Devcon4 | ETH 2.0 in 30 minutes，Part-1：回顧
編者注：本文為 Vitalik 在 Devcon4 演講的翻譯稿。英文原文從錄音中聽寫而出，譯文或隨之有不確定之處，敬請見諒。
祝賀中本聰共識誕生 10 週年！
今天我的演講主題是以太坊 2.0，但我希望呈現的不僅是以太坊 2.0 在技術上的要點，還包括為什麼我們需要推進以太坊升級，我們會做哪些升級，又經由哪些嘗試走到今天。
那麼，什麼是以太坊 2.0 呢？
幾年來，我們孜孜不倦地討論和研究系統的一些特性，也在 App 開發上投入了大量精力，最終，它們彙集在一起，組成一個融洽的世界。 這些特性包括權益證明演算法， Casper；可擴充套件性，分片；虛擬機器升級，EWASM；跨鏈合約上的強化；協議經濟模型改進，以及非常多促成邏輯層分散化的改進 。重要話題還真不少。
我們做過哪些探索？
PoS
權益證明（PoS）的相關研究始於 2014 年。我在一月份發表的這篇博文（ Slasher: Punitive Proof-of-Stake Algorithm ）闡述了一個叫做罰沒者（Slasher）的演算法，引入了權益證明演算法中最基礎的概念： 如果你違反協議並且被發現了，（這是可以被證明的），你就要接受懲罰 ；這一方法可以用來提升安全性。但在那時，正如你可以在幻燈片中看到的，我相信 Slasher 是一種非常有用的建構，可以讓權益證明“挖礦”的武器庫變得更充實，併為我們提供更強力的理由切換到權益證明。當然我們還沒這麼做。
因此，在那時，要不要 PoS 當成我們的方向還未有定論。但隨著時間推移，這一點變得清晰很多。
可擴充套件性
在 2014 年，首先，我們探討了一系列有趣且重要的觀念，比如“Proof of proof of work”，這是一種提升可擴充套件性的建議；“ 中心輪輻鏈模型 （Hub and spoke chains）”，讓一條鏈成為中心，一系列的鏈成為附屬，這其實就是一個非常早期的可擴充套件性和分片提議，嘗試提高區域內交易的可擴充套件性，但並不能提高全域性交易（即從某條鏈到另一條鏈）的可擴充套件性；“ 超級立方體模型 （Hypercubes）”，立方體有 12個維度而不是 3 個，因此我們可以達到比中心輪輻模型更強的可擴充套件性。
現在，出於多個原因，這些觀念都被拋棄了；不過，真的有人弄了一場浩大的 ICO 來開發它們，真高興有人願意嘗試（觀眾笑）。
那麼在 2014 年我們究竟有沒有取得正確的進展呢？
2014 年的進展
有的。我們得到了一個概念叫做“ 弱主觀性 （Weak Subjectivity）”，某種程度上來說，這是一個半形式化的安全模型，嘗試探討 PoS 保證金的罰沒條件，以及在什麼條件下 PoS 是安全的。同時，我們也越來越確定，具有更強安全屬性的 PoS 演算法是存在的，所以點點幣（Peercoin）及其變種是真的有可能的。我們也逐漸意識到，有一些可擴充套件性策略能夠通過隨機抽樣跟權益證明演算法結合，但我們不知道具體怎麼做。
那時候我們確定了一個路線圖，Vinay Gupta 在 2015 年 3 月寫了一篇很棒的博文，列舉了當時來看以太坊路線的 4 個主要階段。第一階段：Frontier，就是我們一開始啟動專案時所處的階段；第二階段：Homestead，從 alpha 走向 beta 版；第三階段，Metropolis（直譯為“大都會”），那時候的預期是開發 Mist 和使用者互動介面並提升使用者體驗。但自那時以來，我們的注意力轉向了實現更強的密碼學技術支援，而互動介面的提升變成了平行的目標。第四階段：Serenity，實現權益證明。從今往後，我願意稱之為以太坊 2.0，當然我也不會拒絕用 Shasper 來代指。為免混淆，我們還可以稱為“Serenity”。
2015-16：低谷
然後，我們就迎來了一個低谷：我們在解決 PoS、可擴充套件性中的一些核心問題上遭遇了一系列失敗，Vlad 悄悄地暫停了他在 Casper CBC 中的所有工作。
我們得到的最有意思的觀念之一便是“投注共識（Consensus by Bet）”： 參與者對下一次會敲定哪個塊打賭，而一旦某些人下注，他們下注的事實本身便會成為其他人下注的考量因素。這樣的話，在某種意義上我們就產生了一個遞迴公式，隨著時間推移，下注的人會越來越多，哪個塊會被敲定也會變得越來越明顯 ；在對數輪以後，每個人都會將自己所有的權益都投完，這樣我們就達到了去定性。我們沿著這條思路走得相當遠，為它建立了完整的概念證明，你可以（在幻燈片上）看到確定化的過程，還有簽名函式什麼的。我的意思是，我們在這裡花去了絕大部分時間，但然後整個思路就停滯不前了，主要原因是我們認識到了哪種 BFT 啟發型共識演算法可以真正安全地工作。
儲存租金
Rent 的觀念其實是這樣的：與其為使用儲存空間收取一次性的高額費用，我們可以逐步收取費用。因此，以每天、每個區塊或其它方式為計，一旦特定的儲存空間被佔滿，你就需要為此支付一定的 ETH。這裡寫的是 EIP 103，但實際上應該是 EIP 35 才對，因為 35 才是 issue 號碼。這是一個初步的想法，試圖形成一個正式的概念。從那時開始，我們在如何才能最好地利用租金這一點上迭代了很多想法。
2015 年的可擴充套件性論文
這一篇論文的目標是形成二次方分片和超二次方分片的概念，但它真的太複雜了。它會包含一些很複雜的激化博弈（escalation game）。整個觀念是受到 escalation 在法律系統中的作用的啟發（我知道 Joseph 的哲學非常喜歡使用這種類比），但我試圖把它用到基礎層。裡面還包含“深度狀態逆轉“，就是說，如果有些事情真的弄錯了，那麼大量的狀態可以在將來進行深度回滾。真的很複雜。
實際上，其中一個我們無法完全把握、但在逐步接近的根本問題，就是所謂的”漁夫兩難“（Fisherman's Dilemma）。 這是分片研究中的一個非常根本的概念，描述了狀態的擴充套件性執行（scaling execution）、程式的擴充套件性執行與資料擴充套件可得性（scaling availability）之間的巨大區別 。基本問題是這樣的：如果要執行程式，你可以讓人們承諾答案是什麼，然後你可以用挑戰遊戲、用二分法搜尋確定在哪一步上誰算錯了（譯者注：即每次都只執行一半的運算步驟，比對結果，來發現雙方到底在那一步上算錯了），確認事實後就可以懲罰那些給出錯誤答案的人。而資料可用性的問題是：無論挑戰遊戲如何執行，你都可以作弊，因為你可以完全不公開任何資料，直到機制來檢查你有沒有公開資料，然後你只要公開機制要檢查的那部分資料就可以了。
這已經證明是許多可擴充套件性演算法中的一個非常重大的問題。我過去還寫了一篇博文來討論這個問題，你們可以搜尋 A Note on Erasure Coding and Data Availability ，裡面講到了更多問題的細節。這也是拖慢我們進度的其中一個原因。但即便如此，我們還是很高興能推動以太坊繼續前進，我們走在自己的道路上！
嗯，然後，就出了 The DAO 事件（觀眾笑）。這也沒什麼，也沒別的問題了。慢著，好吧，又出了個”上海 DoS 攻擊“（觀眾反應有點慢）。
總而言之，The DAO 事件、DoS 攻擊，最終耽誤了很多人的事件和精力，甚至長達 6 個月。不過，我們還是在前進，EWASM 在前進，關於虛擬機器的研究在推進，我們還做了要給替代性版本 EVM1.5。而且大家也多角度、更深入地理解了更優區塊鏈演算法的形態。
砥礪前行
然後，我們就非常迅速地取得了一系列重大進展。在這段時間，我們在很多不同的研究領域都有所收穫：一些是圍繞權益證明、希望讓我們的共識層更加高效的；一些是圍繞可擴充套件性，希望讓我們的基礎層共識可以分片；一些是嘗試提高虛擬機器效率的；還有一些是圍繞賬戶抽象的，賬戶抽象可以讓使用者自己選擇要使用哪種簽名方案，這樣可以獲得後量子時代的安全性，並且讓隱私解決方案變得更簡單；還有圍繞協議層經濟模型的。當然所有這一切都還在生髮。
Casper FFG
在 2017 年伊始的某個時間點，我們開發了一個協議，並且起了個謙虛的名字：最小罰沒條件（Minimal Slashing Condition）。最小罰沒條件轉化了 PBFT 型別的傳統拜占庭共識；在 80 年代，Lamport、Shostak 等人便建立了同類的材料，但我簡化了演算法並把它放到了大多數區塊鏈的環境中。
基本的觀念如下：在一條區塊鏈上會不斷產生新的區塊，你可以通過連續的合併和觀察來獲得一種流水線版的效率： 每一輪開始時你都會為本輪新增資料，而在下一輪中人們可以確認這些資料中的一部分；我們可以從中獲得巨大的效率提升 （譯者注：此即 FFG 的核心思想，一旦在某輪中某區塊獲得 2/3 的驗證者同意，該區塊的父塊便被敲定）。
一開始的最小罰沒條件有 6 條，然後我減少到 4 條，而一年後，我們終止合併 prepare 和 commit，這便是 Casper Friendly Finality Gadget（FFG，友好的確定性小工具）。
分片
上一年的 Devcon 上我演示了這種新的分片設計，就是保持主鏈不變，然後建立分片作為某種意義上的 Layer-2 系統掛載在現有的主鏈上，確認足夠可靠之後再升級成為 Layer-1。
Casper CBC
然後是來自 Vlad 的 Casper CBC ~ 論文。
Casper FFG POC
泰國時間 2017 年12 月 31 日 23：40，那時候我們恰好在泰國，Casper FFG 概念驗證橫空出世。那時候我們真的非常想確定，一種 PoW/PoS 混合共識的技術詳述到底是什麼樣子的，而這一種混合共識會使用一部分來自 Casper FFG 中的觀念，還有一部分傳統拜占庭容錯共識所啟發的觀念，並載入在現有的工作量證明鏈上。這會是一種可以讓我們快速轉向混合共識的機制，並且對現有區塊鏈造成的衝擊也最小，然後理論上我們將有可能升級為完全的權益證明。
我們同樣在這條路上走了很遠，我們還做了一個 Python 測試客戶端，用不同的 VPS、伺服器和電腦通訊來做測試。
Shasper
與此同時，我們在分片上也取得了許多進展。我們不斷完善分片的技術詳述，最終我們在 18 年 3 月的臺北組織了一次集體休整。在這裡很多想法開始冒出來，如何實現一條分片區塊鏈看起來變得明朗起來。對，看起來變得明朗起來。
在 6 月份，我們做了一個非常困難，但我個人認為從長遠來看非常有價值的決定。我們發現：咦，這邊我們有幾支團隊在實現混合權益證明，他們試圖將 Casper FFG 開發為一個現有鏈上的智慧合約，對分叉選擇規則做調整；另一邊，有幾支完全隔離的團隊，要開發一個驗證者或者說管理者合約（後來被重新命名為鏈上分片管理者合約），在這個基礎上開發分片系統；他們之間是沒有交流的。在分片這一邊，最終變得越來越清楚的是：讓分片系統的核心放在 PoS 鏈上會給我們帶來更高的效率；變成 PoW 鏈上的一個合約，我們就不得不處理 EVM 的開銷，應付 Gas 機制，應付不可預測的 PoW 區塊時間；PoS + 分片 可以帶來更快的出塊時間等一系列好處。
然後我們就意識到，為什麼這邊有個團隊在開發 PoS，那邊又有一個 PoS 專案？為什麼我們要做重複工作呢？然後我們決定要把兩邊的工作合併起來。這個決定給之前的許多工作判了死刑，但意義深遠：我們會在一起工作，開發同一份技術說明，同一個協議，而我們可以同時讓 Casper PoS 和分片相得益彰。
總而言之，與其這邊有一個目的，那邊有另一個目的，然後我們要努力分辨如何合併兩邊的成果，我們還不如在起點上多花一些時間，然後走向一套權益證明和分片區塊鏈。（掌聲）
其它
與此同時，我們花了不少時間討論分叉選擇規則，最終我們越來越接近也越來越深入地理解分叉選擇規則；GHOST 演算法雖然一開始是為工作量證明設計的，但因為一系列原因，我們重新提議用於權益證明。
Justin 開始研究可證延遲函式（Verifiable Delay Funciton，VDF），我們在斯坦福有個工作室，Justin 一直在跟那裡的許多研究者合作。
關於如何實現抽象和租金，我們也形成了更多想法。因為一些理由，我們決定將儲存租金重新命名為儲存維護費。
在研究方面，我們正在研究跨分片交易，比如 csoss-shard-yanking，我們是普遍化傳統分散式系統中的一些概念，用到非同步的跨分片環境中；還有資源定價的論文，包括最優化費用市場，如何收取儲存維護費，不同設計之間的權衡。Casey 還洗了這篇文章討論同步假設下的跨分片交易。當然，CBC 的研究也擴充套件到了與分片領域，對了，這個真的不叫 Valding，Vlad 很討厭這個詞。還有開發，我們在以太坊 2.0 開發推進中使用的策略是：追求創造性的多客戶端去中心化開發。這不僅僅是因為我們有去中心化的追求，這也是一套非常實用的策略，就是打賭別的團隊都不會有你幹得漂亮；此外，上海事件讓我們醒悟，如果某個客戶端出了問題而別的客戶端沒有，整個網路可以更好地執行；順便，還讓整個生態系統的開發更不依賴於基金會本身。基金會真正開發的客戶端是 Python 客戶端，Python 在效能上有內在的限制，這也給了大家激勵去執行由 Prysmatic 創造的客戶端、Lighthouse、Status 還有 Pegasus 以及其他如雨後春筍般冒出的團隊開發的客戶端。
（未完）
原文連結: ofollow,noindex" target="_blank">https://www.youtube.com/watch?v=Km9BaxRm1wA
作者:Vitalik
翻譯:Elisa, 閔敏, 阿劍
此處原文連結放的是 Youtube 上可以找到的演講視訊；演講英文由 Elisa 和閔敏根據錄音聽寫出。想閱讀 Vitalik 的演講幻燈片，請看文末超連結。