不变量设计

协议设计关键点是理解协议将在哪些不变量下运行。对于以太坊和它的开发者社区来说，拥有一份不可协商的设计决策清单至关重要。

我们可以将Eth2的核心分解为以下几个要点：

·网络参与无需许可

·第1层的范围应该简洁、抽象和紧凑

·最大限度地表达协议，而不是假设它的未来用途——即符合以太坊格言“我们没有未来”

·网络应该活跃，以便高效地从灾难情况下恢复。

·将协议复杂性与应用程序开发复杂性分开。

无需许可

Eth2和其他“新生代”区块链的一个显著区别是如何确定共识参与度。Eth2的唯一要求是持有32 ETH才能成为一名验证者。没有受托人，没有投票筛选验证节点，也没有中央法律决定谁可以参与。更重要的是，Eth2中对所有验证者一视同仁——硬顶32 ETH。但是，任何个人都可以拥有多个验证程序实例。简化了安全性和共识协议。从激励设计的角度和正式建模的角度来看，投票区块时候，规定所有参与者拥有相同的stake这一点非常重要。1个验证=32ETH作为stake，其他区块链都是采用集中式方案扩容，但对于以太坊，绝不会采用。

简洁，但又能最大限度地表达

Eth2的目标做到核心定义简洁、紧凑。从基本层面看，以太坊是一个可扩展、无需许可、用于创建去中心化应用的平台。

无需引入应用程序逻辑， 将以太坊类比为一个Linux内核——它不取决于操作系统的功能和应用场景，而取决于在该内核构建应用程序的开发人员。

安全

Eth2的PoS模型，称为Casper the Friendly Finality Gadget，运行在一系列保证高度活跃和网络参与的激励机制下。Eth2扩展了Casper，利用它来保护分片区块链网络安全。也就是，运用链终结阀值的概念确保Eth2的1024个分片与信标链共享一样的安全池。

PoS的核心前提是，验证者完成预期角色指定的任务获得奖励，如果偷懒则失去奖励，并且如果违反协议作恶，则会受到严厉惩罚(slashed)。虽然前提很简要，但重点都体现细节之中。如果我们要考量各个验证者行为，以及整个验证者委员会行为，Casper经济就会变得更加复杂。

一般而言，PoS链一个开放性问题是何时惩罚，如何根据行为恶劣程度进行处罚?也就是是说，我们要找到一种全面的惩罚措施，以便简洁的同时覆盖所有极端案例。鉴于协议的运行取决于验证者行为以及强大的运行时，可能存在诚实验证者无法执行的情况。比如停电、网络不稳定等，导致诚实验证者离线，因此我们要明确区分偷懒处罚和作恶行为惩罚。

Eth2部分设计理念是让攻击破坏协议付出巨额代价。就像其他链的51%攻击需要付出高昂代价。攻击者逆转协议中具有最终性的部分，将明显地暴露在网友们面前，社区可以协调软分叉，移除作恶者，使攻击无效。当然，如果攻击成功，且协调失败，如果攻击者的单一目的是破环系统，造成巨额损失，那么系统的完整性会遭到破坏。

PoS系统另一大限制是验证者困境，由现象命名而来。系统中的验证者偷懒，简单地相信协议中的其他人认真地完成了工作，因此不验证自己负责的内容。除非受到重大惩罚，否则验证者可以不履行职责，而节省带宽和算力。通过对网络中丢失的数据或错误签名添加重大惩罚和质询机制，可以减少这种行为发生。

以太坊2.0的验证者激励如下：

验证者不活跃：二次泄漏

ETH2依赖于网络中2/3诚实参与者的拜占庭容错阈值。针对不活跃的惩罚也叫作不活跃泄露。如果链超过4个时期都未确认最终性，协议会严格把控验证者奖励。也就是说，如果自链确认最终性过了很长时间，则最大奖励会降至0。此时验证者需要表现良好，否则面临惩罚。惩罚轻重与链自终结以来的时间成正比，防止验证者离线。验证者偷懒的时间越长，惩罚越重。这种“二次泄露”惩罚对短期偷懒没有多大影响，但针对长期偷懒则惩罚较重，罚款金额将被销毁，不会重新分配给诚实验证者。

故意作恶行为：slashing

最初的以太坊PoS提案这样写道：作恶的验证者将受到严重惩罚，即slashing惩罚，通常是针对单个验证者作恶，而不是串谋的验证者。如果大部分验证者联合作恶，则会破坏网络。根据拜占庭容错的保证，对作恶者的惩罚=3×同一时间段内作恶者数量。这有助于惩罚大型联合作恶行为，还可以抑制作恶验证者池的发展。也就是说，在网络中发起联合攻击，会损坏作恶者集体利益。提倡检举机制，激励验证者发现其他违法攻击行为，将slashed的资金作为检举奖励。

验证者奖励

根据Vitalik的以太坊slasher设计原理，他在每个时期(64个区块)中概述了验证者基本奖励的4个特定组成部分：

1.检查指定的纪元检查点，奖励1/4

2.证明指定的区块链头，奖励1/4

3.证明被快速打包进链上，奖励1/4

4.证明指定正确的分片区块，奖励1/4

根据正确参与的验证人数量，此基本奖励还有额外奖励。这个额外的奖励用于激励验证者做正确的事情，推动集体诚实行为。奖励发布计划应当是一致且直观的，增加更多的复杂性只会使系统容易出错，并且从宏观经济的角度来看更难理解。

从应用程序复杂性中分离协议复杂性

说Eth2路线图令人生畏是一种保守的说法。它可能是最有雄心，并长期计划吸收行业教训，优雅地创建一个解决扩容难题且可持续的协议。关于分片降低开发人员体验这一点已有大量讨论，之所以降低是因为将Eth2开发人员剥离内部极其困难，我们有一个复杂的分片系统需要彼此交互。从表面上看，Eth2令人生畏，如何在项目中明确地执行合约也并不清楚。但事实非常微妙。

应用程序开发人员只需要了解一小部分Eth2协议。普通智能合约开发人员无需了解验证者注册表或信标链终端小工具的内部结构。因此，阶段0从应用层中完全删除。阶段1和阶段2最近也提出了强大提案，主张更高程度的抽象执行环境，使Eth2更强大，更简洁。最坏的打算，钱包和应用开发人员需要了解跨分片交易细节，以掌握一些显示即时交易结算的技巧。计算机操作系统和内部构件已比10年前要复杂得多，然而，大多数应用程序开发人员无需了解隐藏的内部构件，这些内部构件使其成为强大的计算机架构。这种关注点的分离是良好架构设计的核心，人们可以说，在构建Eth2时我们应该牢记不变量设计。

构建真实世界的计算机

总之，以太坊相对来说很美，这意味着它可以运行任何类型的可想象的代码，就像今天的计算机一样，尽管它是一台非常有限的，慢速的，单线程的计算机。今天的以太坊类似于早期的弱处理器。今天在以太坊运行应用程序也很是昂贵，因为该协议内置了一些机制，以防止困扰公共产品的公共场景发生悲剧。以太坊充满活力的开发人员会永远不断地改进当前网络，无论是核心层和是第二层。但从治理层面而言，预定的升级可能会困难重重，且过程艰难。一旦Eth2被激活的几年后，我们能感到它有一定限制，希望建立Eth3，那么便意味着Eth2的核心设计失败了。应该以无需硬分叉的方式升级协议，也就是，一旦系统投入使用，层1的设计是最不需创新或接近于0的。我们仍有很长一段旅程要走，时刻提醒自己为何构建这个软件，以及是否10年后还存在?这样我们便会编写更强大的代码，经得起时间的推敲。

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2021年最值得关注的以太坊改进提案

2021年将会是自2016年以来以太坊协议最具创新性的一年。以下是这一年值得关注的EIP情况：

下一次的硬分叉升级—— “柏林”将推行4项EIP：

? EIP-2929: 状态访问操作码所需的gas费用将增加

? EIP-2930: 可选的访问列表交易 (Optional Access List Txs)

? EIP-2718: 包含类型的交易封套 (Typed Transaction Envelope)

? EIP-2315: 简单的子程序 (Simple Subroutines)

EIP-2929：状态访问操作码所需的gas费用增加。存储访问操作码的gas费长期以来一直过低，并且一些只需花 20-80 秒就能执行的恶意交易目前已能够轻易创建。这项 EIP 把状态访问的成本增加了约3倍。

EIP-2930：可选的访问列表。大概 0.18% 的主网交易会因 EIP-2929 受阻。为了弥补这个裂缝，这份 EIP 引入了一种新型交易，它可以指定将被读取的存储 slot，然后支付一笔打了 9 折的预付费。

EIP-2718：包含类型的交易封套。这份 EIP 规定了交易的新格式，它以一个“ 鉴别器” (discriminator) 开始，让客户端解译不同的交易。EIP-2930 会首先用上这份 EIP，然后可能是 EIP-1559。新格式=type || payload。

EIP-2315：简单的子程序。被列入柏林硬分叉升级的最后一项 EIP：增加子程序的支持。传统来说，想要模拟此功能的合约需要同时处理常规堆栈数据和返回地址。此份EIP增加了一个新堆栈，只用于追踪返回的地址。

柏林分叉以后，会有很多不稳定因素。如果在接下来的分叉中，冰河时期不再延长，分叉计划会在 7 月上旬开启。根据最近的 AllCoreDev 会议，这个夏天可能会出现另一个分叉。有非常多候选 EIP 是针对该次硬分叉的，其中最著名的就是 EIP-1559。

EIP-1559：Eth1 的费用市场变化。Gas 费分成了两个部分：base fee (基本费用) 和 tip (小费)。基本费用部分会被销毁，而小费会发送给矿工。基本费用会根据需求由协议动态决定的。这能避免一些费用高峰，并提高用户在付 gas 费时的体验。

(译者注：此处作者插入了 EIP-1559 主要推动者 Tim Beiko 对 EIP-1559 的最新状态更新)

详情：

https://twitter.com/TimBeiko/status/1349027063903121408‌

(Tim) 在我看来，我不认为 1559 现在已准备好上线。以下是我在 dicord 上分享的一些想法总结：

1. 并不是所有的客户端都有 1559 的实现，且没有一个客户端有最终版的;

2. 我们还没解决在 AllCoreDevs 会议上提出的问题 (即用大型状态测试大区块)。要实现这一点最快也需要几周。

3. 1559 会影响很多其他项目：任何涉及签名交易的项目，都依赖于 JSON RPC 对区块/交易等的反应。对于这些影响我们还是需要进行广泛谈论。

4. 柏林硬分叉已经快要启动。而放下手头上所有工作来推行 1559 不是一个好选择。

EIP-2982：Eth2 的阶段0。自 EIP-1011 以来，eth1与 eth2 首次在 EIP 存储库中集合。这项 EIP 只是将 eth2 的治理/标准化重新引进 eth1 的开始。它带来的主要变化有：在 eth2 中新增发 ETH。

EIP-?：合并。比较乐观的是，2021 年 eth1 -> eth2 有望合并，并且去掉 PoW 共识。然而，在接下来的几个月里，研发工作将大大增加。预估该 EIP 将在未来 18 个月进行。

EIP-3102：二进制树结构。该项 EIP 将从当前的六进制状态树转移至二进制树结构中。这将使得默克尔证明更加有效率。迁移将可能占用大量资源，因此最好在合并之前进行。

EIP-2937：SETINDESTRUCTIBLE 操作码。此操作码将导致随后的任意 SELFDESTRUCTs 充当当帧中的noop。这将有助于更好地论证合约的可靠性。这也是支持账户抽象首先要做的事情。

EIP-2938：账户抽象。允许合约成为支付交易费和启动交易执行的高级账户。这为确定任意交易有效性的条件提供了灵活的框架。最初在 EIP-86 中提出，该 EIP 提供了在主网推行的更为具体的路径。

EIP-?：EVM384。尽管这还不是正式的 EIP，但正朝该方向发展。该提案建议增加本地 384 位算术运算符 (也很可能是其他宽度)，以支持在 EVM 中有效地实现新的加密系统。

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