Ethereum 2.0，即 Ethereum 的升级版，其主要目的主要有两个：
- 降低能源消耗，即共识从 PoW 转为 PoS；
- 扩容，也称为分片（sharding），即提高 Ethereum 的 TPS（Transactions Per Second）。
为实现这两个目的，分三个阶段：
- The Beacon Chain
- The Merge
- Sharding
目前（2022-09-20），已经进入到第二阶段，其中 The Merge 完成了第一个目标，第二个目标在第三阶段 sharding 中实现， 预计是在 2023 年完成。
The Beacon Chain 于 2020 年 12 月 01 日上线，简单的来说就是 Ethereum 2.0 的先行网，PoW 转 PoS 以及 sharding 都先在 Beacon Chain 上测试，最终于 2022 年 09 月 15 日和 Ethereum 主网合并，即 The Merge。
北京时间 2022 年 09 月 15 日下午 03:00，Ethereum 合并成功， 即 Beacon Chain 和之前的 PoW 的 Ethereum 合并成功，Ethereum 正式从 PoW 转为了 PoS。这就是 The Merge 的带来的改变，Ethereum 不再需要消耗比较多的的能源来进行挖矿了，由 PoW 共识转为了 PoS 共识， 大概减少了 99.95% 的能源消耗。
这次升级，除了降低了挖矿的能源消耗，还带来了以下两个改变：
- ETH token 开始进入通缩
- 节点架构改变
在 The Merge 前，每天 PoW（Ethereum Mainnet）上大概可以挖出
13,000 ETH，PoS（Beacon Chain）大概可以挖出 1,600 ETH。
Merge 之后，PoW 去除，只保留了 PoS 上的奖励，即每天 ETH 的新
增量变为原来的
P.S 通过 https://ultrasound.money/#burn 的数据来看，在 gas 的平均价格为 11 gwei 时，每分钟会销毁大概 0.80 ETH，即一天大概 会销毁 0.80 * 60 * 24 = 1,152 ETH。如果 gas 的平均价格为 16 gwei 的话，则 ETH 一天的销毁量大概为：1,152 * (16 / 11) = 1,675。
具体详细的数据都可以在 https://ultrasound.money 这个网站上查看。
因为共识机制的改变，所以节点架构也就不得不变了。The Merge 前 只需要执行一个程序，就能进行挖矿。The Merge 后需要执行两个程序： 一个执行层，一个共识层。其中执行层的是原有的 PoW 的软件的，用来 执行验证 tx，公式层是新增的，用来出块的。如下图：
以下是对应的节点的软件：
- 执行层：
- 共识层：
各个软件的使用占比参考：https://clientdiversity.org/#distribution
NOTE：如果自己不想跑节点的话，可以直接使用第三方的节点，比较知名的有三个： Infura，Alchemy 和 QuickNode。其中 Infura 支持主网和所有的测试网，但 Alchemy 只支持主网和 Goerli 测试网。更多 三方的节点供应商可到 https://ethereumnodes.com/ 查看。
如果想自己跑节点的话，现在也有集成的环境，DappNode 和 Avado。 其中 DappNode 可以自己安装，也可以直接购买预装好的硬件，Avado 是软硬件一体 化，只能购买，不能自己安装配置。
既然共识变了，block 也会做出对应的改变。The Merge 后区块主要有三个 变化：block 结构，OPCODE 和 区块的出块时间与状态
The Merge 后，区块结构变得更复杂了，增加了以共识层的一些字段，同时 对于原有的共识层（现在的执行层）的一些字段做了一些改变。下图是 The Merge 之后一个区块的结构图：
在 PoW 的共识中，是有一定的概率出现叔块（ommer/uncle block）的，
所以之前的区块结构中会有 ommer block 的相关字段。但是在 PoS 中，
出块是确定的，不可能出现 ommer block，因此 The Merge 之后区块
执行层生成的区块的中 ommers 为空数组 []，封装成 tx 就是：
RLP([]) = 0xc0，即 ommers 字段的值为 0xc0。因此
ommersHash 的值为 0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347
（Keccak256(RLP([]))）。
同时，PoW 中最关键的两个字段 difficulty 和 nonce 也都设置
为零，即 difficulty 的值为 0，nonce 的值为
0x0000000000000000（nonce 类型为uint64，8 bytes）。
汇总起来如下表：
| FIELD | CONSTANT VALUE | COMMENT |
|---|---|---|
ommers |
[]/ 0xc0 |
RPL([]) = 0xc0 |
ommersHash |
0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347 |
= Keccak256(RLP([])) |
difficulty |
0 |
|
nonce |
0x0000000000000000 |
又因为出块由共识层出，所以在 PoW 中用来验证是否具有出块权的
mixHash 字段用来存储上一个出块者选出的这一轮的出块者，
用来证明自己有出块权，并命名为 prevRandao。prevRandao
是根据 slot number 算出来的随机数。具体的可参见：
EIP-4399 及其讨论
EIP-4399: Supplant DIFFICULTY opcode with RANDOM
和 EIP-4788。
注：Ethereum 2.0 中 slot 可对应 1.0 中的 block，但 严格来说 slot 是 block 的超集，因为 slot 可以包含 block， 也可以没有 block。32 Slots = 1 Epoch，这是在为后续的 sharding 做准备。
The Merge 只改动了两个 OPCODE：
-
BLOCKHASH(0x40)：准备弃用，虽然还可以正常执行，但是其安全程度 变得很低，因为不是由 PoW 来算 Hash 了。 -
DIFFICULTY(0x44)：改名为PREVRANDAO，可以用来获取随机数。
因为 PoS 出块时就是由一个质押者（Staker）来出，所以时间 PoW 的更 具有确定性，PoS 每 12s 出一个块，PoW 是平均 13s 出一个块。
同时 PoS 中没有 PoW 的 confirm 状态，而是将区块分为四中：
- head，就是刚出的块，状态为
unfinalized - safe head，出块一段时间后，有超过 2/3 的验证者验证过，状态为
safe - confirmed，由
safe状态转为finalized过渡类型，在被其他的节点 添加到链上 - finalized，有超过 2/3 的验证者将这个区块添加到链上，状态变为
finalized
状态为 finalized 的区块被视为可信任区块，即对应 PoW 中的 confirmed
的区块。
-
Ethereum 2.0 的 token 为 ETH2：错。不论是 PoW 的 Ethereum 和 PoS 的 Ethereum，其 token 都是 ETH，从来都没有 ETH2 的 token，ETHW 也不是 Ethereum 之前的 token，而是有人在 The Merge 时进行分叉，利用大量矿工 手里的显卡。在术语中，eth1 指代的是 Ethereum 中的执行层（execution layer）， eth2 指代的是 Ethereum 中的共识层（consensus layer）。
-
运行一个节点需要质押 32 ETH：错。不质押 ETH 也可以运行一个节点，只是没有出块权。
-
The Merge 降低了 gas fee：错。The Merge 是共识的替换，并没有降低 gas fee。
-
The Merge 提高了 TPS：错。The Merge 后 Ethereum 的 TPS 并没有显著的提高， 出块的速度只是从原来的平均 13s 一个块到每 12s 一个块。提高 TPS 是 sharding 的目标，而不是 The Merge 的目标。
-
The Merge enabled staking withdrawal：错。取消质押需要等 Shanghai Upgrade 后才能操作。The Merge 时 Shanghai Upgrade 还没完成，所以 The Merge 后 不能马上取消质押。
-
验证者不能收到出块奖励直到 Shanghai Upgrade：错。只要出块，就能得到出块奖励。
-
如果可以取消质押，所以的质押者（验证者）会同时取消质押：错。每个 epoch（6.4 mins） 内最多允许 6 个质押者退出，如果退出者过多，会动态调节每个 epoch 的最大退出数，同时 还在质押的人的 APR 提高，以吸引更多的人进行质押。
Sharding，称为分片，即在水平方向拆分数据库，分散数据库的负载，以达到扩容的目的。 Ethereum 2.0 的 sharding 和 Layer 2 一起来分摊负载，这样就可以减少网络拥堵， 提高 Ethereum 的 TPS。
Sharding 的特性可以让运行 Ethereum 节点的门槛降低，让更多的人运行节点，构建 更稳定的共识网络。
Sharding 的实现分两步：
- Data availability
- Code execution
Data availability 是在提高 TPS 的同时，保证之前的数据（即 state）是可用的； Code execution 是在 state 都可用的情况下执行执行智能合约（Smart Contract）， 这一步需要引入 zk-snarks（零知识证明）。
总的来说，这次 Ethereum 的 Merge 并没有完全的升级为 Ethereum 2.0，最多 算是 Ethereum 1.5，毕竟目前 Ethereum 或者说整个区块链都在突破“不可能三角”1， 其中已经有其他的公链走在 Ethereum 前面。但是只能说 Ethereum 在前期积累了 较多的 dapp 和 用户，形成了聚集效应，但是 Ethereum 能否赶在其他新的公链 之前突破这个三角，这个没人能预测。从这次 Merge 来看，我们能知道的是 ETH 的 供应有通缩的趋势，同时 PoW 转为 PoS 变成了有钱的更有钱，没钱的会更没钱，会逐渐 形成两极分化。而且因为 PoS，运行节点的矿工会减少，虽然有机制来保证质押者不会 一次性大量撤出，但是没有质押的人不太会去维护一个节点。
Anyway，去中心化是一种趋势，最终谁能胜出，让我们拭目以待吧。
(reference)=
- The Beacon Chain. https://ethereum.org/en/upgrades/beacon-chain/
- The Merge. https://ethereum.org/en/upgrades/merge/
- How The Merge impacts ETH supply. https://ethereum.org/en/upgrades/merge/issuance/
- Tim Beiko. 2021. How The Merge Impacts Ethereum's Application Layer. https://blog.ethereum.org/2021/11/29/how-the-merge-impacts-app-layer
- Tim Beiko. 2022. Shanghai Planning. ethereum/pm#450
- Wackerow. 2022. SPIN UP YOUR OWN ETHERUM NODE. https://ethereum.org/en/developers/docs/nodes-and-clients/run-a-node/
- Ethereum 2.0 Knowledge Base. https://kb.beaconcha.in/glossary
- EIP4844： https://bicoin8.com/152740.html
- 一文了解以太坊的“扩容杀手锏”danksharding: https://www.defidaonews.com/article/6727438
- V神科普的“Danksharding”到底是什么: https://mp.weixin.qq.com/s/6SaXnZtSHN-pb7rvCm7B9g
- 認識 Danksharding -以太未來擴容的新方案： https://medium.com/taipei-ethereum-meetup/%E7%9E%AD%E8%A7%A3%E7%A5%9E%E7%A7%98%E7%9A%84-zk-starks-ee56a697af76
- beaconcha. https://prater.beaconcha.in/block/3641948
Shanghai Upgrade 需要实现以下的 EIP：
- EIP-1153: Transient storage opcodes
- EIP-2537: Precompile for BLS12-381 curve operations
- EIP-2935: Save historical block hashes in state
- EIP-3651: Warm COINBASE
- EIP-3540: EVM Object Format (EOF) v1 + EIP-3670, EIP-3690, EIP-4200
- EIP-3855: PUSH0 instruction
- EIP-3860: Limit and meter initcode
- EIP-4396: Time-Aware Base Fee Calculation
- EIP-4444: Bound Historical Data in Execution Clients
- EIP-4488: Transaction calldata gas cost reduction with total calldata limit
- Statelessness gas cost changes (Verkle Tree HF1) and the groundwork necessary for it (unhashed state + sync)
Proto-danksharding（又名 EIP-4844）是一个以太坊改进提议（EIP）. EIP-4844 提案是在以太坊 2.0 更新完成之前作为临时解决方案。该提案解释了一种新方法来帮助划分交易中所需的信息，例如验证规则和交易格式，而无需实际实施任何分片. EIP-4844 包括以下内容：
- 一种新的交易类型，是“全分片”所需要的
- 全分片所需的所有执行层逻辑
- 全分片所需的所有执行/共识交叉验证逻辑
- 信标块验证和数据可用性采样 blob 之间的层分离
- 完全分片需要信标块逻辑。
- blob 的自我调整和独立的 gas 价格。
EIP-4844 最重要的特性是 blob，它是一种新型事务。blob 类似于常规事务，但它只携带一个额外的数据——称为 blob。数据片段或 blob 是大型数据包（大约 125 KB），但执行此类事务会比执行具有相同数据的 calldata 更便宜。但是，存储在 blob 中的数据无法被 EVM 访问，它只能看到它，而不能验证它。
这些 blob 可以由验证者和用户下载。proto-danksharding 中插槽的数据带宽限制为 1 MB（而不是 16 MB）。数据传输方式的这种变化产生了巨大的影响，解决了我们在以太坊方面都非常熟悉的可扩展性问题。通过采用 EIP-4844 提案，来自 blob 的这些数据不是普通以太坊交易的 gas 使用量。
为了向前兼容，EIP-4844 还引入了对块中包含的最大 blob 数量的限制。这些存储在共识层（信标节点）上，而不是执行层。它们只需要来自 EVM 的确认。
Danksharding会把以太坊转变为一个统一的结算和数据可用性（DA）层。将结算和数据可用性抽样（data availability sampling）统一起来。
PBS 提议者-构建者（数据生成者）分离 (PBS:proposer/builder separation PBS) Builders（数据生成者）是一种新角色，它会聚合所有以太坊L1交易以及来自rollup的原始数据。使用crList，区块提议者可以强制Builders包含交易。
纠删码(Erasure coding)
DA证明数据层
Celestia 模块化区块链分成三部分：执行、安全性以及数据可用性。
verkel
KZG承诺 https://hackmd.io/yqfI6OPlRZizv9yPaD-8IQ
EIP-4488降低calldata费用。
Footnotes
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区块链不可能三角指的是目前区块链不能同时实现去中心化、可拓展性和安全性。 ↩