了解以太坊升级：了解最新路线图并消除对 Merge-to-PoS 的误解

公链龙头以太坊的“一举一动”都引起了整个加密圈的关注，而以太坊的升级自然是大家最关心的话题之一。以太坊计划在 2022 年第二季度“合并”，即实现从 PoW（Proof of Work）到 PoS（Proof of Stake）的过渡，而这种共识机制的过渡也成为了热议的话题最近。

PANews在研究以太坊官网后发现，以太坊升级路线图发生了变化，一些相关条款也进行了调整。目前仍有很多文章还在引用之前的旧信息，会误导用户。本文将根据最新的路线图以太坊怎么用，详细介绍以太坊升级解决当前困境的技术方案、此次合并升级的意义以及未来升级的相关内容。

技术解决方案

在了解以太坊升级的具体内容之前，我们先简单回顾一下为什么以太坊需要升级。以太坊的愿景是拥有更好的可扩展性和安全性，以更好地服务现有和潜在用户，同时保持去中心化，同时支持可持续发展。但以太坊目前面临着网络拥塞、节点运行门槛越来越高、PoW机制造成的能量损失等诸多困难。一系列升级旨在解决这些问题。从 2014 年开始，以太坊升级成为一个活跃的研发领域。

众所周知以太坊怎么用，为了解决公链性能“安全、去中心化和可扩展性”的三难困境，在设计上必须做出一定的牺牲。例如，一些自称是高性能公链的解决方案牺牲了去中心化。而一旦特权节点出现问题，就会导致网络宕机。以太坊开发团队计划通过以下技术解决方案克服这一难题：

具体来说，分片链将通过减少节点验证者的工作量并使以太坊能够同时创建多个区块来提高以太坊的可扩展性。信标链会随机分配验证人到不同的分片链，作恶的概率低，保证以太坊网络的安全。PoS 机制可以有效降低运行节点的门槛，支持更多普通用户成为节点验证者，最大限度地去中心化。

最新路线图

通过不同方案的协同运作，以太坊升级理论上可以同时保证去中心化、可扩展性和安全性。了解了技术方案后，我们再来看看以太坊升级的最新路线图和目前的进展。

从最新的路线图可以看出，以太坊升级的主要节点是信标链的上线、合并、分片链的上线。目前，信标链已于 2020 年底上线。最近讨论的升级指的是“合并”。与旧路线图不同的是，最初的计划是在合并之前处理分片链以解决扩展问题，新路线图在扩展之前带来了合并升级。这种变化的主要原因是 Layer 2 技术（Layer 2 解决方案）的快速发展，尤其是 Rollups，这给了以太坊团队另一种解决可扩展性问题的方法。将汇总作为一种安全可行的方式来扩展以太坊的研究已被证明是有希望的，分片链的上线还需要几年的时间，这既困难又不确定，

除了路线图的变化，一些术语也进行了调整，ETH1（现有的工作量证明链）和ETH2（原计划将用户和应用程序迁移到的权益证明链）的名称已经已弃用，从 2021 年年底开始，核心开发者停止使用这些术语，分别替换为新术语“执行层”和“共识层”。因此，合并后，现有的以太坊主网将被视为具有执行交易和智能合约功能的分片链“Shard 0”，不会被弃用，应用程序和用户也不会迁移到新的证明——利益链。

合并的意思

此次PoW向PoS的合并升级只涉及到共识机制的改变。以太坊网络的可扩展性问题也需要通过 Layer 2 技术或分片链的推出来解决。因此，本次合并升级并不会降低以太坊主网高昂的gas费用。这个问题需要有效解决分片链和Layer2技术的结合，即交易过程在廉价的二层协议上执行，最终状态（交易数据库）存储在分片链中。

关于 PoW 和 PoS 的比较，业界有很多资料，这里不再赘述。本文结合以太坊的愿景和升级所涉及的技术方案来谈谈信标链为何采用PoS机制。

1）在线支持分片链。分片链的安全性会影响到整个以太坊网络，只有在安全性得到有效保障的情况下才能逐步上线。这次合并升级也是为最终的分片链上线做准备。分片链的验证者将由信标链随机分配。因为是随机的，分片链上的验证者很难合谋作恶。根据以太坊团队的说法，作恶的可能性不到万亿分之一。，分片链的安全性得到保障。

分片链的这种保护机制只能通过 PoS 共识下的信标链来实现，而 PoW 共识则不能。在 PoW 共识下，只要矿机算力强，任何人都可以成为矿工，因此协议无法控制矿工。没有控制，随机分配是不可能的，矿工有自治权，可以合谋选择对同一个分片链作恶，自然分片链的安全性无法得到保证。在 PoS 共识下，成为验证者的前提是质押 32 个 ETH。通过这个入口阈值，协议可以控制验证者。通俗地说，“不听我的安排，你就退出”。由于对验证者的控制，

2）降低节点门槛，实现去中心化。PoW机制下，成为验证节点的门槛很高，需要专业矿机等硬件设备。随着以太坊生态的发展和矿机的更新迭代，普通用户进入难度更大，比如BTC矿工的现状。以太坊采用 PoS 机制，可以有效降低验证节点的准入门槛，任何用户只要质押 32 个 ETH 即可加入验证者团队。验证者的工作包括创建新区块（即矿工）和验证新区块（不成为矿工），由信标链随机分配，不需要竞争算力，大大降低对硬件设备的要求, 并支持更多用户参与。参与验证的节点越多，以太坊网络就会越去中心化和去中心化，面对攻击也就越安全。

3）支持可持续发展。PoW 需要消耗电力资源，而目前的电力供应本身是不足的。例如，近年来，我国出现了工业弃电现象。同时，发电主要依靠火力发电，对环境不太友好。环保水力发电、太阳能发电、风力发电等从来都不是主力军。在全球减碳环保的大背景下，选择不消耗任何能源的 PoS 机制更符合以太坊网络可持续发展的愿景。

未来升级——分片链

块分片是将数据库水平拆分以分配负载的过程。以太坊网络致力于通过分片链技术减少网络拥塞，提高每秒交易处理量。一般来说，分片相当于将一个任务拆分成多个小块，每个小任务可以同时执行，可以有效提高完成任务的速度。另外，如果组织中有很多成员，并且一个任务拆分成多人后，有些人处于空闲状态，那么组织可以将其他任务发送给剩下的人，实现多任务的同步，所以分片链支持以太坊同时创建多个区块。通过任务拆解和多任务同步，分片链成为以太坊扩张的关键一环。通过结合 rollups 技术，以太坊网络的 TPS 可以达到 10 万左右。

除了提高以太坊 TPS 之外，分片链也有助于其去中心化。现有以太坊主网的验证者需要存储和运行整个网络的数据。分片后，验证者只需管理自己负责验证的分片链上的数据，既加快了验证速度，又减少了对硬件设备的需求。根据官方网站，分片最终将允许个人在他们的笔记本电脑或手机上运行以太坊。

关于未来分片链的最终版本，目前社区尚未达成共识。一是分片链仅作为数据层，仅向网络提供额外数据，不具备处理交易或智能合约的功能，因此升级后仅使用现有的以太坊主网作为执行层。另一个是一些分片链变得智能，可以像现在的以太坊主网一样执行智能合约和交易。社区仍在争论这个问题。当然，未来可以根据需要重新考虑分片链的相关决策。

概括

从2021年的公链大战，到今年多链共存的热议，再到Layer2技术的前景，关于基础设施公链的讨论一直是圈内的热门话题。作为加密行业最成熟的公链，以太坊的地位难以言表。升级能否有效实施，将对整个行业产生一定的影响。而专注于高性能的新兴公链（如 Solana、Avalanche 等）将如何应对以太坊未来的升级，整个公链格局又会发生哪些变化？未来，PANews将继续关注以太坊升级的相关情况。欢迎下载APP，关注作者持续关注。