根据以太坊2.0路线图，以太坊2.0的第0阶段将于今年第二季度末启动。作为区块链行业的“二把手”，以太坊的升级无疑将深刻影响整个区块链行业的发展节奏。尤其是在技术方面，以太坊2.0相比1.0进行了大量的升级和改造，在去中心化、可扩展性和效率等方面都进行了优化。
那么以太坊2.0进行了哪些技术升级呢？会对行业产生什么影响？ ChainDD App对以太坊社区开发者Zheka和OKEx高级分析师William进行了专访。
ETH2.0是以太坊的计划升级。与以太坊相比，以太坊2.0由于大量的变化，更像是一条全新的公链。此次升级将是一个长期的过程，分为几个阶段。目前只有“Phase 0”有明确的规范并定期更新。目前可以明确的阶段包括正在进行的阶段：阶段0，目标是启动信标链；第一阶段，目标是引入分片链结构；第2 阶段，目标是启用新的虚拟机eWASM（以太坊风格的Web Assembly）。后续阶段目标还可能包括轻客户端状态协议、主链安全耦合以及超二次或指数分片。
总的来说，以太坊2.0前三个阶段所做的改变可以简单概括为三点：共识机制、分片结构和虚拟机。这些改变的核心是试图解决目前以太坊效率低下的问题。矿池中心化严重，交易成本过高。
以太坊2.0的核心思想：分片
以太坊社区开发者Zheka告诉链得得App，去中心化在创造巨大价值的同时，也带来了极高的成本。实现去中心化的成本之所以如此之高，是因为与当今大多数区块链一样，以太坊上的每个节点都必须单独执行区块中记录的每一次计算，以确保所有参与者都遵守规则。
此过程消耗能源和计算机资源。就其当前架构下的以太坊网络而言，如果要在短时间内处理过多的数据，笔记本电脑、个人服务器等消费级硬件无法跟上网络的步伐。只有大型数据中心才能作为Node使用。这将大大降低以太坊的去中心化程度，因为数据中心节点很容易形成垄断并控制整个网络。 Zheka认为，如果失去“去中心化”，区块链技术就会失去价值，传统的中心化方式足以解决大部分问题。
一般来说，以太坊2.0进行的优化是尽量让每个节点只处理部分交易。这样，每个节点只需要处理网络中的一小部分交易，从而降低了通信成本。具体来说，以太坊2.0有64条分片链，由信标链协调。每条分片链都有自己专属的区块生产者和验证者，这些分片链彼此紧密相连，可以相互通信，从而形成一个庞大的分片链网络。因此，以太坊2.0中的验证器不需要处理整个网络内的所有交易，而只需要处理和验证某个分片链上的交易。
分片实际上是一种传统的数据库技术，它将大型数据库划分为更小、更快、更易于管理的部分。在区块链网络中，分片是将网络中的每个区块变成一个子区块链（100）。子区块链可以容纳交易数据，最终在主链上形成区块。用Buterin的话说，“每个分片就像一个独立的星系：有自己的账户空间，交易需要指定应该发布到哪个分片，分片之间的通信是有限的。 ”
OKEx高级分析师William表示，传统分片（以Cosmos为代表）中，每条链相互独立，导致整个网络碎片化，容易受到攻击。在以太坊2.0中，每个分片链都具有相同的安全性。如果你想破坏某个分片链，就必须破坏整个系统。而这是通过信标链来实现的。因此，信标链也被称为整个以太坊2.0的基础，这也是为什么信标链的推出会被称为阶段0。
以太坊升级第二步，主要工作是围绕信标链构建64条分片链。信标链在每个时间段为每个分片随机选择的分片验证者只负责对每个区块的内容达成共识。分片区块中包含什么信息并不重要，只要所有委员会成员能够就分片达成共识并定期更新信标链即可。
更高效的虚拟机
第三阶段，即第二阶段，主要工作开始将所有功能结合在一起。第二阶段将完成分片。分片链将从简单的数据容器过渡到结构化的链状态，并将重新引入智能合约。每个分片将管理一个基于eWASM（以太坊风味的WebAssembly）的虚拟机，各种开发工具将逐步完善。也就是说，第三阶段之后的以太坊2.0才真正有价值。
这一步的核心是更换虚拟机。它是一个允许智能合约相互交互的虚拟环境，让智能合约拥有更强大的功能而不变得过于复杂。简单来说，更换虚拟机的主要原因是为了提高性能，降低智能合约的开发难度，从而丰富以太坊生态。
OKEx高级分析师William告诉链得得App，目前的以太坊虚拟机（EVM）其实和Java的虚拟机类似：在部署智能合约时，首先将智能合约代码编译成机器可读的代码，然后，EVM这个字节码代码通过后进先出的堆栈安排进行处理。以太坊WebAssembly（Ewasm）是建立在现代标准WebAssembly 虚拟机上的确定性智能合约执行引擎。从以太坊未来的发展规划来看，Ewasm是取代EVM的主要候选者，也是以太坊2.0路线图的一部分。在去年的Crosslink 2019 台湾会议议程上，Hung-Ying-Ying 就明确指出了两者的区别（Hung-Ying-Ying 所在的Second State 负责开发以太坊的编译器Soll 从Solidity 到Ewasm） :
EVM 的特点
1) 256位和基于堆栈的虚拟机
2）许多高级指令，例如：SSTORE、SLOAD、SHA3、EC、Call/Create合约
3）与实际系统架构（通常是32/64位）有差异，而256位需要模拟
4）更少的编程语言（Vyper，Solidity，）
EWASM的特点
1）基于Stake的虚拟机：拥有独立的区域空间（寄存器或内存），访问堆栈中的前3个对象（EVM访问16个）
2) 支持32/64位运行
3）没有高级指令
4）RISC指令集也可以映射到CPU ISA
5）更大的社区：所有主流浏览器和多种编程语言（C++、Rust、GO、）都支持
他表示，开发EWASM主要是为了提高以太坊的性能，因为将EVM操作码转换为硬件指令的过程太困难；此外，EWASM项目的设计目标之一是还支持跨多种语言和工具的智能合约开发。即将LLVM、C、C++、Rust 和JavaScript 纳入开发周期。因此，选择EWASM对于开发者来说是一大利好。
基于POS的共识机制
在这三步过程中，为了应对结构性变化，以太坊将共识机制从POW转变为POS，具体来说是专门定制的Casper共识机制。首先需要强调的是，PoS是一种共识算法，而不是某种共识算法。它是指一种以权益（Stake）作为创建区块的条件的共识算法。在中文社区，当人们谈论POS机制时，往往将Peercoin（第一个使用PoS机制的公链项目）的PoS机制作为PoS的定义，甚至在大多数中文书籍中也是如此。事实上，PoS机制有很多，Peercoin的PoS只是其中之一。 Casper算法也是PoS算法之一。
目前，传统的PoS 算法主要有两类：一类是以Peercoin 和Blockcoin 为代表的链式PoS 算法。此类算法模仿PoW 机制，使用随机数来确定出块者来模拟挖矿。矿；另一种是以Cosmos 为代表的基于拜占庭错误（BFT）的PoS。
Casper实际上借鉴了BFT算法，但还引入了新特性：
（1）一是问责，即恶意验证者受到惩罚，验证者的所有抵押品将被没收，这可以解决困扰PoS的无利害关系问题；
（2）动态验证者，Casper引入了安全机制，允许验证者随时间动态变化；
(3)防御。为了防御长距离攻击和三分之一验证人离线攻击，Casper引入了弱平衡同步假设。
(4)模块化叠加。由于以太坊的计划是首先从PoW 切换到PoW/PoS 的混合机制，最后过渡到PoS，因此Casper 被设计为叠加层，使得PoW 链升级到Casper 变得更加容易。
Casper算法实际上比以Peercoin为代表的PoS算法更安全，因为Peercoin的PoS算法无法解决无利害关系攻击的问题。
Zheka认为，在传统的PoW区块链中，一些个人和机构将充当矿工，使用昂贵的硬件解决数学问题来铸造新的比特币并处理交易。矿工通过维护网络安全来赚取额外的比特币和交易费用。相比之下，在PoS 区块链中，验证器通过锁定代币来铸造新的以太币并处理交易，从而为网络提供安全性。事实上，验证者提供的安全性取决于网络本身的价值。如果验证者做了坏事，他们锁定的以太币将被没收。削减机制激励验证者遵守协议规则。
PoS 具有高安全性的一个重要原因是PoW 系统容易受到“产卵露营”攻击。如果犯罪者拥有的挖矿硬件足以攻击比特币等PoW 区块链，那么比特币将无法阻止后续攻击，因为网络会不断重组/分叉，然后受到相同挖矿硬件的攻击，因此存在没办法，无限循环下去。相比之下，以太坊2.0对抢注攻击的抵抗力要强得多。 —— 以太坊2.0 可以分叉并没收攻击者的押金。这就像摧毁攻击者的比特币矿场一样。
总体而言，以太坊2.0的出现将为整个区块链行业带来更多可能性。但就发展周期而言，三步走战略虽然稳定，但在长期的技术演进中不可避免地会发生各种变化，路线图和计划极有可能发生变化。就目前进展来看，以太坊2.0似乎很难在2023年之前完成。（本文独家发表于ChainDD App；作者/大文）
