革新還是死亡？這是個問題。
文 | 吳鹽
出品 | Odaily星球日報（ID：o-daily）
WanChain 全球副總裁李尼認為，PoS 的以太坊比 DPoS 機制更加民主，更加去中心化。如果它被證明比 PoW 有很大優勢，可能很多新專案就會直接也會採用 Fork 這個方式轉成 PoS。
“另一方面，以太坊實現 PoS 後， tps 會大大提高，這樣會使一些專案從 EOS、波場轉身，重新擁抱以太坊懷抱。”李尼也預測，但以太坊的出塊速度，不一定有 EOS 21 個超級節點那麼高效。
而以太坊黃皮書翻譯者楊鎮認為，以太坊共識機制的轉換，相當於主網擴容，主要解決 tps 問題，現在做的這個事有點騎虎難下：
“如果考慮應用場景，需要高互動，要求處理時間，是不是一定把所有的計算步驟都在主網上做才可以？”
“之前大家就有過焦點爭論，二層網路擴充套件上，把大量有交易要求的計算放在一個單獨的二層網路上去做這個事情，過程驗證放在主網證明上就可以了。”
“我個人覺得，以太坊花這麼長時間做這個事情，有點不值。”
Casper 最初的設計
探討任何一條公鏈，無法繞開共識演算法這個核心概念。2013 年，PoS 演算法被寫進以太坊白皮書。
“儘管比特幣區塊鏈模型非常簡陋，但是實踐證明它已經足夠好用了，在未來五年，它將成為全世界兩百個以上的貨幣和協議的基石。”
這是出自以太坊白皮書的一段話，以太坊從最開始就採用了比特幣區塊鏈 PoW 工作量證明機制。
比特幣的工作量證明（Proof of Work）是透過消耗大量算力尋找合理的隨機數生成區塊驗證。
在 Vitalik 看來，PoW 不僅“交通”擁堵、浪費能源，而且逐漸邁向了中心化道路。
因為隨著挖礦難度的增大，ASIC 專業礦機應用而生，ASIC 專業礦機的出現，造成了算力壟斷的局面。
PoS —— 權益證明，是根據每個節點的代幣持有量與持有時間之積來決定記賬權的機制。舉例來說，如果你本金與時間之積越大，你就越有優先記賬權，記賬後乘積被銷燬，這個過程被稱作“幣天銷燬”。
相比於 PoW 的算力證明，PoS 機制可以有效減小能源消耗、縮短共識時間、避免算力中心化礦池“作惡”。
雖然在以太坊之前已經有 PPCoin 使用 PoS 這樣的先例，但當時 PoS 的研究和實現都還很不成熟。阿劍認為“PPCoin 執行過程中出現了很多問題，比如‘理性分叉’問題（也被稱為‘無利益相關’問題）。當時以太坊研究者們還沒有找到一種足夠安全的 PoS 機制。”
Vitalik Buterin 在《Casper 的過去、現在和未來》一文中曾提到：“以太坊的權益證明研究開始於 2014 年 1 月，是從‘劍手協議’開始的。”
Casper(security-deposit based economic consensus protocol)即以太坊的 PoS 股權證明協議。Casper 的共識協議可以透過對保證金的直接控制來約束驗證人的行為，這是與經典 PoS 股權證明的不同之處。
2014 年 4 月，Vlad Zamfir 以志願者身份參與以太坊的開發。根據 Vlad 的說法，Vitalik 也是在那一年的維也納比特幣峰會上和他提出“劍手協議”這個概念。
“如果你在同一個層級的分叉上同時簽署了兩份協議，那麼你就會失去你所能得到的區塊獎勵。”這是 Vitalik 為了解決無利害關係（nothing at stake）時提出的想法。
後來，Vlad 正式加入以太坊的開發，並在“劍手協議”的基礎上指出“讓驗證者儲存保證金，而且數額要比獎勵大很多，以此驅逐賄賂攻擊”。
當時，Vitalik 和 Vlad 正著手解決賄賂攻擊問題（沒有保證金存款的 PoS 協議很容易被低成本賄賂給擊敗）。
2015 年初，Vlad 遇到了一個名為 Matthew Wampler-Doty 的人，Matthew 和 Vlad 提到了保證金的概念：
“在未來將會產生一個持有多於 2/3 的安全存款保證金的 Tendermint 驗證者卡特爾（壟斷聯盟），因為構建最終的區塊並不需要其餘驗證者的參與（這些‘非卡特爾驗證者’只持有少於 1/3 的安全存款保證金）。這些少於 1/3 的節點將被遮蔽，以至最終被移除出驗證者名單。一組新的持有多於 2/3（現在總量會少一點）的安全存款保證金集卡特爾將隨之產生，並且這一過程將會一直持續運作到僅剩（最多）兩個驗證者存在。”
Vlad 醍醐灌頂，著手研究“卡特爾驗證”，並將這一理念加入到了“劍手協議”當中，這就是 Casper 最初的設計：劍手協議+保證金。
2015 年 3 月，以太坊開發者 Vinay Gupta 在博文中寫下了以太坊的四個發展階段：Frontier（前沿），以太坊啟動；Homestead（家園），從 alpha 走向 beta 版；Metropolis（大都會），開發 Mist 和使用者互動介面並提升使用者體驗（當時的預期）；Serenity（寧靜），實現權益證明。
向 PoS 機制邁進
以太坊目前有兩個開發團隊，一個負責當前以太坊（以太坊 1.x 版本）的開發和維護，一個負責以太坊 2.0 的開發。君士坦丁堡分叉則停留在以太坊 1.x 版本範圍的升級。
以太坊 2.0 ，是相對於現階段的以太坊而言。2.0 將從寧靜（ Serenity）計劃開啟，向 PoS 股權證明機制邁進。
在上述文中提到的 Casper PoS 機制中，Casper 將採用兩個版本：Vitalik Buterin 版的 Casper FFG 混合證明和 Vlad Zamfir 版的純權益證明 Casper CBC 。
根據《ETH 2.0 工程指南》的作者 James Prestwich 的闡述，以太坊 2.0 測試網預計在今年第一季度推出。
以太坊 2.0 初期，採用 Casper FFG 機制執行和出塊。彼時，信標鏈（beacon chain）將與以太坊 1.x 互為映象關係，信標鏈為側鏈，但不具有任何功能，以太坊 1.x 為主鏈，按照原有的 PoW 機制出塊。
EthFans 編輯阿劍告訴 Odaily星球日報：“使用者在 PoW 鏈上將以太幣鎖進相關的合約就可以獲得參與信標鏈的驗證者資格，並得到 PoS 獎勵，但在信標鏈上新的以太幣無法退回到 PoW 主鏈上。”
在信標鏈分片階段，信標鏈將產生 1024 個分片，每個分片有一個地址。Casper FFG 信標鏈採用二次隨機選舉的方式完成出塊驗證並防止驗證者作惡。
驗證者需要向分片地址投入 32 個 新以太幣作為押金。信標鏈每隔 64 個塊（1 分鐘出 10 個塊）會隨機選出 128 名驗證者作為待定委員，再由信標鏈在從 128 名待定委員中隨機選擇出一定數量的委員組成委員會。
被選中的委員可以在各自的區塊上進行驗證產生新的區塊，但委員的“任職”期限僅為 6.4 分鐘，6.4 分鐘後的區塊控制者將在下一屆的新委會中誕生。
以太坊的 PoS 權益證明，雖然本質上屬於鏈下治理，但處理細節上則以技術手段來強化鏈上治理。
以太坊黃皮書翻譯者楊鎮認為，相比於 DPoS 股份授權證明，以太坊的 PoS 想做成一個更平等的投票方式，這和 EOS 有很大差別，“我相信一句話，人性是經不起考驗的。”
但原定於 1 月 16 日的君士坦丁堡升級與 Casper FFG、Casper CBC 均沒有半毛錢關係。
值得注意的是，在君士坦丁堡的五個 EIP 升級協議中，EIP-1234 是以太坊向 PoS 機制轉換過程中採用“溫水煮青蛙”式的既定策略。
該協議由 Afri Schoedon 於 2018 年 7 月19 日提出，協議建議將難度炸彈延遲 12 個月，並將礦工獎勵由 3 ETH 減少到 2 ETH。
該提案在去年 8 月 31 日以太坊開發人員影片會議上被透過，並在以太坊君士坦丁堡硬分叉時執行。
以太坊的挖礦難度隨挖礦時間成指數增長，即每產出 10 萬個塊挖礦難度指數擴大一倍。根據Hsiao-Wei Wang 的以太坊 2.0 構架圖不難推測，難度炸彈預計推遲到以太坊 2.0 階段。
以太坊 2.0 構架圖 來自 Hsiao-Wei Wang
隨著挖礦獎勵的減少和難度炸彈的影響，信標鏈在各方利益者取得共識的時候，出塊到足夠長，信標鏈會變成主鏈，以太坊 1.x 變為側鏈。此時，信標鏈將分片成 Shard chain。
探索中的曲折
2015~2016 年，Vitalik 和 Vlad 對 PoS 的研究依然處於摸索階段，而可擴充套件性研究中的“漁夫兩難”和“投注共識”問題又花掉了以太坊開發團隊大部分時間。
Vitalik 後來總結：“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。”
The DAO 事件、DoS 攻擊，更讓以太坊團隊在長達 6 個月的時間裡幾乎無暇顧及之前的研究方向。
直到 2017 年，Vitalik 和 Vlad 的 Casper 研究出現了轉機。先是以太坊開發了一個名為最小罰沒的協議：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，最小罰沒條件是 Casper FGG 的核心思想。
FFG 是以太坊在過渡階段的 PoW+PoS 混合共識機制。在 FFG 最初的設計中，Vitalik 將一個權益證明協議疊加在以太坊的工作量證明協議上，即區塊仍將透過工作量證明來挖出，但每 50 個區塊中將有一個權益證明檢查點（ PoS 塊 ）來評估確定性（Finality）。
Vitalik 興奮地講到：“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。”
為此，以太坊開發團隊還做了一個 Python 測試客戶端，用不同的 VPS、伺服器和電腦通訊來做測試。
Vlad 在 2017 年也發表了 Casper CBC 的論文。與 FFG 不同的是，CBC 強調"建構中修正"，協議規定：
你正式地但只是部分地指定協議。
定義該協議必須指定的屬性。
從滿足所有它被規定去指明的屬性中推匯出該協議。
CBC 協議中有一個叫做預估安全預言機，在設定提出一個合理估計的錯誤的例外情況，列出所有在未來可能發生的錯誤，在給定區間內，其正確性是由其建構過程來保證。CBC 屬於純 PoS 股權證明，預計將在以太坊 3.0 中實現。
延遲“炸彈難度”也是在這個時候開始被提出。2017 年 6 月 21 日，EIP - 649 協議提出在君士坦丁堡升級中延遲炸彈難度，將平均阻塞時間減少到15秒以下，同時區塊獎勵從 5 ETH 減少到 3 ETH，為以太坊的過渡贏取時間。
2018 年，已經有多個以太坊開發團隊各自嘗試分片技術的實現。Vitalik 認為：
“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。”
這時候“權益證明協議疊加在以太坊的工作量證明協議上”被放棄，取而代之的就是以太坊 2.0 的 Casper PoS + Sharding（分片）技術。
持續的爭議
Vitalik 個人部落格簡介倒數第五行上寫著： Religion: crypt。
早在 2014 年，Vitalik 就說過：“股權證明仍然是加密貨幣領域最具爭議的討論之一。”時至今日，不同的人，對共識機制問題依然有不同的看法。
“減少了能源的損耗，它不再需要透過挖礦這個方式，從理論上來說， PoS 會大大的降低中心化風險。”李尼認為，PoS 比 PoW 先進很多。
礦寶負責人劉傑則認為，PoW 沒什麼不好，很多人覺得是在浪費電費，我的理解正相反：“礦工的電費實際上是靠經濟的作用來提高 PoW 數字資產的安全性。那麼大的資產，才需要那麼多的電費來維護它的安全和運轉。”
PoW 機制造成了寡頭壟斷，PoS 則屬於資本家的遊戲。窮者越窮，富者恆富，即使以太坊擺脫了寡頭壟斷，卻難免再次陷入富者恆富的鴻溝。無論鏈上治理還是鏈下治理，共識機制的規則和程式都由人來制定。
共識機制問題，業內爭論不休，如果上升到人類的社會治理層面，無非你管的多好，還是你管的少好。安全一定的前提下，弱中心化管理，必然帶來效率問題。
原力創始人孤矢則告訴 Odaily星球日報：“目前，不論 DPoS 還是 PoS ，從效率角度來看，都沒有 PoW 完美。PoW 唯一不完美的地方是太去中心化了，社羣治理不好，推動很慢。但沒有辦法，效率和去中心化是非此即彼的問題，比如說我們團隊幹活的時候叫 PoW ，開會的時候就叫 PoS ，因為CEO說了算。 ”
“PoS 存在就一個問題，做不出來。（PoW）以太坊已經喊了一兩年 PoS 了，都沒做出來，程式碼上也沒什麼。這次一分叉升級啥都沒改嗎？不就是調了幾個 Bug，然後最佳化了幾個資料嘛。”
1 月 18 日晚間，以太坊開發團隊在電話會議上就 EIP-1283 協議漏洞問題，再次將君士坦丁堡升級事件推遲至 2 月 27 日 16:56，區塊高度為 280000。
如果以太坊順利升級成功，在寧靜來臨之前，難度炸彈問題還能留給以太坊開發團隊多少時間？
阿劍認為：“這個很難說，也許年中，也許年底。這個過程需要解決的問題還真不少，首先是確定信標鏈上的分叉選擇規則，然後實現 PoW 鏈上的質押合約等。”
以太坊如果進化到 2.0 ，最終解決的問題無外乎三點：
（1）實現強健的 PoS 共識機制；
（2）分片；
（3）將 EVM 轉成 EWASM。
總結起來很簡單：一個可以穩定高效執行的去中心化智慧合約平臺。好與不好，先做出來一個再說。
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作者吳鹽，專注礦業、區塊鏈報道，交流可加微信BIG-BYE，勞請備註職務和事由
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