以太坊使用共识协议

㈠ 【Discover ETH】什么是权益证明PoS

本篇作为Discover系列文章的开篇，结合ETH2.0的目标，来谈谈权益证明PoS是什么。

在谈PoS之前，我们先来了解一下共识。共识，即达成了普遍协议。区块链实质上是一个全球性的状态机，达成共识意味着网络上至少有超过一半（51%）的节点同意网络的下一个全球状态。
共识机制 （也称为共识协议或共识算法）允许分布式系统（计算机网络）协同工作并保持安全。当前主流的共识机制有两种，分别是 工作量证明 (Proof of Work，PoW)和 权益证明 (Proof of Stake，PoS)。以太坊在设计之初就希望最终以太坊的共识机制能转变为PoS，而PoW只作为一个过渡阶段。但无论是PoW还是PoS，最终的目的都是相同的，即实现分布式计算机的共识机制。下面先简单了解工作量证明（PoW）的工作机制。

工作量证明通过矿工们完成，矿工们需要竞争创建最新区块以处理和完成交易。 获胜者将与网络中的其他节点分享最新区块，并且获得最新的特定代币区块奖励（如以太坊的以太币）。由于用户需要拥有超过网络中 51% 的算力才能够欺骗整条链，因此网络安全得以保证。 这将需要巨大的设备和能源投入，所需的开支甚至可能超过收益。
工作量证明是08年在中本聪所创造的比特币中提出的，至今已经经过了充分的考验和测试，但随着越来越多的矿工和矿池的加入，挖掘新的区块的难度指数爆发式上升，也面临的如下的问题：

PoS作为ETH2.0关键的建设目标，其作用不仅仅只是因为PoW带来的环境不友好的能源消耗，还有PoS的建设能更有力支持 分片链 （以太坊网络扩展的关键升级），更强的去中心化特性等等。下面从几个方面来简单谈谈权益证明PoS的工作过程。

在以太坊中，工作量证明的过程参与的角色是矿工/矿池。其目的是通过算力试错来反复计算，以此生成一个低于目标随机数的混合哈希。这个计算难度依赖于区块所声明的 难度 ，难度越小，有效的哈希值的集合就越小。而在权益证明中，则没有矿工这一角色，与之对应的是称之为 验证者 的角色。
在ETH2.0中，用户需要质押 32ETH 来获得作为验证者的资格。验证者被 信标链 随机选择去创建区块，并且负责检查和确认那些不是由他们创造的区块。他们不需要开采区块，他们只需要在被选中的时候创建区块并且在没有被选中的时候验证他人提交的区块。此验证被称为证明。
验证者因提出新区块和证明他们已经看到的区块而获得奖励，对于一些恶意验证者节点，也会有相应的惩罚机制使之失去质押。验证者质押的ETH越多，获得的奖励也越多。可以这样说，权益证明是一种用于激励验证者接受更多质押的机制。

前面提到了 分片链 这个名词， 分片 就是将区块链分成多条链。验证者将会在不同的分片上处理它们的分片数据，以此来提高区块链的工作效率。ETH2.0预计会有64个分片链。
验证者会被随机洗牌到不同的分片中，以防止验证者恶意操纵节点并提高链的安全性。处理不同分片之间的数据的关键角色就是 信标链 （Beacon Chain）。
信标链 是协调分片信息、管理验证者的连接不同分片的桥梁。
当用户在分片上提交交易时， 验证者 将负责将用户的交易添加到分片区块中。 信标链 通过算法选择验证器以提出新的块。如果一个验证者没有被选中提出一个新的分块，它们将会证明另一个验证者的提议，并确认一切都正常。
至少需要 128 个被称为 委员会 （ committee ）的验证者来证明每个分片块。委员会有一个提出和验证分片区块的时限，这个时限被称为 插槽 （ Slot ），大约为12秒。 每个插槽只能创建一个有效区块，一个 周期 （ Epoch ，大约6.4分钟）有 32 个插槽。
每个周期过后，委员会都由不同的、随机的参与者解散与重组，重组过程由一个半随机算法 RANDAO 来选择，以此避免恶意节点的操纵。

ETH2.0使用 Cassper 终局协议来确认一个新的区块是否得到足够的证明，即只要2/3的插槽同意（即当前参与计算的2/3的验证者节点），该区块就会被最终确定。而推荐此区块的验证者将获得奖励。因此，在权益证明的机制下，每过6.4分钟就会创建一个新的区块。关于Cassper协议的详细说明后续再进行探索。

权益证明的建设以太坊在15年就已经提出，截止至今也才完成了Phase 0信标链的建设。而下一阶段的与主网合并，再下一阶段的分片链建设也一再推迟。虽然PoS的建设非常缓慢，但无论如何，权益证明作为主流的共识机制算法之一，也是值得我们探讨其设计原理。
后续将会针对信标链的详细设计、分片等ETH2.0内容进行探索。

㈡ 以太坊2.0未来的发展如何

以太坊 2.0 升级，最核心的是以太坊 2.0 分片和 PoS 共识机制。采用 PoS 共识机制是为了提高以太坊协议的能源效率以及增加以太坊区块链的安全性。以太坊 2.0 分片，使得以太链不再需要通过每个节点来处理链上的每笔交易。

在分片系统中每个节点只需处理约 1% 的交易或更少，从而极大地提高了区块链的效率。实现ETH2.0以后不仅网络性能得到大幅提升，投资者也可以减少重资产的投入(+slf0037)。共识协议Casper及分片技术落地，对网络的底层协议作出巨大的改变，还进一步推动了区块链扩容技术向前发展，不断达到商用的标准。截至2021年1月7日16时已经有超过230万个ETH被锁定在该网络中，占以太坊总供应量的2%。然而，这仍然只是更新的第一阶段。据官方消息，Uniswap v3已部署到以太坊主网。根据官方文章，Uniswap v3是该协议迄今为止功能最强大的版本，集中式流动性为流动性提供者提供了空前的资本效率，为交易者提供了更好的执行力，以及去中心化金融的核心基础设施。就以太坊路线图而言，V神表示，随着合并日期的临近，路线图的许多方面越来越变得切实可行，乐观估计今年年底可以完成升级，在合并后，执行链会在共识链内部运行，每个信标链区块会包括一个来自执行链的区块。他还表示，合并需要许多复杂技术，目的是让整个过程尽可能简单，对于用户、客户端、开发者、智能合约来说，合并会更加顺畅，用户无需过多担心。目前许多中心化交易所、去中心化交易所、去中心化质押协议和基础服务商都进入了以太坊2.0的Staking赛道。不难想象之后会有更多的服务商涌现，而以太坊2.0 Staking板块也将会成为交易所和钱包的标配。那么 ETH 1.0 的 PoW 链，究竟还能挖多久？目前并没有一个明确的答案。但可以确定的是，在以太坊由 PoW 彻底转变为 PoS 之前，以太坊基金会必须用足够长的时间来向大家证明 PoS 链是安全的。这样才能让所有开发者和用户放心的完成切换，从而使整个价值超过 1000 亿美金的生态体系真正的、完全的运行在信标链上。

没有人知道完成工程的推进，需要花多长时间，这是个很大的未知数，并且这些未知数可能是以太坊 2.0 转换的很大阻力。因此，我们乐观估计 PoW 链至少还可以持续挖两到三年。

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㈢ 以太坊是什么共识机制

以太坊常用的三种共识机制(算法):
1、PoW(Proof of Work),工作量证明机制;
2、PoS(Proof of Stake):股权证明机制;
3、DPoS(Delegated Proof of Stake),授权股权证明机制。
这些共识机制都能在现实生活中找到对应的经济模型，吸引人们参与其中，组成安全网络，并有序运行。

㈣ 以太坊2.0、POS、信标链和分片都是些啥

以太坊2.0、POS、信标链和分片都是以太坊区块链协议的重要升级部分，旨在解决其当前存在的问题，包括性能、安全性和可持续性。以下是这些概念的概述：

以太坊2.0（或简称为ETH2.0）是一个重大升级，旨在解决以太坊区块链的三大问题：

• 性能：当前每秒仅能处理十几笔交易，无法支持去中心化的通用计算平台愿景。目标是提高到至少每秒支持1000笔交易。




• 安全性：以太坊共识机制为POW（工作量证明），导致算力集中，不利于去中心化和网络安全性。以太坊2.0计划采用POS（权益证明）共识机制，让更多的普通用户参与共识过程。




• 可持续性：POW共识机制高耗能，不利于环保。以太坊2.0将采用不消耗大量电力的新共识算法。

为实现以上目标，以太坊2.0引入了两大机制：

• POS（权益证明）：与POW（工作量证明）相比，POS参与者（验证者）只需质押一部分虚拟资产，无需消耗大量电力或购买专用硬件，提高了普通用户参与度和环保性。




• 分片（Shard）：通过分片链技术，以太坊可以同时运行多条区块链，每条链负责处理部分交易，提高性能并降低节点硬件要求，增加去中心化程度。

以太坊2.0的升级将分阶段进行，主要包括：

• 第0阶段：信标链上线，实现POS机制并协调同步后的分片链。




• 第1阶段：64个分片链上线并与信标链连接，实现数据存储和智能合约执行。




• 第2阶段：实现以太坊虚拟机，提供通用计算能力。

目前信标链已上线，信标链和现有以太坊区块链并行运行，不直接影响当前的以太坊区块链。在第1阶段，原始以太坊区块链将作为第一个分片链加入，POW挖矿将退出历史舞台。以太坊2.0的完整实现仍需多个阶段的逐步推进。

最后，以太坊2.0的POS机制和分片链技术将带来更高的性能、更好的安全性和更高的环保性。如果您持有ETH，无需进行任何转换操作，但可以考虑质押ETH参与POS机制以获得收益，不过请务必了解风险并谨慎操作。

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㈥ 一文了解以太坊挖矿算法及算力规模2020-09-09

以太坊网络中，想要获得以太坊，也要通过挖矿来实现。当前以太坊也是采用POW共识机制，但是与比特币的POW挖矿有点不一样，以太坊挖矿难度是可以调节的。以太坊系统有一个特殊的公式用来计算之后的每个块的难度。如果某个区块比前一个区块验证的更快，以太坊协议就会增加区块的难度。通过调整区块难度，就可以调整验证区块所需的时间。

以太坊采用的是Ethash 加密算法，在挖矿的过程中，需要读取内存并存储 DAG 文件。由于每一次读取内寸的带宽都是有限的，而现有的计算机技术又很难在这个问题上有质的突破，所以无论如何提高计算机的运算效率，内存读取效率仍然不会有很大的改观。因此，从某种意义上来说，以太坊的Ethash加密算法具有“抗ASIC性”。

加密算法的不同，导致了比特币和以太坊的挖矿设备、算力规模差异很大。

目前，比特币挖矿设备主要是专业化程度非常高的ASIC 矿机，单台矿机的算力最高达到了 112T/s（神马M30S++矿机），全网算力的规模达到139.92EH/s。

以太坊的挖矿设备主要是显卡矿机和定制GPU矿机，专业化的ASIC矿机非常少，一方面是因为以太坊挖矿算法的“抗 ASIC 性”提高了研发ASIC矿机的门槛，另一方面是因为以太坊升级到2.0之后共识机制会转型为PoS，矿机无法继续挖。

和ASIC矿机相比，显卡矿机在算力上相差了2个量级。目前，主流的显卡矿机（8卡）算力约为420MH/s，比较领先的定制GPU矿机算力约在500M~750M，以太坊全网算力约为235.39TH/s。

从过去两年的时间维度上看，以太坊的全网算力增长相对缓慢。

以太坊协议规定，难度的动态调整方式是使全网创建新区块的时间间隔为15秒，网络用15秒时间创建区块链，这样一来，因为时间太快，系统的同步性就大大提升，恶意参与者很难在如此短的时间发动51%（也就是半数以上）的算力去修改历史数据。

㈦ 以太坊是什么共识机制

1. 以太坊最初采用三种共识机制，分别是：
1.1. PoW（Proof of Work，工作量证明）：通过解决计算难题来验证交易，确保网络的安全与去中心化。
1.2. PoS（Proof of Stake，股权证明）：根据持有的代币数量和锁定时间来选择出块的权利，相比PoW更节能且效率更高。
1.3. DPoS（Delegated Proof of Stake，授权股权证明）：一种PoS的变体，通过选举代表来验证区块，提高网络的性能和确认速度。
这些共识机制在实际应用中均对应特定的经济模型，能够激励用户参与网络维护，确保其安全、有序地运行。