以太坊使用共識協議

㈠ 【Discover ETH】什麼是權益證明PoS

本篇作為Discover系列文章的開篇，結合ETH2.0的目標，來談談權益證明PoS是什麼。

在談PoS之前，我們先來了解一下共識。共識，即達成了普遍協議。區塊鏈實質上是一個全球性的狀態機，達成共識意味著網路上至少有超過一半（51%）的節點同意網路的下一個全球狀態。
共識機制 （也稱為共識協議或共識演算法）允許分布式系統（計算機網路）協同工作並保持安全。當前主流的共識機制有兩種，分別是 工作量證明 (Proof of Work，PoW)和 權益證明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在設計之初就希望最終以太坊的共識機制能轉變為PoS，而PoW只作為一個過渡階段。但無論是PoW還是PoS，最終的目的都是相同的，即實現分布式計算機的共識機制。下面先簡單了解工作量證明（PoW）的工作機制。

工作量證明通過礦工們完成，礦工們需要競爭創建最新區塊以處理和完成交易。 獲勝者將與網路中的其他節點分享最新區塊，並且獲得最新的特定代幣區塊獎勵（如以太坊的以太幣）。由於用戶需要擁有超過網路中 51% 的算力才能夠欺騙整條鏈，因此網路安全得以保證。 這將需要巨大的設備和能源投入，所需的開支甚至可能超過收益。
工作量證明是08年在中本聰所創造的比特幣中提出的，至今已經經過了充分的考驗和測試，但隨著越來越多的礦工和礦池的加入，挖掘新的區塊的難度指數爆發式上升，也面臨的如下的問題：

PoS作為ETH2.0關鍵的建設目標，其作用不僅僅只是因為PoW帶來的環境不友好的能源消耗，還有PoS的建設能更有力支持 分片鏈 （以太坊網路擴展的關鍵升級），更強的去中心化特性等等。下面從幾個方面來簡單談談權益證明PoS的工作過程。

在以太坊中，工作量證明的過程參與的角色是礦工/礦池。其目的是通過算力試錯來反復計算，以此生成一個低於目標隨機數的混合哈希。這個計算難度依賴於區塊所聲明的 難度 ，難度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在權益證明中，則沒有礦工這一角色，與之對應的是稱之為 驗證者 的角色。
在ETH2.0中，用戶需要質押 32ETH 來獲得作為驗證者的資格。驗證者被 信標鏈 隨機選擇去創建區塊，並且負責檢查和確認那些不是由他們創造的區塊。他們不需要開采區塊，他們只需要在被選中的時候創建區塊並且在沒有被選中的時候驗證他人提交的區塊。此驗證被稱為證明。
驗證者因提出新區塊和證明他們已經看到的區塊而獲得獎勵，對於一些惡意驗證者節點，也會有相應的懲罰機制使之失去質押。驗證者質押的ETH越多，獲得的獎勵也越多。可以這樣說，權益證明是一種用於激勵驗證者接受更多質押的機制。

前面提到了 分片鏈 這個名詞， 分片 就是將區塊鏈分成多條鏈。驗證者將會在不同的分片上處理它們的分片數據，以此來提高區塊鏈的工作效率。ETH2.0預計會有64個分片鏈。
驗證者會被隨機洗牌到不同的分片中，以防止驗證者惡意操縱節點並提高鏈的安全性。處理不同分片之間的數據的關鍵角色就是 信標鏈 （Beacon Chain）。
信標鏈 是協調分片信息、管理驗證者的連接不同分片的橋梁。
當用戶在分片上提交交易時， 驗證者 將負責將用戶的交易添加到分片區塊中。 信標鏈 通過演算法選擇驗證器以提出新的塊。如果一個驗證者沒有被選中提出一個新的分塊，它們將會證明另一個驗證者的提議，並確認一切都正常。
至少需要 128 個被稱為 委員會 （ committee ）的驗證者來證明每個分片塊。委員會有一個提出和驗證分片區塊的時限，這個時限被稱為 插槽 （ Slot ），大約為12秒。 每個插槽只能創建一個有效區塊，一個 周期 （ Epoch ，大約6.4分鍾）有 32 個插槽。
每個周期過後，委員會都由不同的、隨機的參與者解散與重組，重組過程由一個半隨機演算法 RANDAO 來選擇，以此避免惡意節點的操縱。

ETH2.0使用 Cassper 終局協議來確認一個新的區塊是否得到足夠的證明，即只要2/3的插槽同意（即當前參與計算的2/3的驗證者節點），該區塊就會被最終確定。而推薦此區塊的驗證者將獲得獎勵。因此，在權益證明的機制下，每過6.4分鍾就會創建一個新的區塊。關於Cassper協議的詳細說明後續再進行探索。

權益證明的建設以太坊在15年就已經提出，截止至今也才完成了Phase 0信標鏈的建設。而下一階段的與主網合並，再下一階段的分片鏈建設也一再推遲。雖然PoS的建設非常緩慢，但無論如何，權益證明作為主流的共識機制演算法之一，也是值得我們探討其設計原理。
後續將會針對信標鏈的詳細設計、分片等ETH2.0內容進行探索。

㈡ 以太坊2.0未來的發展如何

以太坊 2.0 升級，最核心的是以太坊 2.0 分片和 PoS 共識機制。採用 PoS 共識機制是為了提高以太坊協議的能源效率以及增加以太坊區塊鏈的安全性。以太坊 2.0 分片，使得以太鏈不再需要通過每個節點來處理鏈上的每筆交易。

在分片系統中每個節點只需處理約 1% 的交易或更少，從而極大地提高了區塊鏈的效率。實現ETH2.0以後不僅網路性能得到大幅提升，投資者也可以減少重資產的投入(+slf0037)。共識協議Casper及分片技術落地，對網路的底層協議作出巨大的改變，還進一步推動了區塊鏈擴容技術向前發展，不斷達到商用的標准。截至2021年1月7日16時已經有超過230萬個ETH被鎖定在該網路中，占以太坊總供應量的2%。然而，這仍然只是更新的第一階段。據官方消息，Uniswap v3已部署到以太坊主網。根據官方文章，Uniswap v3是該協議迄今為止功能最強大的版本，集中式流動性為流動性提供者提供了空前的資本效率，為交易者提供了更好的執行力，以及去中心化金融的核心基礎設施。就以太坊路線圖而言，V神表示，隨著合並日期的臨近，路線圖的許多方面越來越變得切實可行，樂觀估計今年年底可以完成升級，在合並後，執行鏈會在共識鏈內部運行，每個信標鏈區塊會包括一個來自執行鏈的區塊。他還表示，合並需要許多復雜技術，目的是讓整個過程盡可能簡單，對於用戶、客戶端、開發者、智能合約來說，合並會更加順暢，用戶無需過多擔心。目前許多中心化交易所、去中心化交易所、去中心化質押協議和基礎服務商都進入了以太坊2.0的Staking賽道。不難想像之後會有更多的服務商涌現，而以太坊2.0 Staking板塊也將會成為交易所和錢包的標配。那麼 ETH 1.0 的 PoW 鏈，究竟還能挖多久？目前並沒有一個明確的答案。但可以確定的是，在以太坊由 PoW 徹底轉變為 PoS 之前，以太坊基金會必須用足夠長的時間來向大家證明 PoS 鏈是安全的。這樣才能讓所有開發者和用戶放心的完成切換，從而使整個價值超過 1000 億美金的生態體系真正的、完全的運行在信標鏈上。

沒有人知道完成工程的推進，需要花多長時間，這是個很大的未知數，並且這些未知數可能是以太坊 2.0 轉換的很大阻力。因此，我們樂觀估計 PoW 鏈至少還可以持續挖兩到三年。

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㈢ 以太坊是什麼共識機制

以太坊常用的三種共識機制(演算法):
1、PoW(Proof of Work),工作量證明機制;
2、PoS(Proof of Stake):股權證明機制;
3、DPoS(Delegated Proof of Stake),授權股權證明機制。
這些共識機制都能在現實生活中找到對應的經濟模型，吸引人們參與其中，組成安全網路，並有序運行。

㈣ 以太坊2.0、POS、信標鏈和分片都是些啥

以太坊2.0、POS、信標鏈和分片都是以太坊區塊鏈協議的重要升級部分，旨在解決其當前存在的問題，包括性能、安全性和可持續性。以下是這些概念的概述：

以太坊2.0（或簡稱為ETH2.0）是一個重大升級，旨在解決以太坊區塊鏈的三大問題：

• 性能：當前每秒僅能處理十幾筆交易，無法支持去中心化的通用計算平台願景。目標是提高到至少每秒支持1000筆交易。




• 安全性：以太坊共識機制為POW（工作量證明），導致算力集中，不利於去中心化和網路安全性。以太坊2.0計劃採用POS（權益證明）共識機制，讓更多的普通用戶參與共識過程。




• 可持續性：POW共識機制高耗能，不利於環保。以太坊2.0將採用不消耗大量電力的新共識演算法。

為實現以上目標，以太坊2.0引入了兩大機制：

• POS（權益證明）：與POW（工作量證明）相比，POS參與者（驗證者）只需質押一部分虛擬資產，無需消耗大量電力或購買專用硬體，提高了普通用戶參與度和環保性。




• 分片（Shard）：通過分片鏈技術，以太坊可以同時運行多條區塊鏈，每條鏈負責處理部分交易，提高性能並降低節點硬體要求，增加去中心化程度。

以太坊2.0的升級將分階段進行，主要包括：

• 第0階段：信標鏈上線，實現POS機制並協調同步後的分片鏈。




• 第1階段：64個分片鏈上線並與信標鏈連接，實現數據存儲和智能合約執行。




• 第2階段：實現以太坊虛擬機，提供通用計算能力。

目前信標鏈已上線，信標鏈和現有以太坊區塊鏈並行運行，不直接影響當前的以太坊區塊鏈。在第1階段，原始以太坊區塊鏈將作為第一個分片鏈加入，POW挖礦將退出歷史舞台。以太坊2.0的完整實現仍需多個階段的逐步推進。

最後，以太坊2.0的POS機制和分片鏈技術將帶來更高的性能、更好的安全性和更高的環保性。如果您持有ETH，無需進行任何轉換操作，但可以考慮質押ETH參與POS機制以獲得收益，不過請務必了解風險並謹慎操作。

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㈥ 一文了解以太坊挖礦演算法及算力規模2020-09-09

以太坊網路中，想要獲得以太坊，也要通過挖礦來實現。當前以太坊也是採用POW共識機制，但是與比特幣的POW挖礦有點不一樣，以太坊挖礦難度是可以調節的。以太坊系統有一個特殊的公式用來計算之後的每個塊的難度。如果某個區塊比前一個區塊驗證的更快，以太坊協議就會增加區塊的難度。通過調整區塊難度，就可以調整驗證區塊所需的時間。

以太坊採用的是Ethash 加密演算法，在挖礦的過程中，需要讀取內存並存儲 DAG 文件。由於每一次讀取內寸的帶寬都是有限的，而現有的計算機技術又很難在這個問題上有質的突破，所以無論如何提高計算機的運算效率，內存讀取效率仍然不會有很大的改觀。因此，從某種意義上來說，以太坊的Ethash加密演算法具有「抗ASIC性」。

加密演算法的不同，導致了比特幣和以太坊的挖礦設備、算力規模差異很大。

目前，比特幣挖礦設備主要是專業化程度非常高的ASIC 礦機，單台礦機的算力最高達到了 112T/s（神馬M30S++礦機），全網算力的規模達到139.92EH/s。

以太坊的挖礦設備主要是顯卡礦機和定製GPU礦機，專業化的ASIC礦機非常少，一方面是因為以太坊挖礦演算法的「抗 ASIC 性」提高了研發ASIC礦機的門檻，另一方面是因為以太坊升級到2.0之後共識機制會轉型為PoS，礦機無法繼續挖。

和ASIC礦機相比，顯卡礦機在算力上相差了2個量級。目前，主流的顯卡礦機（8卡）算力約為420MH/s，比較領先的定製GPU礦機算力約在500M~750M，以太坊全網算力約為235.39TH/s。

從過去兩年的時間維度上看，以太坊的全網算力增長相對緩慢。

以太坊協議規定，難度的動態調整方式是使全網創建新區塊的時間間隔為15秒，網路用15秒時間創建區塊鏈，這樣一來，因為時間太快，系統的同步性就大大提升，惡意參與者很難在如此短的時間發動51%（也就是半數以上）的算力去修改歷史數據。

㈦ 以太坊是什麼共識機制

1. 以太坊最初採用三種共識機制，分別是：
1.1. PoW（Proof of Work，工作量證明）：通過解決計算難題來驗證交易，確保網路的安全與去中心化。
1.2. PoS（Proof of Stake，股權證明）：根據持有的代幣數量和鎖定時間來選擇出塊的權利，相比PoW更節能且效率更高。
1.3. DPoS（Delegated Proof of Stake，授權股權證明）：一種PoS的變體，通過選舉代表來驗證區塊，提高網路的性能和確認速度。
這些共識機制在實際應用中均對應特定的經濟模型，能夠激勵用戶參與網路維護，確保其安全、有序地運行。