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Filecoin向左,以太坊向右

聊聊Filecoin和以太坊2.0。

Filecoin向左,以太坊向右

以太坊2.0的信标链上线了。作为以太坊的表弟,Filecoin给表哥的贺电中这样写道:祝贺以太坊社区推出了以太坊2.0!这是Web3和以太坊发展的下一个里程碑!

一个月之前,Filecoin用信标链上了主网,开创了Web3的一个里程碑。现在以太坊用信标链开启2.0的新阶段,又开创了Web3的一个里程碑。这些不出圈的商业互吹是否超出了事情本事的意义?我翻开以太坊的历史一查,这历史没有年代,歪歪斜斜的每叶上都写着“权益证明,分片和信标链”几个字。我横竖睡不着,仔细看了半夜,才从商业互吹的文案里看出字来。每个文案里,都写着几个字:Filecoin向左,以太坊向右!

作为全球最大的区块链社区,以太坊无论是研究方面还是Web3应用方面,都引领者区块链各个方向的发展。作为以太坊的表弟,Filecoin从表哥这里学了不少东西。并且基于信标链,Filecoin在今年10月推出了主网。由此,2020年注定成为区块链历史不平凡的一年就这样被书写:比特币减半、Filecoin主网上线和以太坊推出2.0。

其实,以太坊2.0是一个演进过程,而不是一个时间节点或者是一个结果。以太坊2.0指一组相互关联的升级,这些升级将使以太坊更具可扩展性,安全性和可持续性。

Filecoin向左,以太坊向右

以太坊2.0共分为三个阶段。在高层次上,以太坊2.0有三个重要组成部分:权益证明PoS,分片和信标链。

阶段0将启动信标链并启动以太坊2.0的PoS验证节点集合,但这些验证节点的功能有限。以太坊2.0的信标链只是以太坊2.0的Phase 0,真正的以太坊2.0还没有完全到来。如果以太坊2.0完全实现,以太坊的吞吐量将提升1000倍。但这个目标不可能通过一次升级就可以实现。

Phase 1预计2021年第四季度上线。这个阶段是把以太坊2.0 的权益证明扩展到64个分片链,作为数据可用性层,但不会支持智能合约。除此之外,一些以太坊1.x 的升级提案也将会加入进来,例如验证以太坊2.0分片的rollups。通过在Phase 1将rollups与64个分片相结合,以太坊理论上可以支持最多每秒10万个交易。

在Phase 2阶段之前,其实还有一个Phase 1.5。Phase 1.5预计2022年上线。这个阶段主要是将目前以太坊1.x的当前状态(智能合约和交易数据)转换为以太坊2.0网络的一个分片。如果社区同意拥抱一个“以rollup为中心的未来”,并放弃分片内智能合约的执行能力(当然,除了以太坊1.x的那个分片)。这可能是以太坊2.0的最后阶段。

Filecoin向左,以太坊向右

真正的Phase 2预计在2023年到来。这个阶段是在分片中解锁智能合约执行的能力,网络状态将部分或者全部分布在64个分片中。这一阶段还将引入一个新的虚拟机,以太坊风格的WebAssembly或EWASM,旨在为智能合约开发带来可用性和性能改进。这是以太坊2.0的最后一个预定阶段。

以太坊2.0可以说是以太坊社区七年磨一剑的成果,这些成果从表面上看,就是上面的阶段和目标,而实际上,这些成果是隐藏在Vitalik在一篇篇有着深刻哲学思考的文章中。特别是,这个月发布的《Why Proof of Stake (Nov 2020)》一文,被Hsiao-wei Wang等人翻译为《为什么权益证明棒棒的》,好像是写给所有PoW区块链和所有不成功的PoS区块链的,当然也包括表弟Filecoin。

下面,就对比地谈谈Filecoin和以太坊这一对表兄弟。

1/ 首先,关于区块链的不可能三角

区块链的不可能三角包括安全性、去中心化和扩展性。在这三个方面中,以太坊选择了在安全性和去中心化之间权衡,而Filecoin似乎只选择了安全性。后文将会讨论,以太坊2.0的所有设计哲学都是基于在安全性和去中心化之间权衡。

在去中心化方面,以太坊信奉Bondareva-Shapley定理。Bondareva-Shapley定理是说,在合作博弈论中,包括允许共谋可能性的博弈,可以证明存在大类别的博弈,如多数博弈,没有任何稳定的结果。在多数博弈中,超过一半参与者的任何子集都有可能串通起来,获取固定的奖励,并将其分给自己。因此,为了创造稳定的机制,重要的是要使参与者更难以串通。在公链的情况下,实现这一点的一个重要方式是通过去中心化。

公链的去中心化可以从两个维度来考虑:架构去中心化和政治上分权。架构去中心化是指一个区块链由多少个节点组成。而政治上的分权则是指有多少人和实体控制着这些节点,以及这些节点有多独立。

对比Filecoin和比特币,挖矿中心化是一直存在的风险。哈希算力中心化,存储算力中心,制造商中心化,地理中心化,资本密集化,硬件ASIC化,这些都是Vitalik考虑的风险。

在安全方面,Filecoin和以太坊有着相似的设计选择。PoS安全模型的核心理念是,安全来自于损失的经济价值。因此,在系统设计的过程中,都大量采用质押机制。

2/ 关于信标链共识。

在较高的层次上,以太坊2.0 phase 0都是关于质押的。信标链的引入将使ETH持有者成为一个以太坊2.0的验证节点,并在它们所质押的ETH上赚取收入。除了质押锁定之外,在以太坊2.0 phase 0期间,信标链将具有有限的功能。以太坊2.0 phase 0的唯一目的是以太坊2.0的验证节点集合,确保网络能够安全地支持后续阶段引入的功能。

Filecoin向左,以太坊向右

信标链将管理所有验证节点质押存款,并作为以太坊2.0 phase 1的64个分片链的锚点和协调层。从架构的角度来看,信标链将被划分为slot,对于每个slot,信标链使用一种称为RANDAO的随机抽样机制来伪随机地选择一个验证节点来出块。slot被进一步组织成epoch,每个32个slot成为一个epoch。每个epoch中的第一个slot通常用作网络检查点来帮助完成交易。在以太坊2.0的最终状态下,系统每12秒添加一个信标链区块和64个分片区块。每个区块将由一个伪随机的验证节点提出,并由相同的随机机制选出被称为attests的验证节点委员会(目标是128个验证节点)进行投票,每个参与者都会因为验证节点的贡献而获得奖励。通过随机抽样,以太坊2.0有效地消除了少数节点操纵出块过程的机会。

为了维护网络的稳定,信标链使用了一个复杂的奖励和惩罚系统。例如,错过投票或者对未最终确定的区块进行投票会导致惩罚。如果一个验证节点在线的时间超过~54%,它就应该收支平衡。这里与Filecoin的设计思路很类似。

信标链是以太坊2.0的核心PoS层,是以太坊2.0的虚拟中枢神经系统,它协调区块的生产,管理验证节点的注册和它们的余额,并应用共识(包括奖励和惩罚的发放)。对比Filecoin,以太坊区块链对信标链的使用要重得多。

以Filecoin和以太坊为代表,信标链的引入对于区块链的发展来说,是一个重大的技术进步。区块链的发展本身就是从比特币的模型里,抽象出“区块链”的概念,实现了币和链的分离。而信标链又是从区块链的模型里,抽象出“信标链”的概念,实现链、证明、共识甚至是分片的分离。在分离之后,信标链成为区块链的中枢神经系统,是所有系统级活动和编排发生的地方,而项目则可以专注在自己的业务上。

3/ 关于共识机制。

Filecoin是基于PoW+PoS的区块链,以太坊2.0最终完成时则是基于PoS的区块链。PoS是公链的一种共识算法,它依赖于验证者在网络中的经济权益,而不是依赖于矿工的工作量证明(PoW)。以太坊2.0用PoS取代以太坊目前的PoW共识机制,目的是增加其安全性,提高其能源效率,减少其来自矿工的中心化风险,并确保在共识过程中的参与保持最大限度的民主和开放。

PoS区块链有两大致命问题:无利害攻击和长程攻击。Filecoin和以太坊2.0都采用质押的方式解决无利害攻击,而对于长程攻击攻击来说,Filecoin由于有一半的基因是基于PoW,仍然可以采用最重链的方式应对长程攻击,其间接核心是复制证明算法的安全性。而以太坊2.0则引入社会治理的方式(在验证节点接入网络时使用协议外验证),打破PoW区块链的强客观性,同时引入“弱主观性”,即在首次加入网络时只使用一次协议外认证(把“主观性”降低到最低)。虽然Filecoin在共识层没有直接使用以太坊的这种方式,但是在真实数据的验证客户(对于算力有间接影响,10倍算力)中,引入类似的外部社会治理机制。Filecoin和以太坊是两个不同的探索路线,有时候,你会感觉Filecoin和以太坊是两种相同的机制,只是在实现的层次和架构的选择上,是互相倒过来的。

4/ 在以太坊2.0中,谁来挖矿和出块

这个角色对于维护区块链的前进至关重要,第一涉及铸币权,第二涉及链的前进和系统的运行,第三涉及用户的投资方向。前面说过,Filecoin是基于PoW+PoS的区块链,存储证明作为挖矿权益,那么只要有存储权益的都可以挖矿和出块。在以太坊2.0的完成时,没有PoW矿工,谁来出块呢?以太坊2.0引入的“虚拟矿工”的概念。虚拟矿工也就是验证节点,通过向网络质押代币ETH,从而获得出块权。这样的变化,涉及到矿工的洗牌,在以太坊向2.0过渡的过程中,会引起以太坊生态的变革。以太坊2.0是为成千上万的验证节点设计的,拥有32个ETH的任何人都可以运行一个验证节点,而无需昂贵的基础设施成本或严格的维护要求。

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这就是以太坊的去中心化,反观Filecoin呢?

5/ 是不是只要ETH多就可以统治以太坊2.0?

这也涉及到区块链中心化,或者说中本聪的比特币白皮书中没有解决的赢者通吃的问题。Filecoin目前被社区诟病的一个问题就是导致了挖矿的中心化,相对而言,这种中心化比比特币的生态更严重。那么以太坊2.0采用PoS机制,是不是只要ETH多就可以统治以太坊2.0?前面说过,在以太坊2.0中,需要质押ETH才能成为验证节点。这个质押,最少是32ETH,差不多现在的9万人民币。如果超过32ETH,超出的部分对于奖励和出块权没有任何额外的影响。当然,如果ETH够多,可以创建多个验证节点,验证节点客户端可以管理数千个验证节点账户。不过,以太坊2.0还有一个机制,就是验证节点越多,平均每个验证节点获得的奖励越少。这里质押与Filecoin的质押非常类似。

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信标链是一个与当前以太坊区块链平行运行的新网络。成为以太坊2.0验证节点的过程从存款合约开始。存款合约部署在以太坊1.0上,以太坊2.0客户端向合约存款,并向信标链发出信号,让其在以太坊2.0上创建等值的ETH,并将ETH分配给正确的帐户,然后存款人可以使用相应的验证节点密钥来签名。存款合约是单向的,估计到以太坊2.0的phase 1.5阶段才能交易。以太坊2.0的phase 0阶段包括两个关键的基础设施,其中第一个是信标链,第二个是存款合约(deposit contract)。存款合约与信标链配合,将ETH持有者变成质押者和验证节点。

6/ 关于扩展性。

Vitalik 在6年前的reddit上曾经留言:以太坊2.0,我们要么解决可扩展性和共识问题,要么去死!2017年,臭名昭著的ICO泡沫到来,投资者和开发者开始大量使用网络。这股热潮将以太坊推向了极限,导致gas费飞涨,阻碍了网络及时处理交易的能力。因此,扩展性几乎在一夜之间成为了第一优先级。这就是为什么以太坊2.0花了将近7年的时间才把一些人所说的“异端的巫毒魔法”变成一个可生产的系统。

分片是一种传统数据库领域的水平扩展技术,涉及跨多个服务器扩展计算和存储的能力。在区块链的世界中,分片涉及跨分布式系统中节点子组对区块链进行分区。

在以太坊2.0下,以太坊区块链将被划分为64个并行的分片,每个分片都有一个处理交易的动态节点子集。这样做的原因是为了确保将运行节点的需求保持在足够低的水平,以便任何人都可以使用消费级硬件运行节点,同时仍然提高整个系统的可扩展性。仅分片就能将吞吐量扩大至少64倍。

如前文所述,信标链将权益证明和分片粘接在一起,是以太坊2.0中的枢神经系统,存储和管理验证节点及其权益的注册,存储对分片状态的引用,以及应用共识规则。

7/ 以社会契约理论结尾

以太坊是全球经济的一种新的社会契约。它是一种全球性的公共产品,确保世界上任何人,无论他们是谁,来自哪里,都能公开参与无边界、可信、中立、高度透明和无审查的经济互动。有了以太坊,用户和网络构建者是独立的,能够决定自己的经济命运。

霍布斯和卢梭是西方历史上著名的社会契约理论前驱。他们都对后世人们如何看待人民与政府之间的社会契约产生了重大影响。社会契约理论简而言之就是涉及大量人的集体强制的社会契约。钱就是一种社会契约。

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霍布斯认为我们的自然状态充满了恐惧和暴力,我们在其中生活是无法忍受的。根据他的理论,我们应该同意授权利维坦,也就是政府,来强加法律和秩序。每个人都放弃了一些他们的自由,而政府被授予权力,以保护人民免受困扰。

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而卢梭则认为我们的自然状态是自由和快乐的,是现代文明腐化了我们。根据他的理论,人民是自主的,我们应该同意赋予政府权力。我们不是放弃自由,而是参与到集体中,团结一起追求共同利益。

有趣的是,社会契约理论并不局限于人与国家之间的关系。我们可以将同样的思维实验应用到经济学中。如果有很多人对商品交易经济感到不满,他们就会集体同意使用一种货币来提高交易质量。

以太坊2.0的目标是最大限度地民主和开放用户参与,可扩展的用户直接交互,没有挖矿中心化风险,并具有能源效率。为了获得这些特性,它拒绝牺牲的是去中心化。对于以太坊来说,为了维护其与利益相关者的社会契约,它必须建立在确保以太坊拥有其所承诺的期望属性的坚定原则之上。

关于以太坊2.0的升级,Vitalik说:最好的协议是能够在各种模型和假设下运行良好的协议。重要的是要有两层防御:以经济激励来阻止集中的卡特尔反社会行为,以及反集权的激励措施,首先阻止卡特尔的形成。

忘记网络,专注于应用。这或许是以太坊2.0社区治理的精髓。

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 “

We will either solve the scalability and consensus problems or die trying.

——Vitalik Buterin”

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原创文章,作者:tshi,如若转载,请注明出处:https://ipfser.org/2020/12/04/filecoinethereum/

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