以太坊自2015年誕生以來就廣受歡迎，但最近其昂貴的交易費用和低可擴展性對執行複雜的應用程序產生了負面作用，用戶對以太坊改進的需求也日益急迫。
以太坊2.0已進行了一段時間，它是多年來以太坊網絡的最大變化，旨在解決當前基礎設施的一些問題。根據以太坊創始人Vitalik Buterin的說法，升級將加速以太坊區塊鏈的功能並推進大規模採用。本文將回顧以太坊2.0的基本特徵，並探討升級將給系統帶來哪些變化。
什麼是以太坊2.0？
以太坊2.0並不是一次性的升級，而這是對網絡的一系列變化，整個過程將在未來幾年內完成。當前以太坊仍使用與比特幣相同的PoW工作量證明共識機制，雖然該機制高度安全且去中心化，但存在著一些明顯缺陷。在PoW區塊鏈中，礦工需要使用高算力來解決複雜的密碼問題（競爭驗證交易的權利），因此鏈上交易速度較慢。此外，算力的比拼增加了電力消耗，這也是比特幣被環保主義者攻擊的原因。
以太坊2.0將使用PoS權益證明共識機制，在該機制下，驗證者不通過算力解決數學難題來驗證交易，而是需要在智能合約中鎖定該區塊鏈的原生加密貨幣。然後，網絡通過分析多種因素（包括權益大小和時長）來隨機選擇驗證者。目前，以太坊2.0的測試平台信標鏈已擁有超過290000個驗證者。按照當前計劃，今年6月份以太坊網絡與信標鏈合併後，驗證者數量將會繼續增長。
以太坊2.0是區塊鏈社區史上最受期待的發展之一。如果一切按計劃進行，以太坊可能會解決其可擴展性問題，增加普通用戶的可訪問性，並增強去中心化應用程序的功能。
以太坊2.0將帶來以下5點變化：
1. 降低交易費用
高昂的gas交易費是以太坊目前最大的問題。 gas費指支付給在驗證交易中消耗算力的礦工的費用，以“gwei”為單位，根據網絡需求波動。通常，一旦交易需求大，以太坊區塊鏈就會被阻塞。在這種情況下，礦工會優先考慮gas價格較高的交易請求，從而推高了整體的gas交易費。隨著以太坊轉向PoS權益證明機制，處理交易將變得更加簡單，這將會有效防止未處理的交易阻塞網絡。
2. 增加網絡吞吐量
以太坊2.0升級的一部分包括引入“分片”。分片將會把區塊鏈拆分為多條鏈，這些鏈都可獨立於主鏈對交易進行處理。
PoW區塊鏈在一條完整的鏈上記錄交易，例如比特幣區塊鏈，從2009年創世區塊被開采之後的交易歷史都記錄在鏈上。但是，在一條鏈能處理的交易數量有限。比特幣每秒只能7筆交易，而以太坊的處理速度也僅為每秒10-15筆交易。
分片將在現有主鏈的基礎上創建更新的鏈。根據以太坊基金會的說法，分片程序會將以太坊區塊鏈分成64條不同的鏈。由於這些鏈都可用於驗證交易，以太坊主網絡的負擔將減輕，整個生態系統的吞吐量將得到顯著提升。
3. 降低硬件要求
中本聰設計比特幣時，本意是希望每個人都參與到交易的驗證和記錄系統中。但是，系統的變化已經使普通人參與網絡驗證的門檻變得很高。挖礦難度的增加意味著必須投資昂貴的高級計算機來保證算力，當前以太坊也面臨著同樣的問題。
另外，節點還必須持有區塊鏈記錄的副本，這要求節點存儲大約4TB的數據。按照目前的市場價格，具有4TB以上存儲空間的計算機成本約為數千美元。設備門檻過高不利於吸引更多合格驗證者參與網絡的保護和建設。
以太坊引入PoS共識機制意味著驗證者不再需要計算能力強大的高級設備，僅需要服務器級設備即可用於驗證交易。而且，分片將減少分配給儲存以太坊區塊鏈歷史記錄的磁盤空間。由於以太坊未來將會有64條分片鏈，驗證者只需保存其中一條分片的歷史，即總數據的1/64。
4. 擴張以太坊生態系統
除了充當支付結算系統，以太坊的可編程性還可用來創建智能合約和去中心化應用程序（dApp），為NFT和DeFi等行業提供動力。以太坊EVM就像一台超級計算機，運行在以太坊網絡中的不同計算機（節點）上。 EVM存儲執行智能合約的代碼並允許用戶與dApp進行交互。
儘管EVM極大地提高了以太坊的網絡能力，但由於生態系統面臨的壓力越來越大，其實用性近年來有所下降。與2015年以太坊剛剛誕生時相比，其網絡上運行的dApp數量已經非常多了，其中包括遊戲（Axie Infinity、CryptoKitties）、DeFi協議（Uniswap、Yearn）和DAO（MakerDAO）等等。
EVM上不斷增加的負載使得網絡處理速度急劇下降。然而，改進EVM很困難，因為代碼是用複雜的編程語言Solidity編寫的。據以太坊網絡開發的主要參與者稱，以太坊2.0將引入由萬維網聯盟設計的以太坊Web程序集（eWASM）來取代EVM。
eWASM讓開發人員可以選擇其他更簡單的編碼語言，例如C++ 和Rust。此外，eWASM 旨在與當前的Web標準兼容，因此更易於在常規瀏覽器中運行。這將使用戶更加便捷地從瀏覽器訪問dApp，而無需依賴瀏覽器擴展。 eWASM的最大好處是它對開發者生態系統的影響，有了其他語言選項之後，更多的開發人員將湧向以太坊，從而進一步促進社區的創新和創造力。
5. 減少碳足跡
以太坊轉向PoS權益證明共識機制將減少電力消耗並減少對環境的消極影響。實際上，比特幣和以太坊1.0等PoW工作量證明的能源密集型特性已經引起了環保主義者和監管機構的擔憂。根據以太坊官方博客預測，PoS將使以太坊的功耗降低90-95%。此外，其他擴展解決方案（如rollup和分片）也將通過擴大網絡的規模經濟來降低交易的整體能源成本。
以太坊2.0進度
從以太坊基金會發布的信息來看，以太坊2.0可分為三個階段：
第0階段
第0階段從2020年12月1日信標鏈推出之後就開始了。信標鏈引入了權益證明共識，做一個完整的驗證者需要至少質押32枚ETH。目前，信標鏈的鎖定總價值（TVL）約為250億美元。信標鏈將在2022年第二季度與以太坊主網絡進行合併。合併後，整個以太坊網絡將切換到PoS共識機制。
第1階段
根據以太坊基金會的計劃，第1階段將在2022年晚些時候或2023年的某個時間發生。該階段的升級將引入分片，但代碼開發和審計難度較大，因此具體時間將根據實際情況來調整。
第2階段
以太坊2.0的最後階段涉及到用以太坊Web組件（eWASM）替換以太坊虛擬機（EVM）。這將使用戶和開發人員更容易訪問以太坊。對於用戶而言，內置瀏覽器的支持將使去中心化應用程序的使用更加便捷。對於開發者來說，自由使用其他語言將使以太坊區塊鏈的應用程序開發更加容易。
以太坊2.0是終極解決方案嗎？
雖然以太坊2.0是否能獲得成功還是個未知數，但以太坊2.0升級將帶來的諸多改變和整體跡象相對積極。升級若成功實施，將會徹底改變以太坊的基本面。憑藉更低的gas費用、更高的可訪問性和更好的用戶體驗，以太坊很可能成為區塊鏈技術領域的龍頭。