[加密湾投研]深度解析：ETH-以太坊2.0发展与投研报告
在加密货币的世界里，无论是投资机构、区块链应用开发者、矿机商，还是个人投资者、硬件供应商、游戏行业从业者等等，提起以太坊，大家或多或少都会有一些了解。
这一方面取决于以太坊代币 ETH 本身的造富效应。从 2014 年首次发行以来，截至今天，ETH 的价格从 0.308 美元每枚涨到现在的 2300 美元每枚，投资回报率已经超过 7400 倍，非常夸张。
另一方面，以太坊作为应用最广泛的去中心应用编程平台，引来无数开发者在其之上开发应用。这些应用不仅产生了巨大的商业价值，伴随 DEFI 生态、NFT 生态、DAO 生态蓬勃发展，也给 ETH 带来了更多使用者。
随着“伦敦升级计划”临近，ETH 再次聚集所有人的关注目光。
以太坊 2.0 到底是什么？包含哪些升级？目前进展如何？
以太坊 2.0 到来，会对现有以太坊生态的去中心化应用产生哪些影响？
ETH 是否值得持续投资？
看完这篇文章，相信你会有自己的判断。
（图：ETH 历史价格走势）
以太坊起源
在讲以太坊 2.0 之前，我们先简短回顾以太坊的发展历史。
以太坊白皮书首次由俄罗斯程序员 Vitalik Buterin 于 2013 年发表，并于 2015 年正式启动主网。
Vitalik Buterin 就是后来名震币圈的 V 神，4 岁学习编程，12 岁用 C++ 写游戏，17 岁接触比特币并创建了世界上最早的比特币信息平台，年仅 19 岁的他就发布了以太坊白皮书。
关于 V 神的传奇故事，我们以后再讲。
以太坊发布的初衷，是为了解决比特币拓展性不足的问题。
我们都知道，比特币的发布打开了区块链行业发展的大门。随着行业的发展，更多高级复杂的去中心场景需求被提出，比特币单一去中心代币的功能属性已不能满足人们多样化的需求，开发者急需要拓展比特币以满足更多应用场景。
但比特币作为最早的区块链应用，其代码与协议实现的功能非常有限。比特币为了自身程序的安全，使用的脚本语言与传输字节长度限制，让开发者难以在其之上继续做拓展应用开发工作。
为了解决这个问题，以太坊不仅构建了新的协议框架，还在框架内支持数种图灵完备的高级编程语言，通过建立虚拟机（EVM）的方式来运行智能合约。对比比特币的脚本语言，图灵完备的高级编程语言显然功能强大的多，以太坊允许任何人在上边编写智能合约和去中心化应用程序，根据自己的需求定制程序功能。
如果将搭建应用比作造房子，那么以太坊就提供了墙面、屋顶、地板等模块，用户只需像搭积木一样把房子搭起来，因此在以太坊上建立应用的成本和速度都大大改善。以太坊的出现，迅速吸引了大量开发者进入以太坊的世界编写出各类去中心应用，极大丰富了人们对去中心应用场景的需求。
至此，大家对去中心应用的拓展需求，得到了相对完美的解决方案。
（图：ETH 应用开发模型示意）
以太坊与 ETH
我们之前讲过，现有市场的加密货币，只是在区块链技术应用在某一场景下的单一代币。
以太坊也不例外，它的完整项目名称是“下一代智能合约与去中心化应用平台”，Ether（以太币）是其原生加密货币，简称 ETH。（注：以太坊英文原版白皮书链接已放置文章结尾，有条件尽量去阅读原文）
ETH 与 BTC 一样，也是去中心的加密货币。ETH 除了可以用来与各种类型数字资产之间进行有效交换，还提供支付交易费用的机制，即我们现在做链上操作时所支付的 GAS 费用。GAS 费用机制的出现，即保护了以太坊网络上创建的应用不会被恶意程序随意滥用，又因为 GAS 收入归矿工所有，让更多的用户参与到以太坊网络的记账当中成为矿工，进一步维护了以太坊网络安全与生态发展。
与 BTC 不同的是，ETH 并没有采用 SHA256 挖矿算法，避免了整个挖矿生态出现由 ASIC（专用集成电路）矿机主导以至于大部分算力被中心化机构控制所带来的系统性风险。
以太坊最初采用的是 PoW（Proof of Work）的工作量证明机制，人们需要通过工作量证明以获取手续费回报。我们经常听说矿工使用显卡挖矿，他们做的就是 POW 工作量证明。显卡越多，算力越大，那么工作量就越大，收入也就越高。
当前，整个以太坊网络的总算力大约为 870.26 TH/s，用我们熟悉的消费级显卡来对比，英伟达 RTX3080 的显卡算力大约为 92-93 MH/s，以太坊网络相当于 936 万张3080 显卡算力的总和。
以太坊白皮书内非常明确提到之后会将 PoW 工作证明的账本机制升级为 POS （Proof of Stake）权益证明的账本机制，这点我们后文再讲。
ETH 经济模型
与 BTC 总量 2100 万枚不同，ETH 的总量并没有做上限，而是在首次预售的 ETH 数量基础上每年增发，增发数量为 0.26x（x 为发售总量）。
但我们也不用担心 ETH 会无限通胀下去，长期来看，每年增发币的数量与每年因死亡或者粗心原因遗失币的数量大致相同，ETH 的“货币供应增长率”是趋近于零的。
（图：ETH 长期供应增长率）
ETH 分配模型包含早期购买者，早期贡献值，长期捐赠与矿工收益，具体分配比例如下表。
（图：ETH 分配机制）
2014 年 7 月 24 日，首次 ETH 正式对外发售。
ETH 最初定价为1枚 BTC 兑换 2000 枚 ETH，按当时 BTC 的价格计算，ETH 预售价格为 0.308 美元每枚。首次预售一共募资了 31,000 枚 BTC，售出了 60,102,21 6枚 ETH，以当时的汇率，约合 1840 万美元。
所以现在，每年将有 60,102,216 * 0.26 = 15,626,576 个 ETH 被矿工挖出，转成 PoS 后，每年产出的 ETH 将减少。
目前，市场上流通的 ETH 总量约为 116,898,848 枚，总市值约为 2759 亿美元。
以太坊发展历程
以太坊项目开发被分为四个阶段，分别命名为：边境（Frontier）、家园（Homestead）、都会（Metropolis）、宁静（Serenity）。直到目前，以太坊项目仍处于开发阶段，其中前三个阶段已完成，目前正在进行第四阶段的开发工作。
1. 边境阶段（ 2015 年，已完成）：以太坊主网启动的第一个版本被后来被称为“边境”，上线后不久进行了第一次分叉，调整未来挖矿的难度。此版本处于实验阶段，技术并未成熟，最初只能让少部分开发者参与挖矿，智能合约也仅面向开发者开发应用使用，并没有用户参与，以太坊网络处于萌芽期。
边境阶段 ETH 价格：1.24 美元。
2. 家园阶段（ 2016 年，已完成）：以太坊主网于 2016 年 3 月进行了第二次分叉，发布了第一个稳定版本，称作“家园”。此版本是第一个成熟的正式版本，采用 100% PoW 证明，引入难度炸弹，随着区块链数量的增加，挖矿难度呈指数增长，网络的性能大幅提升，以太坊项目也进入到快速成长期。在”家园“版本里，还发生了著名的”The DAO 攻击事件“，以太坊被社区投票硬分叉为以太坊（ETH）与以太经典（ETC）两条链，V 神站在了 ETH 这边。
家园阶段 ETH 价格：12.50 美元。
3. 都会阶段（ 2017 ~ 2019 年，已完成）：都会的开发又分为三个阶段，升级分成了三次分叉，分别是 2017 年 10 月的“拜占庭”、2019 年 2 月底的“君士坦丁堡“、以及 2019 年 12 月的“伊斯坦布尔”。这些升级主要改善智能合约的编写、提高安全性、加入难度炸弹以及一些核心架构的修改，以协助未来从工作量证明转至权益证明。
在都会阶段，以太坊网络正式显现出其威力，正式进入成熟期。智能合约让不同链上的加密货币可以互相交易，ERC-20 也在 2017 代币发行的标准，成千上万个项目在以太坊网络进行募资，被称作“首次代币发行（Initial Coin Offering, ICO）”，相信很多币圈的老人都是被当时 ICO 造富效应带进来的。到 2019 年，随着 DeFi 生态的崛起，金融产品正式成为以太链上最大的产业。
都会阶段 ETH 价格：151.06 美元。
4. 宁静阶段（ 2020 - 2023 年，正在进行）：与都会分三阶段开发相同，宁静阶段目前预计分成三次分叉：柏林（已完成）、伦敦（即将到来）、以及未命名的第三次分叉。“宁静”阶段又称为“以太坊 2.0 ”，是项目的最终阶段，以太坊将从工作量证明方式正式转向权益证明，并开发第二层扩容方案，提高整个网络的运行效率。
宁静阶段可以说是以太坊网络的集大成之作，如果说前个三阶段只是让以太坊的愿景展现的实验平台，宁静阶段之后的以太坊，将正式成为完全体，不仅有完备的生态应用，超级快的处理速度，众多网络协同发展，而且 PoS 机制会非常节约能源，真正代表了区块链技术走向成熟的标志。
宁静阶段 ETH 价格：2021 年 4 月 15 日完成的柏林阶段，当天价格为 2454 美元。
（图：即将到来的『伦敦』协议升级）
以太坊生态
以太坊在发布白皮书时就已经定义出网络未来可能会出现的应用场景，如：代币系统、金融衍生品和稳定价值货币、身份和声誉系统、去中心化文件存储、去中心化自治组织、储蓄钱包、农作物保险、去中心化的数据馈送、智能多重签名托管、云计算、点对点赌博、预测市场、链上去中心化市场等，后续也是一直沿着这条路径调整优化逐步发展。
以太坊的生态发展，从属性划可分为两大类：一是以太坊网络生态应用建设，二是以太坊网络扩容建设。两者相互融合，互相成就，应用需要更健壮强大的网络作为承载，网络需要功能完善的应用场景服务用户。
先说应用生态，以太坊的生态我们又可以分为以下几大类：
1. 去中心化自制组织（DAO）生态
什么是去中心化自制组织？还是以我们熟悉的比特币举例：比特币目前市值七千多亿美金，在全球资产市值类排名第九，但比特币并不是某一公司发布的产品，也没有特定公司组织招聘人员进行维护。比特币现有的一切，都源于比特币持有者、比特币矿工自发形成的分布式组织，他们通过投票方式规划比特币发展路线，自发参与维护比特币程序与网络 —— 这仅仅因为只要拥有比特币，所有人都是比特币网络建设中的受益者，一切维护都源于自身的利益关系。
比特币的发明与成功运行，突破了由荷兰人创建、至今流行 400 多年的公司商业架构，开创出一种全新的、无组织架构的、全球分布式的商业模式，这就是 DAO。
再说回以太坊，以太坊的 DAO 可以由智能合约编写，用户自定义应用场景。简单说就是我们规定出程序执行条件与执行范围，真实世界里只要触发设定好的条件，程序就会自动执行运行，且所有过程都会在以太坊的网络上进行去中心化公开验证，不需要经过人工或者任何第三方组织机构确认。
以太坊 DAO 生态演化出许多商业场景，有慈善机构使用 DAO 建立公开透明的捐款与使用机制，有风投机构使用 DAO 建立公平分配的风险基金。
以太坊生态的很多项目都采用 DAO 自治，代表项目有：Uniswap，AAVE，MakerDAO，Compound，Decred，Dash 等。
2. 去中心化金融（DEFI）生态
DEFI 是英语 Decentralized Finance 的缩写，翻译为去中心化金融。
与去中心金融对应的就是中心化金融。在传统商业世界里，我们如果需要借钱、存钱，或者买某一公司股票，或者做企业贷款、融资，只要是进行金融活动，总离不开与银行、证券机构、会计事务所这些金融机构打交道。
而在去中心的世界里，区块链本质就是集合所有人交易记录且公开的大账本，我们可以非常容易的追溯到每一个钱包地址发生过的每一笔交易，查询到任意一个钱包地址的余额信息，从而对钱包地址里的资产做评估。
举个例子：全世界个人贷款最贵的国家是印度，印度的年轻人房贷利率目前是 8.8%，最高曾经到过 20%；与此对应，全世界个人存款利率最低的国家是日本，日本政府为了鼓励民众消费，在很长一段时间里银行存款利率是负值，日本人在银行存款不仅没有利息，还要给银行交保管费。理论上，如果日本人将自己的存款借与印度人，双方都能获得利益最大化，但现实生活中这样的场景很难发生。一是每个国家都有外汇管制，日本人的钱并不容易能给到印度人，二是印度人的信用如何日本人也不好评估，大家没有统一标准，万一借出去的钱无法归还，不能没了收益还要蒙受损失。
但在去中心的世界里，这样的事情就简单的多。
如果印度人的钱包地址里有比特币，我们就可以利用智能合约，印度人将自己的比特币质押进去，根据比特币当时的价格，系统自动给印度人一个授信额度，印度人就可以拿着这个额度去和日本人借款，并规定好还款的周期与利率。如果印度人违约，合约自动将印度人质押进去的比特币扣除，优先保障日本的权利，这样，日本人不用担心安全问题放心享受收益，印度人也有了更多的款项做为流动资金。
这个例子就是去中心金融的简单应用，实际上，这就是我们参与 DEFI 挖矿是质押理财的原理 —— 当然真正应用实现的算法与场景要复杂的多。
DEFI 根据场景不同，又可以分为很多赛道，比如稳定币、预言机、AMM 交易所、衍生品、聚合器等等，我们以后专门开篇来讲。
DEFI 代表项目有：Dai，Augur，Chainlink，WBTC，0x，Balance，Liquity 等。
3. 非同质化代币（NFT）生态
世界名画《蒙娜丽莎》，只有达·芬奇的原版可以展览在法国卢浮宫博物馆，哪怕现代的技术可以无比精细地复刻出来，仿品都不具备原版的收藏价值。
这就是 NFT 的应用场景。NFT（英语：Non-Fungible Token）是我们可以用来表示独特物品所有权的代币，它们让我们将艺术品、收藏品甚至房地产等现实事物唯一代币化。虽然文件（作品）本身是可以无限复制，但代表它们的代币在链上可以被追踪，并为买家提供所有权证明。
相比现实中实物版权、物权的双重交割相比，NFT 只需要交割描述此物品的唯一代币。NFT 作品往往存储在如 IPFS 这样的分布式存储网络里，随用随取，永不丢失，加之交割简单方便，很快吸引了大量玩家与投资者收藏转卖，NFT 出现也给艺术家提供了全新的收入模式。
类似 DEFI 生态，NFT 生态根据应用场景不同也产生了不同赛道，目前比较火热的赛道有 NFT 交易平台，NFT 游戏平台，NFT 艺术品平台， NFT 与 DEFI 结合在一起的金融平台。
NFT 代表项目有：CryptoKitties，CryptoPunks，Meebits，Opensea，Rally，Axie Infinity，Enjin Coin，The Sandbox 等。
4. 标准代币协议（ ERC-20 ）生态
与 NFT 非同质化代币所对应的，就是同质化代币。比如我们使用的人民币就是一种同质化代币，我们可以用人民币进行价值交换，即使序号不同也不影响其价值，如果面额相同，不同的钞票序号对持有者来说没有区别。
BTC，ETH 和所有我们熟知的加密货币，都属于同质化代币。同种类的一个比特币和另一个比特币没有任何区别，规格相同，具有统一性。在交易中，只需关注代币交接的数量即可，其价值可能会根据交换的时间间隔而改变，但其本质并没有发生变化。
以太坊的 ERC-20 就是定义这种代币的标准协议，任何人都可以使用 ERC-20 协议，通过几行代码，发布自己在以太坊网络上的加密货币。
现在，以太坊网络上运行的代币种类有上百万个，上边提到的项目，大多也在以太坊网络中发布了自己的同质化代币。
ERC-20 代表项目有：USDT，USDC，WBTC 等。
（图：以太坊生态 DEFI 项目一栏表）
以太坊网络性能扩容
再说网络性能扩容。
我们先引入一个概念：区块链的不可能三角，即无论何种方法，我们都无法同时达到可扩展、去中心化、安全，三者只能得其二。
这其实很好理解，如果我们要去中心化和安全，就需要更多有节点参与网络进行验证，从而导致验证人增多、网络效率降低，扩展性下降。网络性能建设就是在三者之间找到平衡点。
用数据举例，目前比特币可处理转账 7 笔 / 秒，以太坊是 25 笔 / 秒，而 VISA 平均为 4500 笔 / 秒，峰值则达每秒上万笔。这种业务处理能力的差别，我们就可以简单理解为是「吞吐量」的差距。而想要提高吞吐量，则需要扩展区块链的业务处理能力，这就是所谓的扩展性。
根据优化方法不同，以太坊网络性能扩容方案可以分为：
1. Layer 1 链上扩展，所有交易都保留在以太坊上的扩展解决方案，具有更高的安全性。
链上扩展的本质还是改进以太坊主链本身，使整个系统拥有更高的拓展性与运行效率。一般的方法有两种，要么改变共识协议，比如 ETH 将从 PoW 转变为 PoS；要么使用分片技术，优化方法使网络具有更高效率。
2. Layer 2 链下扩展，在以太坊协议之上分层单独做各场景解决方案，具有更好的扩展性。
链下扩展可以理解为把计算、交易等业务处理场景拿到以太坊主链之外计算，最后将计算好的结果传回主链，主链只反映最终的结果而不用管过程，这样，无论多么复杂的应用都不会对主链产生影响。
常用的方法有：卷叠（Rollups）、状态通道（State channels）、侧链（Sidechains）、等离子体（Plasma）、混合方案（Hybrid solutions）等。
我们并不需要明白具体技术实现，只需知道：相比 Layer 1 方案，Layer 2 方案网络不会干扰底层区块链协议，可以替 Layer 1 承担大部分计算工作，从而降低主网络的负担提高网络业务处理效率，是目前公认比较好的扩容方案。
Layer 2 代表项目有：Polygon，Loopring，OMG Network，Plasma Finance，Synthetix，ZKSwap，dYdX，Skale 等。
（图：以太坊网络 Layer 生态一栏）
以太坊 2.0
终于讲到以太坊 2.0，回到今天的主题。
通过回顾以太坊的发展历史，我们现在已经十分明确：以太坊 2.0 并不是新项目，它只是以太坊开发进程的最后一个阶段，它将由整个以太坊生态多个团队协同完成，目标是使以太坊更具可扩展性、更安全和更可持续，最终成为主流并为全人类服务。
以太坊社区将现有的以太坊主网称为 ETH1，升级后的以太坊主网成为 ETH2。
ETH2 建设目标有：
1. 更具可扩展性。每秒支持 1000 次交易，以使应用程序使用起来更快、更便宜。
2. 更安全。以太坊变得更加安全，以抵御所有形式的攻击。
3. 更可持续。提高网络性能的同时减少对能源的消耗，更好地保护环境。
最重要的变化，ETH2 将从 ETH1 使用的 PoW（Proof of Work）工作量证明机制升级为 POS （Proof of Stake）权益证明机制。不再以算力做为验证方式，而是通过质押加密货币的数量做为验证手段。矿工不需要显卡也能挖矿，既节省了时间成本与电力成本，又提高了 ETH 的利用率，非常类似钱存在银行获得利息。
ETH2 主要使用的技术是分片分层技术实现整个网络扩容，与 Layer2 方案类似，ETH2 将是 Layer1 与 Layer2 方案的大融合。
ETH2 升级将分为三个阶段进行：
1. 阶段0（2020 年12月，正在进行）：信标链的创建与合并。信标链是 ETH2 的主链，如同人类的大脑，是 ETH2 得以运行的基础。
信标链将负责协同管理 ETH2 所有的分片链与所有验证者，并运行 POS 机制。信标链与 ETH1 并不是同一条链，它比 ETH1 更强大，ETH1 最终也会合并在信标链里，成为信标链的一个分片，合并后的以太坊网络同时支持 PoW 与 PoS 机制。
目前，信标链已于 2020 年 12 月启动，我们可以在以太坊官网上质押 ETH 来获得 PoS收益。另外，信标链与 ETH1 合并时间，预计会在 2021 年末至 2022 年初进行。
(图：ETH2 网络目前质押数量与收益率)
2. 阶段1（预计 2022 年，未开始）：分片链的创建与应用。当信标链与 ETH1 合并完成后，就进入分片链的开发阶段。分片链可以理解为将 ETH2 主链的整块数据按一定规则拆分存放，单独建立新链处理，用来分担主链上的数据压力，目前规划是建立 64 条分片链。
举个例子，从北京到上海，原来的交通工具只有一条公路，所有的车辆都需要在上边运行，就会非常拥挤；现在通过分片技术，多出来高铁、飞机等交通方式，分流的车辆同时到达速度更快，这就是分片链起到的作用。
3. 阶段2（预计 2023 年，未开始）：整个网络功能的融合。到了此阶段，整个系统的功能全面开始融合，分片链的功能会更加强大，新的处理机制开始支持账户、智能合约、开发工具的创建，新的生态应用等。
此阶段是以太坊网络的最终形态，网络性能得到全面提升，生态应用全面爆发。但要服务全人类，ETH2 每秒 1000 次的交易效率显然还是远远不够，以太坊也会为它的目标持续优化下去。
ETH2 对大家会有什么影响？
1. 对于以太坊生态开发者。ETH2 在部署应用的时候，是需要选择应用在哪条分片网络进行部署，造成这种差异的原因是跨分片通信不同步，这就意味着开发者需要根据自己发展计划做不同的组合。
2. 对于 ETH 持币者。ETH2 与 ETH1 数据完全同步，代币也不会有任何变化，你可以继续使用现在的钱包地址继续持有 ETH。
3. 对于矿工。虽然 PoW 与 PoS 还会并行一段时间，可以预计的 PoW 矿机的产出会越来越少，应该开始减少 PoW 矿机的投资，开始转向 PoS 机制。
4. 对于用户。ETH2 速度更快，交易手续费更低，网络体验会非常好，唯一值得注意的是，由于 Dapp 部署在不同的分片网络上，可能需要手动选择应用的网络选项。
ETH 是否值得投资？
这个应该是我们最关心的话题。
ETH 是除了 BTC 以外市场的风向标，明确了解 ETH2 非常有助于我们理解其他区块链项目，理解二级市场。
简单总结几个点吧：
1. 通过以太坊的项目分析，我们可以清晰地看到：在比特币之后，以太坊项目的发展史就是目前区块链应用生态的发展史。无论 DEFI 生态，NFT 生态，DAO 生态还是代币、合约、协议生态，其实在以太坊发布白皮书时已有预见，后来出现的项目，都是围绕计划做验证。
2. 以太坊的联合创始人里，只有 V 神还在为以太坊事业做贡献，但这并不影响以以太坊繁荣发展。初始团队只是创建了它，后续的发展是社区、开发者、矿工与用户共同建立的结果，以太坊已经不是某几个人的思维，它是所有生态参与者共同的结晶，它属于全人类。
3. 在过去的几年里，以太坊一直沿着既定的开发轨迹发展，从未停止。虽然中途出现过几百次“死亡”危机，它还是顽强的发展下来，拥有了繁荣生态，成为公链之王。ETH2 还要两三年时间才能落地，中间也充满变数，比如其他的公链抢占先机，但我们可以相信，以太坊现有的开发构架，一定会让 ETH2 顺利落地，变得更加强壮。
4. 区块链技术是革命，不要再抱有任何 BTC 会死亡，区块链行业会消失这样的伪命题。BTC、ETH 让我们看到了突破原有公司组织架构，一种全新无组织架构的商业模式存在，显然，这种商业模式非常符合这个时代的发展需求。即使创始团队在不在，即使发展过程会走偏方向，只要方向对人类有益，总会被修正到正确的道路上来。
5. 我们对 ETH 态度非常明确，值得投资并坚定持有。ETH2 的上线，短期看 PoW 奖励与 PoS 奖励并行，可能会让 ETH 总通胀率短期内飙升，长期看 ETH 通胀率始终保持平衡。以太坊网络承载的生态与 ETH 自身的应用场景，我们目前看不到有其他公链代替以太坊公链的可能性，ETH2 的上线，甚至会对其他公链造成“虹吸效应”，万链归一。
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