什么是 Ethereum 的 Beacon Chain？

与以太坊主网不同，信标链不处理交易或智能合约。相反，它通过管理质押者（验证权益证明区块的节点）和分片链（主网络拆分出的链）来协调整个以太坊网络。

信标链一直是以太坊创始人 Vitalik Buterin 对区块链愿景的一部分。

信标链有哪些特性？

我们将深入探讨信标链的关键特性，它是以太坊 2.0 的重要组成部分。

什么是权益证明（PoS）？

首先，信标链为区块链网络中的计算机验证交易引入了权益证明（PoS）共识机制。

以太坊此前使用的是工作量证明（PoW），该机制依赖消耗大量能源来保障网络安全。

权益证明依靠资本来保障网络安全，由验证者（而非矿工）根据其表现获得奖励或惩罚。

分片链简介

以太坊路线图曾计划让 64 条“分片链”并行运行，以扩展网络的吞吐量。

此后，社区已将扩容的重心转向以 layer-2 为中心的路线图。

向权益证明的过渡

我们将讨论以太坊从工作量证明向权益证明的重大转变，这一转变将对能源效率和可扩展性产生深远影响。

理解权益证明（相对于工作量证明）

现在，让我们深入了解 PoS 为何成为共识机制的首选。简单来说，共识机制使区块链网络中的计算机能够就哪些交易有效达成一致。

在 PoW 中，所有参与的“矿工”竞相解决一道复杂的数学问题，以验证新交易、更新区块链并获得奖励。尽管 PoW 已被证明安全可靠，但其能源密集的过程使其日益不切实际。

相比之下，PoS 通过半随机（详见下文）的方式，每次仅选出少数“验证者”来验证下一个区块中的交易并向区块链提议该区块，从而解决了这一问题。这一过程称为区块的“铸造（minting）”，与 PoW 中的“挖矿（mining）”相对应。

由于同一时间参与竞争的人数减少了 99% 以上，PoS 大幅降低了铸造新区块所需的计算能力和能源消耗。

如何成为验证者？

要成为验证者，节点需要向以太坊网络存入一定数量的 ETH。这一过程称为“质押（staking）”，类似于抵押品或保证金。对于该升级，需要在以太坊主链上质押至少 32 个 ETH 才能运行一个验证者节点。

质押数量的多少以线性方式决定验证者被选中进行铸造的概率。举例来说，如果 Alice 质押了 320 个 ETH（哇！），Bob 质押了 32 个 ETH，那么 Alice 的节点被选中铸造下一个区块的概率将是 Bob 的 10 倍。因此，选择过程并非完全随机。

当某个验证者被选中验证下一个区块时，它会首先验证该区块中的所有交易是否有效。确认无误后，验证者会将该区块写入区块链，从而改变区块链的状态。

随后，这一信息会由至少 128 名其他验证者组成的“委员会”通过一个称为验证（attestation）的过程加以确认。如果该区块通过验证，最初被选中的验证者将获得质押奖励，该奖励由所验证交易相关的手续费构成。

如何确保验证者诚实行事？

信任质押者能够作为诚实的验证者行事，对 PoS 的成功运行至关重要，为此有多种机制加以保障。

首先，如果验证者批准了欺诈性交易，他们将损失部分质押金，即被“罚没（slashed）”。

这也是质押金额如此之高（32 个 ETH）的部分原因。只要质押金始终高于质押奖励，质押者就没有经济动机成为不诚实的节点，因为他们将损失的钱远多于可能获得的收益。

此外，如果某个节点希望退出验证者角色，需要等待约 25 分钟的延迟期，之后才能提取其质押金和质押奖励。在此锁定期内，如果网络发现该验证者批准了欺诈性区块，仍可能对其进行罚没。

以太坊基金会团队确实从各个方面充分考虑了如何让验证者对自己的行为负责！

PoS：区块链是否会因此更安全、更去中心化？

PoW 的另一个缺点是它助长了矿池的形成。矿工们联合起来，汇聚计算能力以提高解出哈希值的概率，随后奖励会在矿池所有成员之间平均分配。

这也为不良行为者创造了条件，使其可以汇聚多个矿池，掌控超过网络总算力 51% 的份额。这种被称为“51% 攻击”的区块链中心化现象，可能使这些矿池为自身利益批准欺诈性交易。

中心化违背了区块链最根本的原则，而 PoS 解决了这一问题。具体是如何做到的呢？

PoS 并不依赖挖矿设备汇聚而成的计算能力，而是根据验证者质押数量的多少来选择验证者。因此，若要在 PoS 中发起 51% 攻击，攻击者需要获取所有质押代币总量的 51% 以上，这将带来极高的成本，甚至可能耗资高达数千亿美元（取决于该代币的价值），因而在实践中几乎不可行。

此外，矿池还享有规模经济带来的优势。在 PoW 下，新增一名矿工可能带来的收益，高于将其加入大型矿池所需付出的成本。因此，这本质上使富者愈富。

相比之下，质押并成为验证者要比挖矿容易得多，因为人们无需先购买昂贵的挖矿设备。因此，以太坊基金会团队希望这能鼓励更多人参与到网络中来，从而使网络随着时间推移变得更加去中心化，也更能抵御 51% 攻击。

合并（The Merge）——我们现在处于什么阶段，接下来会怎样？

以太坊已于 2022 年 9 月成功完成合并（The Merge）。接下来是 proto-danksharding，然后是完整的 danksharding，这将把主网优化为一个基础层，供其他区块链在其上构建。

这是实现以太坊可扩展性、安全性与可持续性愿景的重要且令人振奋的一步，不仅将惠及网络用户，也将为区块链领域创造一个更加绿色的未来。