买卖数据时，都附带一个这些买卖已被准确执行、因此新的状态根应是 XXX 的 “盘算完整性证实”；若是该证实能通过合约的验证，则该合约更新状态根；若是该证实不能通过验证，则该合约拒绝更新。
使用错误性证实的 rollup（例如 Optimistic Rollup）的方案则相反：任一人每次为合约公然买卖数据时，都必须存入一笔押金，并断言合约的新状态根是 YYY；今后一段时间内，随便其他人都能存入押金、发出错误性证实来挑战该断言；错误性证实即证实该批买卖有瑕疵，或者买卖处置后的新状态根不是 YYY；若是挑战乐成，则公布错误断言的人会损失押金；若是一段时间内无人挑战，则合约更新状态根为 YYY。
这两种方案，都必须在链上公布数据，因此会占用链上空间；而且，链上空间的巨细，决议了 rollup 系统在单元时间内的处置量（即 TPS）。想得更深一些，若是这些买卖数据，能够公布在一个数据量的约束更小的地方，或者说，不去占用 Layer-1 区块的空间，则其处置量，能发生倍加的效果。若是这样的西方有许多，那还可以发生倍乘的效果。
这就是 “数据分片” 及 “以 rollup 为中央的门路图” 的理念：让 rollup 方案把买卖数据都放到分片区块中，分片有多少个，处置量就能提升多少倍；当前的以太坊区块数据量大概是 20～30 KB，这个数据量显然是平安的，则，若是我们有 64 条分片，我们每 15 秒就能提供 64*30 = 1920 KB = 1.9 MB 的数据量。而且，使用端我提供了这么大的数据吞吐量，但它不会成为全节点的肩负，由于这些数据你想下载就下载，不想下载就可以不下载（也就是 “分片” 的寄义），人人你下载一点，我下载一点，节点的肩负照样很轻的 —— 横竖，验证这些 rollup 合约的状态，并不要求我拥有该 rollup 的所有历史买卖数据。以太坊的状态仍然是平安的。
听起来很合理，但照样那句话，太乐观了，太多假设了：
（1）这种 “想下载就下载，不想下载就不下载” 的方式，在 zk rollup 上基本行不通：当 zk rollup 要更新状态根时，zk rollup 合约更新操作的验证者（也即 Layer-1 的全节点）在接受证实时也必须获得与该证实对应的买卖数据，否则就无法通过验证。（不需要提供买卖数据，仅验证证实就推进合约状态根的方案也有，叫 Validium，那不是 rollup）。也就是说，若是仅思量 zk rollup，那么 “数据分片” 的方式，从带宽上来说，与大区块没有任何划分。不管这些数据一最先被发到了谁手上、存到了那里，全节点都要下载它们。
（2）对 optimistic rollup 来说，若是你愿意接纳更乐观一点的假设，固然可以，你可以平时完全不下载买卖数据，仅保留获得终局性的最新状态根，仅在发生争议时，再下载相关的买卖数据，从全节点的角度看，并没有因此损失对合约状态的验证能力；然则从用户的角度看，事情就完全差别了：你最先不确定自己到底是不是随时能够重构自己的状态，来完成取款。也就是说，用户将不能确定自己用的到底是 optimistic rollup，照样 plasma。原本，optimistic rollup 的方案就是保证了所有全节点都有历史买卖的备份，以是用户可以容易地重修自己的状态，并提交状态证实（或断言）完成取款；但若是这一点保证失去了，你就不确定自己能不能重修状态了。optimistic rollup 的平安性也会受到影响：它的平安假设是，获得了买卖数据的人之中至少有 1 个是遵守协议的；在数据分片模式下，你并不知道，有多少人会去请求这部门买卖数据。
总而言之，“数据分片”模式搭配 zk rollup 时，在带宽的意义上，无法提供更大的可扩展性，而与扩大区块空间的效果相同；在搭配 optimistic rollup 时，相对于大区块，其可扩展性优势与挑战发生的频率成反比；更严重的是，它使 optimistic rollup 有退化为 plasma 的风险（从界说上来说，也不存在 optimistic rollup 了，应该用另一个名字来指称这种介于 optimistic rollup 和 plasma 之间的器械）。
Rollup 方案其实是从 Layer-2 生长历程中吸取了血淋淋的教训而飞出来的凤凰。它最大的特点在于，给用户的资金平安提供了充实的珍爱。由于随便获得了买卖数据的人都可以重修状态，而区块链保证了这些买卖数据的永续数据可得性，rollup 方案得以提供 layer-2 方案中压倒一切的用户珍爱。只有这样的方案，用户才敢真的去使用。舍弃了这种利益，按最大化性能的乐观假设来设计系统，只能设计出用户不敢去用的器械。
只要你意识到，rollup 本质上是一种合约的设计模式，“PoS + 数据分片 + rollup 可以提供更大吞吐量” 的迷思便可一眼洞穿 —— rollup 不管在哪个共识中，都可以提供同样的可扩展性，数据分片能提供更多，只是由于引入了其余平安假设，使 rollup 牺牲平安性来换取吞吐量而已 —— 问题在于，这样的合约，比 rollup 的平安性更弱、可扩展性更强的合约，不是没泛起过，不是在 pow 链上就设计不出来，而是设计出来了也没人用而已。
自 2017 年以来，以太坊社区就为着现实的需要艰难地探索平安的可扩展性方案。许多人可能都信赖过，“PoS + 分片” 能提供壮大的可扩展性，但那是 “分片化执行系统”，有自身的一堆问题。眼前的 “可执行信标链门路”，也不过是牺牲合约自己的属性来换吞吐量而已。时至今日，已经找不到证据，证实为了可扩展性，以太坊应该拥抱 PoS。
归根结底，只有契合用户需要的性能提升，才是真正有意义的性能提升。若是不从用户的现实需要出发，相反，从手艺美感或者最大化性能的假设出发，只能设计出扑朔迷离。若是可以，那就让用户自己来做决议，在协议层费心太多，往往徒增摩擦。
以太坊的门路图应该改变吗？固然，由于没有什么利益，大到值得我们负担改变底层这么大的风险。
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