我希望藉助這篇文章，描述清楚以太坊 2.0。值得提醒的一點是，這篇文章中包含了當下對於以太坊 2.0 的理解，這些資訊可能隨時會被更新。
一、為什麼需要以太坊 2.0？
首要原因是：目前的以太坊速度太慢了。許多複雜的應用想要擴張規模，要付出非常昂貴的代價。比較一下 Visa 的信用卡處理能力我們就知道了：Visa 每秒鐘可以處理上千筆交易，而以太坊每秒鐘只能處理 15 筆交易。以太坊之所以緩慢，是因為它是去中心化的架構，並且，需要繼續保持去中心化的方式。
那麼怎麼改進？
一個可能的思路是透過超級節點的方式：使用者可以依賴超級節點，即“共識節點”。共識節點有足夠強大的伺服器來處理所有的交易。這個解決方式夠簡單，可以讓區塊鏈保持原樣，所需要做的事情，只是增加客戶端機器的併發處理程序就好了。
然而以太坊的開發者們拒絕了這個選擇，主要是擔心它會損害區塊鏈的去中心化，損害其抗審查的能力。
對於區塊鏈的不可能三角這一論斷，我們早就耳熟能詳: 去中心化，可擴充套件性和安全性，只能從三者之中選擇兩者，無法三者兼顧。如何打破不可能三角，這是所有“第二代區塊鏈”專案想要去嘗試的。例如，IOTA 就聲稱能夠解決這個三難問題，包括以太坊 2.0 在內的大多數解決方案，都嘗試用其它的共識機制代替 PoW 的挖礦機制。
因此以太坊原先的設計或多或少被看做是失敗的。按照 Chromatic Capital 的說法，以太坊 2.0 是“一個完全不同的專案，採用從 0 到 1 的正規化，就像區塊鏈的從鏈一樣。”
以太坊 2.0 不僅僅是針對原先版本的升級，而是徹底改造了以太坊區塊鏈。以太坊 2.0 的設計目的是讓以太坊更安全、擴充套件處理能力足以應對數千筆交易，同時可程式設計能力提升。更關鍵的是，這些改進不會損害以太坊的去中心化。
以太坊 2.0 打算如何解決這個問題?
對於經典的區塊鏈不可能三角問題，以太坊 2.0 打算藉助於三項改進來解決：
分片
PoS 權益證明共識機制
新的虛擬機器
等等，這些術語是什麼意思？
分片
分片（Sharding) 是一種技術手段，在多個伺服器上切割資料庫，換句話說，就是對它們進行分割槽。就像一臺計算機的同一塊硬碟上有多個分割槽一樣，也可以將區塊鏈分割成幾個部分，而不會損害資料一致性。分片(Shard)跟整個系統具有同樣的安全性，而不會因為分片而出現風險。
權益證明機制(Proof of Stake)
在 PoS 共識機制下， 不再需要礦工來建立區塊。在以太坊 2.0 中，質押驗證人(Staker)將承擔起來出塊的責任：這些節點需要質押一定數量的 ETH。相比於 PoW 共識機制， PoS 的方式不僅節能，更能夠提升交易速度，也讓區塊鏈上質押驗證人的分佈更為去中心化。
多年來，以太坊的區塊鏈開發者一直致力於實現一個獨特的共識機制，既能夠確保交易快速完成，又能夠確保參與者遵守規則。藉助於 PoS 權益證明機制，以太坊的交易能夠在幾秒內完結，並且可以抵抗 51% 攻擊。
新的虛擬機器設計
藉助於新的虛擬機器設計，開發人員可以建立自己的執行環境。這允許在分片上引入其他區塊鏈的規則。例如，開發者可以將 BTC 或 Zcash 的規則引入到以太坊上。因此以太坊可以成為一套通用架構，供不同的區塊鏈所使用。
不得不說，分片、PoS 共識機制、新虛擬機器這三個目標，每一個都是很遠大的設想。到目前為止，區塊鏈分片功能還沒有實現，社羣許多睿智的思考者們也在爭論 PoS 共識機制是否真的有效。
以太坊人員正在著手解決區塊鏈開發的多個挑戰，致力於建立一個合適的架構，突破現有區塊鏈開發所面臨的約束和妥協，讓這些問題成為歷史。
二、以太坊2.0發展程序
接下來，我們一起梳理下以太坊進化到以太坊 2.0，所需要經過的幾個階段。
階段 0 : 信標鏈（Beacon Chain）
信標鏈是以太坊 2.0 的核心，這個新的區塊鏈上線之後初期階段，最多可以協調多達 64 條分片鏈的運作。信標鏈是整個以太坊 2.0 網路的“指揮和控制中心”。
信標鏈管理著 “ Caspar 權益證明”協議，會記錄質押見證人(Staker/Validator)及其抵押的代幣量，並且隨機選擇質押驗證人，也透過隨機分配的方式，將分片鏈分配給驗證者。信標鏈會採用共識規則，制裁不誠實的質押驗證人，並充當不同分片之間的連結樞紐。
以太坊 2.0 的驗證人透過權益證明機制投票，即使用他們所持有的代幣，在被稱之為“證書”的結構上投票。一旦分片鏈獲得足夠的“證書”，就會在信標鏈上獲得關聯(crosslink)關係。從這一刻起，區塊獲得最終穩定性，不可再被撤銷或篡改。在分片鏈上，區塊與主鏈即信標鏈上的區塊一樣，獲得了相同的安全性。這個過程，似乎讓我們想到 Ripple 的共識機制和 IOTA 的計劃：讓網路上的節點透過某種方式對區塊進行投票。
質押驗證人付出了勞動，也會獲得相應的獎勵：他們會得到 ETH2 作為回報，這是信標鏈的本地代幣。長期看，ETH2 會取代 ETH 代幣，ETH2 代幣沒有總量限制，透過這種方式分配代幣給維護區塊鏈執行的驗證人，為區塊鏈帶來長期的安全性保障。
信標鏈計劃在 2020 年第二季度或第三季度上線。這將啟動向 ETH2 過渡的第 0 階段。使用者可以執行一個信標鏈客戶端並且將 ETH (現在稱為 ETh2 )支付給信標鏈，在信標鏈上，會被切換到 ETH2。這是一種單向兌換方式，ETh2 會被銷燬。
因此，如果第 0 階段成功，將會存在兩條以太坊區塊鏈: 以太坊 1.0 和 以太坊 2.0，或者稱之為 ETh2 和 ETH2。對於使用者來說，此時以太坊 2.0 沒有任何意義，因為還沒有分片鏈可以連結到信標鏈上。
在這一階段，信標鏈還是一副沒有軀體的骨架，或者你可以將它看做是一艘大船的龍骨，一棟房屋的支架。
階段 1 : 分片鏈
大概從 2021 年開始，第一批分片鏈將會上線投入使用。
這些分片最初將以原始形式儲存資料。它們不能根據某些共識規則處理資料，甚至不能顯示使用者或地址的帳戶餘額，它們僅被用作實驗，用來測試分片效果，但也可能將這些分片用來儲存資料，幫助 DApp 更好地擴充套件。
第1 階段的重點，會圍繞信標鏈展開。在這一階段，信標鏈開始透過交叉連結（crossLinks) 引用分片的狀態，從而實現狀態的完結性。
我們可以將信標鏈想象成是這樣的一個區塊鏈：其他的區塊鏈會連線到這條信標鏈上，並且圍繞信標鏈旋轉。在這個階段，這些分片鏈還不具有多少實際功能。
建立和執行新的 PoS 共識機制，並設定一條區塊鏈作為各種資料鏈的控制中心，這是一個巨大的挑戰。想要將以太坊 1.0 發展到這一階段，還會有成百上千的細節需要討論，還會有無數大大小小的更新需要實現。但是關於階段 1，我們目前只需要知道這一些就夠了。
在這個階段，以太坊 1.0 和 以太坊 2.0 區塊鏈將繼續並行運作。從第二階段開始，事情會變得非常令人興奮，更有意思起來。
階段 2 : 實現願景
根據路線圖所述，接下來的階段將“實現以太坊 2.0 的真正願景”: 讓分片鏈將能夠處理交易。
從這個階段開始，以太坊 2.0 網路應該可以用在實際的應用程式上了。在專案的後續過程中，智慧合約也將在分片鏈啟用。
然後上面提到的新的虛擬機器所提供的執行環境也開始生效，它允許啟用分片上自己的規則。例如模擬其他區塊鏈，如比特幣、Zcash 或以太坊 1.0。
就像以太坊 1.0 透過對比特幣抽象化來實現區塊鏈上的智慧合約一樣，以太坊 2.0 也將對以太坊 1.0 進行抽象化，重新定義區塊鏈計算的基本性質。
階段 2 會結合所有鏈條的功能。在階段 1 中，分片鏈只是純粹的資料儲存，現在正在成為結構化的鏈，將智慧合約的狀態與共識過程也聯絡起來。
開發者可以在某個分片上建立他們的 DApp, 而以太坊則成為了一個 由信標鏈控制的多鏈系統。
第二階段預計在 2021 年末或 2022 年初完成。根據路線圖所述，許多部分例如執行環境的概念化，“仍然在深入研究和開發中”。
階段 3 - 6
按照計劃，以太坊 2.0 將會分為 6 個階段上線。然而根據路線圖，從階段 3 開始，任何型別的預測都是推測，因為很可能會發生變化。在這些階段的某個時候，以太坊 1.0 可能會逐漸因為無人參與而衰竭。當然，如果按計劃推進的話，或者以太坊 2.0 替代掉原來以太坊 1.0 區塊鏈的時候，所有的使用者和以太坊代幣都能遷移到新的區塊鏈上了。不過，這一切還沒有決定下來。
對於這幾個階段，在以太坊的 Github 檔案庫中，是以一種開放方式描述的：
階段 3 : 輕客戶端狀態協議
實現輕客戶端。這麼做可能是為了減少各個節點必須攜帶的以太坊狀態的資料大小，但並沒有完全消除這些狀態。
階段 4 : 交叉共享交易
交易可以在不同的分片之間共享。
階段 5 : 與主鏈安全性緊密耦合
階段 6 : 更多的分片，二級分片或指數級分片
分片之中會繼續包含分片，單個分片鏈或成為未來其子鏈的信標鏈。
然而，關於這些階段的更具體的資訊現在仍然缺失，也只是有一些高度抽象的論文或來自來自線上研討會的隻言片語。
以太坊 2.0 的具體形式是怎樣的？至今為止，還沒有明確定義。因此，預計以太坊的寧靜階段，可能還需要一段時間——比如 4-5 年，甚至更久時間才能完成。
