咖說 | 以太坊的設計藝術(上)

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本文轉自 “區塊律動BlockBeats”, 譯者 :律動研究院
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伴隨著以太坊 2.0 第一階段的慢慢臨近,曾經那些認為 ETH2 永遠不會到來的人又開始重新關注起了以太坊的發展。在 2020 年 10 月 19 日,Bankless 邀請了 Vitalik 就以太坊的設計理念及初衷進行了深入探討。
 
在訪談的開始 Vitalik 簡單地重申了 ETH2 的路線圖,並表示會像宣傳中所說,在第 0 階段搭建一條基礎的任何人都可使用的 PoS 公鏈,在第一階段提供分片以及 Rollups 進行應用擴容,最終可達到 100,000TPS。






為什麼是 PoS+分片

應用 PoS 這種複雜系統主要為了實現幾個關鍵的目標,其一是杜絕 PoW 系統的低效和能源浪費,還有就是隨著 ASIC 越來越成熟,PoW 系統需要避免中心化風險。相比於 PoW 系統,PoS 系統更加民主開放,人們能夠更加容易地參與到網路中,不管是普通使用者還是質押者。
 
分片是一種擴容解決方案,其主要目的是在於提高以太坊可處理的總交易量。可擴容性對於以太坊來說是十分關鍵的,因為以太坊應該是任何人都可互動的全球性公共基礎設施。作為新時代網際網路底層基建,其應該是開放的、任何人都能輕易參與進來的。如果不採取分片這種去中心化擴容解決方案的話,那其替代方案可能就是需要讓中心化機構執行一個超級網路,然後接入可信側鏈,但這並不是 Vitalik 想要建設的。曾經有許多歷史事件已經證明了過渡中心化的系統是十分容易被操控的,最終會與設計者的設計初衷所背離。






保持以太坊的初衷
 

去中心化的無許可網路

 
以太坊網路不想成為那種依賴於超級節點的網路,這也是以太坊網路區別去其他網路的地方。在不依賴任何超級電腦的情況下,以太坊應該是一個能完全正常執行的系統,最理想的情況是一群家用筆記本在執行以太坊網路。正如一些比特幣信仰者所說,如果網路過度中心化、被幾個機構所控制,最終可能會走向不盡如人意的方向。
 
EHT2 想要打造一個任何人都可以參與到其中的 PoS 生態,這也是為什麼以太坊一直不傾向於超級節點這種方式,也不相信「多數誠實」這種假設,這和比特幣的思想很相似。在網路中,參與者最好對鏈自行進行驗證,儘量不去相信礦工,因為礦工不一定都是誠實的。
 
總體來說:
 
1.ETH2 更環保,更高效了;
 
2.ETH2 保證大多數普通使用者能夠直接參與到鏈的寫入;
 
3. 同時保證大多數普通使用者能夠在不依賴可信 API 的情況下直接讀取鏈的資料;
 
4. 讓大多數普通使用者能夠參與到鏈的共識中。
 
如果將 2,3,4 融合在一起,就得到一條強抗審計、抗社會政治攻擊的區塊鏈。
 

人們真的在乎這些以太坊堅守的特質嗎?

 
有許多以太坊的競品對於去中心化、無許可、以及以太坊堅持保守的特質進行了妥協,但本質上中心化路徑在短期可以做到十分高效,但長期卻會有很嚴重的副作用。比如說,很典型的例子就是被孫宇晨收購的 Steemit,過度中心化最終會導致社群分叉。EOS 也出現過賄賂攻擊。最終,中心化鏈中的核心參與者將串通勾結,侵蝕普通使用者的權益。
 
從治理層面來看,如果一條鏈的投票治理權都掌控在那些持幣大戶手中,長期來看這是十分危險的。
 
所以在長遠來看使用者對於去中心化、無許可等這些特質是十分關心的。這些特質需要時間讓人們去慢慢意識到他們的重要性。當大環境好的時候,社群沒有紛爭,大家的意見趨於統一,在這種情況下大家都很開心,治理不會出現問題。但當出現問題時,社群內出現紛爭,意見不再統一,那些過度中心化鏈的使用者的權益或將受到損害。
 

其他堅守這些特質的社群 

 
Coda 很不錯,他們試圖打造可使用零知識證明的鏈,這樣一來 zk snark 就可以代替個人直接對鏈進行驗證了,節點是無法直接作惡的。Mimblewimble 和 ETC 也不錯。ETC 雖然沒有實行分片,但儘量保持著去中心化的擴容方案。
 
然而對於以堅持這些特質作為賣點的專案來說,他們是沒有主打其他概念的專案吃香的。因為堅持這些特性註定意味著能講的故事很有限,然而如果用其他概念講故事,那就可以講出很多東西。雖然主打這些特質的鏈會很少,但 Vitalik 相信這部分專案終將會很成功。






蓄勢已久的 PoS 和分片
 
在 ETH1.0 釋出之前,PoS 和分片就已經被認定為改進 ETH 的方向。Vitalik 對社群在初期如何進行技術方向選擇這個問題做了解答。
 
早在 2015 年,社群就基本對 PoS 和分片的技術路徑達成了共識。DAO 分叉事件的發生更加鞏固了這一點。那些當初反對 PoS 和分片的人同樣反對 DAO 分叉,所以他們最終選擇了支援 ETC。
 
確信 PoS 和分片是對的技術方向確實花了一段時間。回頭看最初的一篇關於 Slasher 的部落格你會發現在這篇文章的開頭寫著:Slasher 是在為未來有可能實行 PoS 時做準備,在 14 年 1 月時,Vitalik 其實還不確定 POS 是否有本質上的缺陷。
 
如果回過頭再去看分片, 當時 Vitalik 認為區塊鏈應用分片技術也是一個尚未解決的問題。在這篇部落格中,分片與其他幾個問題一同被列為當時區塊鏈無法解決的問題,或是能解決但需要做本質取捨的。
 
2014 年之後,另一個問題又成了熱議的焦點,那就是 PoS 系統的“Nothing at Stake”問題,Vitalik 在這篇文章中做了解答。雖然 PoS 無法做到與 PoW 有完全相同的特質,但 PoS 可以儘可能吸取 PoW 系統中的優勢。
 
在 16 至 17 年間,人們又對其他共識演算法進行了深入的研究,最終搞清楚瞭如何將 PoW 的安全模式應用到 PoS 中。
 
對於分片來說,最主要的問題在於如何選擇最佳的安全模型。在 2015 年,Vitalik 及技術社群開始嘗試隨機取樣(Random Sampling)的方式,這是對於將分片技術應用在鏈上的一個突破。在 2017 年時,社群完成了資料可用性證明的突破,這使得分片鏈能夠在」多數不誠實」的情況下依然保持安全。通過這些探索之後,我們發現分片是可行的方案。
 
在 2015 年釋出 ETH1.0 時我們認為 PoS 應該會在一到一年半之後實現,但實時表明當時的想法都太過樂觀了,但當時大家都很有信心。






從以太坊的貨幣政策看代幣分發機制
 
當初社群對於以太坊貨幣政策的共識和現在並不太一樣。如果去看最初的以太坊白皮書你會發現,最初的發行計劃是每年會增發 1600 萬枚 ETH,並進行永久增發。此政策的基本原理是,系統需要一直不停地增發來保持系統的安全。當時社群認為 PoS 的安全成本並不一定比 PoW 低,所以有可能永遠保持 PoW 機制。並且社群希望不光是現在參與到網路的人能夠得到 ETH,之後參與到網路中的人也應該能夠得到 ETH。這是當時的設計邏輯。
 
之後 Vitalik 和技術團隊認為 PoS 雖然是有必要且可行的,但 PoW 卻有可能是最平等公平的分發方式。10 年到 13 年時,PoW 被認為是最民主的代幣分發模型,甚至成為了當時 BTC 的一大賣點:只要你開啟電腦,你就能得到一些 BTC。這或許也是當時 BTC 最吸引人的一點。但實際上 PoW 並不能形成技術上的長期穩定均衡,當挖礦很賺錢時,就會出現專門的礦機,BTC 是最好的例子,從 GPU 革命到 FPGA 革命再到 ASIC 革命。對於以太坊來說,其 PoW 演算法雖然對 ASIC 有特殊的抵禦能力,以此保證 ETH 挖礦的公平性,但隨著時間延續,以 GPU 為主的系統也會變得越來越趨向於金錢和資源,最終可能還是會導致 ETH HASH 遭受 ASIC 風險。
 
所以 PoW 不管怎樣都會走向 ASIC。雖然 ETH 使用 GPU 挖礦,但專業 ETH 礦工還是會將業餘礦工驅逐出市場。
 
這是 PoW 挖礦機制的問題,BTC 已經存在財閥統治的問題,對於 ETH 來說也只是時間的問題了,不管演算法如何改進,都無法避免走向 ASIC。
 
代幣分發機制的設計挑戰在於,確保其中立性。PoW 系統的好處在於人們知道演算法是什麼樣的,任何人都可以去做驗證,任何人都能參與。但像 Ripple 那種通過社交媒體進行分發的方式就很不公平,首先,不是人人都能參與到其中,其次黑客可以為了得到代幣註冊一萬個賬號,你不想看到一個底層公鏈的代幣分發模型是這樣的。而對於 PoS 系統來說,其本質就是將代幣再分發給代幣持有者,並讓代幣持有者維護網路安全。除了現有的 PoS 及 PoW 的代幣分配機制外,現在沒有什麼更中立的代幣分配機制了。如果在 PoW 和 PoS 分配機制上稍加改動,可能又會一起其他方面的爭議。






PoW V.S PoS
 
很多人認為 PoS 缺點在於,只要你在創世時參與到網路中得到代幣,之後你就可以永遠作為質押者參與到網路中,然而 PoW 中的礦工卻需要一直更新硬體設施。
 
Vitalik 認為 POS 並不是 100% 優於 POW,從這點上 PoW 在減少長期捕獲方面就要優於 PoS。
 
首先,PoW 市場現在還很年輕,可能會經常受到外界的影響,但這些問題可能對於成熟後的 PoW 市場就不再是問題。但關於常被 BTC 礦工討論的熱力學極限問題來說,當產出一個雜湊答案的成本低至極限時,效率是無法再提高的,這確實將成為 PoW 無法解決的問題。其次,對於 POS 來說,如果你有 32 個 ETH 你就可以自己成為驗證人,獲得更多的代幣,如果你沒有那麼多 ETH,也可以通過與其他人一起進行質押,獲得 ETH。而在 PoW 系統中你必須有足夠的啟動資金購買礦機,不然你是不可能挖礦的。這樣 PoS 也杜絕了財富過度集中的問題。最後,POS 的回報要整體低於 POW,參與的人越多收益越低。
 
所以總體來說,PoW 有其優勢,而 PoS 更容易參與但收益會比較低。
 
最重要的一點是,如果有人擁有 51% 的幣或 51% 的算力該怎麼辦。相比於 PoW,PoS 給了社群更多的挽救方案。對於 POW 來說,你只能眼看著 51% 攻擊的發生,或許你能軟分叉,可是攻擊者可以繼續攻擊分叉鏈,Vitalik 管這種攻擊叫做「SPAWN CAMP ATTAC」, 要想解決問題就只能改變 POW 演算法,但這不光傷害了攻擊者,也傷害了普通礦工。當 PoW 演算法被更改後,接下一段時間將沒有人擁有新演算法的 ASIC 礦機,如果攻擊者壟斷了 CPU GPU 市場,那攻擊者可以繼續發起攻擊,接下來這條鏈就完了。所以對於 PoW 鏈來說,他是拿 51% 攻擊沒有辦法的。但對於 POS 系統就不一樣了,那些被攻擊的人可以重啟另一條分叉鏈,並在分叉鏈上刪去攻擊者所得的幣,你都不需要進行硬分叉。所以攻擊者每次進行攻擊都會損失很多幣。






為何要參與到 ETH2 的質押中
 
Vitalik 認為這是作為以太坊公民的公告,而且還可以得到收入作為激勵。
 
如果你無法做驗證出塊節點,你也應該儘量參會到網路中去驗證以太坊網路。不一定要驗證鏈上所有的東西,你可以有選擇性的進行驗證,比如驗證資料可用性,或者驗證欺詐證明,甚至可以跑一個輕節點這樣還可以避免你去信任某一節點。這種自主行為不光對使用者自身有好處,最終也會對整個以太坊生態有好處。
END

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