以太坊2.0共识机制pos

1、如何看待以太坊ETH2.0?

目前，ETH2.0已经成为行业最为关注的焦点。随着比特币减半的结束，行业关注重新回归到项目推进和技术发展的本质上面。无论是行情还是长期发展趋势，最终都要落到技术和应用上面。行业的整体推进才是支撑行情发展的最关键因素。

随着圈外对以比特币为代表的加密货币的认识越来越深入，也随着更多投资者的入局，由减半带来的牛市期待并没有随着减半结束而消失，反而形成更加强势的能量。

这其中起到主导作用的便是以以太坊为代表的行业技术发展和迭代带来的效应。

ETH2.0无疑是最具代表的技术更迭。随着ETH2.0的到来，在很大程度上将改善公链性能差的巨大瓶颈，为应用带来更多新的可能。

以太坊也随着自身发展成为行业重要的底层技术支撑，目前以太坊已经在越来越多的报告中出现，主流应用中除了联盟链之外，考虑最多就是以太坊。

而以太坊创始人V神明确表示，以太坊可能成为众多央行数字货币 CBDC 的无许可平台。

以太坊正在积极向主流社会应用相结合的推进当中。

目前，以太坊的网络效应已经初步显示，IntoTheBlock在深入分析研究比特币和以太坊的网络影响后，发现以太坊的计算和跟踪要容易得多。

IntoTheBlock数据显示，以太坊网络上总共有3857万个地址，并且余额保持平衡。研究还发现，以太坊作为DeFi基础设施有可能进一步放大这些网络影响。随着越来越多的开发人员致力于改善以太坊的基础层，将在其上构建更多的DApp，进而将吸引更多用户。

正是因为以太坊具备更加广泛的应用范围，以太坊的网络使用量保持持续稳步增长。

据AMBCrypto 5月13日消息，etherscan数据显示，无论价格如何变动，以太坊的网络使用量自2020年初以来一直在稳步增长。以太坊每日交易数量从1月1日的466,526笔，一路飙升至5月11日的887,554笔；与此同时，ETH独立地址数量也从2019年12月31日的8,390万个，增加到了2020年5月11日的9,700万个。

最重要的是，目前对区块链的应用当中，尤其是公链的隐私和监管成为限制公链发展的最主要因素之一，而最近以太坊混币平台Tornado.cash推出保证财务隐私的合规工具，允许用户通过输入Tornado.cash凭证生成合规报告。这意味着用户可生成基于以太坊地址存取款交易历史的密码学证明，显示提款地址中持有资产的来源，同时又不会泄漏自己的财务隐私。

这一工具的的推出，对于解决公链的老大难：隐私和监管，都具有非常积极的意义。

正是因为以太坊技术的持续发展和进化，加快了区块链在向应用推进进程，以太坊也成为行业重要代言代表，这一现象当然也会推动行情发展的重要因素。

我们看到，自今年以来，以太坊代币ETH价格今年已上涨近 50％，这就是项目价值发展的最好证明。

正是因为以太坊的推出表现，加上2.0技术的迭代可能带来的区块链技术的发展，使得以太坊成为了推动牛市到来的关键性因素。

ETH2.0营造更加公平的网络

在以太坊向2.0的进化中，共识机制的改变一直都是关注的焦点，以太坊将从原来的POW共识转换为POS共识。

共识机制的转变，带来的是整个以太坊的经济模型的颠覆式改变，原来的挖矿模式将被Staking经济模式完全取代。Staking经济模式，采用的是质押、投票的挖矿模式，只要持有规定的代币，并且按照规则进行质押，就可以成为节点，深度参与项目的同时，实现挖矿收益。

ETH2.0中，规定用户只要质押32个ETH就可以成为共识节点。

对用户来说，这是一种更加友好的经济模式，将大幅度降低节点或者项目参与的门槛，从而表现更加开放属性，也就意味着会有更多用户可以参与到网络的建设和维护当中。

参与人数越多，其去中心化程度就会越高，也更加容易建设更加公平的网络，这实际上正是区块链精神的重要本质属性之一。

由POS带来的经济模型，会为以太坊带来两个质的飞跃：

首先，营造更加公平的网络环境。

ETH2.0中，拥有32个代币就能够成为共识节点共同参与以太坊网络的维护和建设，这个条件并不高，这就意味着更多的用户能够参与到其中。人数越多，共识越广泛，网络环境相对更加公平。

换句话说，以太坊的节点越多，去中心化程度就越高，公平和安全程度就越高。而以太坊2.0中，设置的低门槛进入方式，相当于向所有用户完全敞开大门，使其铺开一张巨大的网络，共同维护以太坊。

相对于EOS中的21个节点模式，以太坊显然可以更好地实现网络治理，解决EOS公链出现的最大问题，以及由此带来的安全信任的危机。

长期锁定代币的规定则可以更好地保证稳定的运营。

Vitalik Buterin 在推特上表示，而以太坊社群正在努力通过构建智能合约将中间人的功能全部去中心化。

因此，在POS机制下的以太坊2.0能够最大限度地发挥更多用户的参与作用，带来的更加公平的网络环境。

其次，创造难以预料的用户增长和经济增长。

通过Staking模式的质押和委托，以太坊将迎来新的增长甚至爆发式的发展期。

一、由于参与门槛的降低，用户进入以太坊的机会更多，可以吸引更多的用户流量。

实际上，根据最近的数据来看，很多用户已经开始为此做准备， 持有超过 32 个以太币的地址（7 日平均）在周三创下历史新高，为 11.5 万个，今年的增长率超 4％。

这个数据恰好可以看出，用户对2.0的看好，并且已经开始做准备。

据Cointelegraph 5月8日消息，ConsenSys发布一份报告，研究了ETH持有人的权益和托管偏好。该报告发现，一旦ETH 2.0的第一阶段完成，三分之二的以太坊投资者计划将其代币进行抵押。还有三成以上的人打算通过第三方提供商进行抵押的ETH持有者。在287名受访者中，大部分表示计划使用第三方提供商进行抵押，占33.1%

二、新共识机制下的委托和质押可能会创造更加庞大的经济增长机会。

目前，以POS为基础的Stking经济已经成为区块链经济模式的主流，大部分公链都采用POS共识机制，而这一机制的流行将极大地推动更加广泛的数字应用的出现。而以太坊2.0性能极大地提高的前提下，Staking经济模式将大规模爆发，构建庞大经济模型下的数字经济体系，这必然会带来经济增长的扩大。

我们知道，以太坊已经将发展定位从“世界计算机”改为“全球结算层”，就是在强化其金融属性，这也是其推动经济增长模式的重要原因之一。

我个人不是特别看好以太坊2.0。

以目前以太坊的发展情况来看，以太坊已经成为了世界上最大的一条公链，这点毫无疑问。伴随着以太坊得进一步发展，我们会发现区块链行业也取得了长足的进步。

一、我先讲一下关于目前以太坊的现状。

以太坊在这一次牛市中非常亮眼，换而言之，这一次的牛市就是因为以太坊上面的应用而拉起的。目前的以太坊有几个困境：第1个困境是交易费率太高，吓跑了很多人。第2个困境是交易速度太慢，网络拥堵问题非常严重。第3个困境是交易相对繁琐，其他公链显然要优于以太坊。这正是以太坊需要破局的地方，当以太坊升级到2.0以后，这些问题都会相应解决。

二、以太坊2.0动了很多人的蛋糕。

这个道理非常简单，目前的以太坊是工作证明模式，也就是我们经常提到的pow模式。如果把这种模式改成pos模式，看上去确实好了很多，但这也直接伤害了很多矿工的利益。试想一下，正是因为矿工才把以太坊推到如今的高度。如果以太坊成功过渡到了2.0，那个时候的POS模式已经不需要矿工了，矿工可能会集体出逃。

三、以太坊2.0已经失去了去中心化的特征。

之所以以太坊可以做得起来，一方面跟以太坊本身的技术能力有关，同时也跟以太坊的去中心化有关，去中心化不正是以太坊的核心增长力吗？如果以太坊正式升级2.0，35个以太坊的质押实在是太高了，几乎没有散户可以承受，那个时候的以太坊会变成严重中心化的产品。虽然很多人非常看好以太坊2.0，但我觉得2.0可能会遭遇重大危机，让我们拭目以待吧。

ETH2.0的推进是一个漫长且复杂的过程，需要一步一步循序渐进的部署完善，所以，在现阶段来说，行业或许对于ETH2.0设置的12月1日这个时间节点过于激动，也过于高估其到来的价值。但不得不说12月1日这个消息背后还是暗藏巨大机会的。 ETH2.0的推进是一个漫长且复杂的过程，需要一步一步循序渐进的部署完善，一定程度上能刺激波卡、cosmos等跨链项目加快开发进程 太坊ETH2.0不怎么好，虽然它的牛市非常的亮眼，但是交易率实在太高了，交易的速度也非常的慢，存在很多问题，交易太过于繁琐。

2、一文了解以太坊挖矿算法及算力规模2020-09-09

以太坊网络中，想要获得以太坊，也要通过挖矿来实现。当前以太坊也是采用POW共识机制，但是与比特币的POW挖矿有点不一样，以太坊挖矿难度是可以调节的。以太坊系统有一个特殊的公式用来计算之后的每个块的难度。如果某个区块比前一个区块验证的更快，以太坊协议就会增加区块的难度。通过调整区块难度，就可以调整验证区块所需的时间。

以太坊采用的是Ethash 加密算法，在挖矿的过程中，需要读取内存并存储 DAG 文件。由于每一次读取内寸的带宽都是有限的，而现有的计算机技术又很难在这个问题上有质的突破，所以无论如何提高计算机的运算效率，内存读取效率仍然不会有很大的改观。因此，从某种意义上来说，以太坊的Ethash加密算法具有“抗ASIC性”。

加密算法的不同，导致了比特币和以太坊的挖矿设备、算力规模差异很大。

目前，比特币挖矿设备主要是专业化程度非常高的ASIC 矿机，单台矿机的算力最高达到了 112T/s（神马M30S++矿机），全网算力的规模达到139.92EH/s。

以太坊的挖矿设备主要是显卡矿机和定制GPU矿机，专业化的ASIC矿机非常少，一方面是因为以太坊挖矿算法的“抗 ASIC 性”提高了研发ASIC矿机的门槛，另一方面是因为以太坊升级到2.0之后共识机制会转型为PoS，矿机无法继续挖。

和ASIC矿机相比，显卡矿机在算力上相差了2个量级。目前，主流的显卡矿机（8卡）算力约为420MH/s，比较领先的定制GPU矿机算力约在500M~750M，以太坊全网算力约为235.39TH/s。

从过去两年的时间维度上看，以太坊的全网算力增长相对缓慢。

以太坊协议规定，难度的动态调整方式是使全网创建新区块的时间间隔为15秒，网络用15秒时间创建区块链，这样一来，因为时间太快，系统的同步性就大大提升，恶意参与者很难在如此短的时间发动51%（也就是半数以上）的算力去修改历史数据。

3、以太坊2.0未来的发展如何?

以太坊 2.0 升级，最核心的是以太坊 2.0 分片和 PoS 共识机制。采用 PoS 共识机制是为了提高以太坊协议的能源效率以及增加以太坊区块链的安全性。以太坊 2.0 分片，使得以太链不再需要通过每个节点来处理链上的每笔交易。

在分片系统中每个节点只需处理约 1% 的交易或更少，从而极大地提高了区块链的效率。实现ETH2.0以后不仅网络性能得到大幅提升，投资者也可以减少重资产的投入(+slf0037)。共识协议Casper及分片技术落地，对网络的底层协议作出巨大的改变，还进一步推动了区块链扩容技术向前发展，不断达到商用的标准。截至2021年1月7日16时已经有超过230万个ETH被锁定在该网络中，占以太坊总供应量的2%。然而，这仍然只是更新的第一阶段。据官方消息，Uniswap v3已部署到以太坊主网。根据官方文章，Uniswap v3是该协议迄今为止功能最强大的版本，集中式流动性为流动性提供者提供了空前的资本效率，为交易者提供了更好的执行力，以及去中心化金融的核心基础设施。就以太坊路线图而言，V神表示，随着合并日期的临近，路线图的许多方面越来越变得切实可行，乐观估计今年年底可以完成升级，在合并后，执行链会在共识链内部运行，每个信标链区块会包括一个来自执行链的区块。他还表示，合并需要许多复杂技术，目的是让整个过程尽可能简单，对于用户、客户端、开发者、智能合约来说，合并会更加顺畅，用户无需过多担心。目前许多中心化交易所、去中心化交易所、去中心化质押协议和基础服务商都进入了以太坊2.0的Staking赛道。不难想象之后会有更多的服务商涌现，而以太坊2.0 Staking板块也将会成为交易所和钱包的标配。那么 ETH 1.0 的 PoW 链，究竟还能挖多久？目前并没有一个明确的答案。但可以确定的是，在以太坊由 PoW 彻底转变为 PoS 之前，以太坊基金会必须用足够长的时间来向大家证明 PoS 链是安全的。这样才能让所有开发者和用户放心的完成切换，从而使整个价值超过 1000 亿美金的生态体系真正的、完全的运行在信标链上。

没有人知道完成工程的推进，需要花多长时间，这是个很大的未知数，并且这些未知数可能是以太坊 2.0 转换的很大阻力。因此，我们乐观估计 PoW 链至少还可以持续挖两到三年。

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最近以太坊进行了伊斯坦布尔硬分叉升级，由于更多面向的是开发者，市场反馈并不强。本期视频将为大家讲解以太坊进入 2.0 后的变化，发展趋势，以及背后的价值支撑。

4、以太坊技术系列-以太坊共识机制

区块链的特点之一是去中心化。也就是节点会分布在各个地方组成分布式系统。各个节点需要对1个问题达成一致，理想情况下，只需要同步状态即可。

如上图所示 B节点将a=1=> a=2的状态同步给  ACDE四个节点，这时系统中状态变为a=2, 但如果其中有恶意节点 AE 收到通知后把a=1=>a=3修改为错误的节点，这个时候大家的状态就不一致了，此时需要共识机制使系统中得到1个唯一正确的状态。

如上面说到分布式系统存在恶意节点导致系统中状态不一致的情况有1个比较著名的虚拟问题-拜占庭将军问题。

拜占庭将军问题是指，N个将军去攻打一座城堡，如果大于一定数量的将军同时进攻则可以攻打成功，如果小于则进攻失败。将军中可能存在叛徒。

这个时候有2种情况

1.如果2个叛徒都在BCDE中，那么共识算法需要让其余2个将军听从A的正确决策进攻城堡。

2.如果A是1个叛徒，共识算法需要让BCDE中剩余的3个忠诚将军保持一致。

这个问题有很多种解法，大家有兴趣可以自行查阅(推荐学习PBFT)，我们重点来看看以太坊中目前正在使用的Nakamoto 共识和将要使用的 Casper Friendly Finality Gadget共识是如何解决拜占庭将军问题的。

说到Nakamoto共识和Casper Friendly Finality Gadget共识可能大家不太熟悉，但他们的部分组成应该都比较熟悉-POW(工作量证明)和POS(权益证明)。

POW或POS称之为Sybil抗性机制，为什么需要Sybil抗性机制呢，刚刚我们说到拜占庭将军问题，应该很容易看出恶意节点越多，达成正确共识的难度也就越大，Sybil攻击就是指1个攻击者可以伪装出大量节点来进行攻击，Sybil抗性是指抵御这种攻击能力。

POW通过让矿工或验证者投入算力，POS通过让验证者质押以太坊，如果攻击者要伪装多个节点攻击则必将投入大量的算力或资产，会导致攻击成本高于收益。在以太坊中保障的安全性是除非攻击者拿到整个系统51%算力或资产否则不可能进攻成功。

在解决完Sybil攻击后，通过选取系统中的最长链作为大家达成共识的链。

很多人平时为了简化将pow和pos认为是共识机制，这不够准确，但也说明了其重要作用，我们接下来分析pow和pos。

通过hash不可逆的特性，要求各个矿工不停地计算出某个值的hash符合某一特征，比如前多少位是000000，由于这个过程只能依赖不停的试错计算hash,所以是工作量证明。计算完成后其他节点验证的值符合hash特征非常容易验证。验证通过则成为成为合法区块(不一定是共识区块，需要在最长链中)。

以太坊中的挖矿算法用到2个数据集，1个小数据集cache,1个大数据集DAG。这2个数据集会随着区块链中区块增多慢慢变大，初始大小cache为16M DAG为1G。

我们先来看这2个数据集的生成过程

cache生成规则为有1个种子随机数seed，cache中第1个元素对seed取hash，后面数组中每个元素都是前1个元素取hash获得。

DAG生成规则为 找到cache中对应的元素后 根据元素中的值计算出下次要寻找的下标，循环256次后获得cache中最终需要的元素值进行hash计算得到DAG中元素的值。

然后我们再看看矿工如何进行挖矿以及轻节点如何验证

矿工挖矿的过程为，选择Nonce值映射到DAG中的1个item，通过item中的值计算出下次要找的下标，循环64次，得到最终item，将item中的值hash计算得到结果，结果和target比较，符合条件

则证明挖到区块，如果不符合则更换nonce继续挖矿。矿工在挖矿过程中需要将1G的DAG读取到内存中。

轻节点验证过程和矿工挖矿过程基本一致，

将块头里面的Nonce值映射到DAG中的1个item，然后通过cache数组计算出该item的值，通过item中的值计算出下次要找的下标，循环64次，得到最终item，将item中的值hash计算得到结果，结果和target比较，符合条件则验证通过。轻节点在验证过程中不需要将1G的DAG读取到内存中。每次用到DAG的item值都使用cache进行计算。

以太坊为什么需要这2个不同大小的数组进行辅助hash运算呢，直接进行hash运算会有什么问题？

如果只是进行重复计算会导致挖矿设备专业化，减少去中心化程度。因为我们日常使用的计算机内存和计算力是都需要的，如果挖矿只需要hash运算，挖矿设备则会设计地拥有超高算力，但对内存可以缩小到很小甚至没有。所以我们选用1G的大内存增加对内存访问的频率，增加挖矿设备对内存访问需求，从而更接近于我们日常使用的计算机。

我们看看在Nakamoto共识是如何解决拜占庭将军问题的。首先看看区块链中的拜占庭将军问题是什么？

区块链中需要达成一致的是哪条链为主链，虽然采用了最长链原则，但由于分叉问题，还是会带来拜占庭将军问题。

本来以太坊pow目标是抵抗51%以下的攻击，但如上图如果恶意节点沿着自己挖出的区块不断挖矿，由于主链上有分叉存在，恶意节点不需要达到51%算力就可以超过主链进而成为新的主链，为此以太坊使用了ghost协议给上图中的B1和C1也分配出块奖励，尽快合并到主链中，这样主链长度(按照合并后的总长度算，长度只是抽象概念，以太坊中按照区块权重累加)还是大于恶意节点自己挖矿的。

网络中的用户通过质押一定数量的以太坊成为验证者。每次系统从这些验证者从随机选择出区块创建者，其余验证者去验证创建出的区块是否合法。验证者会获得出块奖励，没有被选中的区块不进行验证则会被扣除一定质押币，如果进行错误验证则会被扣除全部质押币。

如上图，权益证明在每隔一定区块的地方设置一个检查点，对前面的区块进行验证，2/3验证者通过则验证通过，验证通过则该区块所在链成为最长合法链(不能被回滚)。

我们简化地只分析了权益证明本身，在以太坊中权益证明较为复杂的点在于和分片机制结合在一起时的运行流程，这部分会在后面单独将分片机制的一篇文章中详述。

本篇文章主要讨论了共识机制是解决分布式系统中的拜占庭将军问题，以及分析了以太坊中的共识机制一般包括最长链选择和一种sybil抗性机制(pow或pos)。重点分析了pow和pos的流程以及设计思想。后续将开始重点讨论智能合约的部分。

5、以太坊pos模式是什么意思

POS是一种在公链中的共识算法，可作为POW算法的一种替换。POW是保证比特币、当前以太坊和许多其它区块链安全的一种机制，但是POW算法在挖矿过程中因破坏环境和浪费电力而受到指责。POS试图通过以一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。
【拓展资料】
POS机制可以被描述成一种虚拟挖矿。鉴于POW主要依赖于计算机硬件的稀缺性来防止女巫攻击，POS则主要依赖于区块链自身里的代币。在POW中，一个用户可能拿1000美元来买计算机，加入网络来挖矿产生新区块，从而得到奖励。而在POS中，用户可以拿1000美元购买等价值的代币，把这些代币当作押金放入POS机制中，这样用户就有机会产生新块而得到奖励。在POW中，如果用户花费2000美元购买硬件设备，当然会获得两倍算力来挖矿，从而获得两倍奖励。同样，在POS机制中投入两倍的代币作为押金，就有两倍大的机会获得产生新区块的权利。
众所周知，第三季度的“DeFi热”促使以太坊网络上的交易量大幅增加，DappRadar 2020 Q3 Dapp报告指出，以太坊交易量在2020年第三季度猛增至1195亿美元，与第二季度相比增长了近1200%，但随着而来的是网络堵塞，交易费猛增。在今年9月9日，以太坊平均交易费用达到14美元的高度，刷新历史记录。因费用飙升，导致许多交易只能延迟。
EOS创始人BM感叹称：对于大多数正常规模的交易来说，以太坊交易费用太高了。
目前的以太坊仍然面临多重问题，首先老生常谈的是上面提到的交易处理，以太坊网络支持数千个去中心化应用程序，每秒都需要处理大量交易，而采用PoW共识机制的以太坊1.0，每秒只能处理约10-50笔交易，远小于PayPal、Visa 等中心化网络，远无法满足用户对于交易速度的需求。手续费高昂一直是以太坊被诟病的一个重要的点，V神直言，在rollups和分片完成之前，以太坊别无选择，只能忍受高额交易费。因此以太坊需要升级。

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