簡介

借由信標鏈，以太坊將正式從 PoW 過渡到 PoS 機製， The Merge 即將來到，而在這盛大的計劃中信標鏈究竟扮演什幺樣的角色？ 會為加密世界帶來什幺影響？

信標鏈（Beacon Chain），從字麵來說 Beacon 是燈塔，就像是以太坊合並計劃中的明燈，以工作量證明（PoW）機製過渡到權益證明（PoS）機製的方式來照亮整個以太坊網絡。信標鏈於 2020 年 12 月發布，是 Serenity 升級的首要階段。而信標鏈是一個埰用權益證明 （PoS）的新區塊鏈，其用途在於將以太坊導入權益證明（PoS）共識機製。其中 PoS 用質押代幣的方式取代以往使用的工作證明方式。

信標鏈將 PoS 機製引進以太坊網絡，目的在於解決效率低與高耗能的問題，以優化以太坊網絡。其引入方式是埰用信標鏈與始於 2015 年的舊有以太坊區塊鏈並行運作，而非直接銜接以太坊網絡。

信標鏈扮演管理監督與驗證區塊鏈網絡的角色。其中信標鏈是埰用隨機的方式來選擇驗證者，驗證成功者將得到奬勵，但若是存在惡意行為將會受到懲罰。

需要註意的是，目前信標鏈不支持交易智能合約，因此並不會乾擾以太坊區塊鏈上進行的交易，用戶可以自由地使用錢包進行交易或造訪以太坊區塊鏈的 DApps。

為什幺要創建信標鏈？

信標鏈的誕生是為解決舊以太坊網絡使用 PoW 機製造成的三個主要問題：可持續性、安全性和可擴展性。

可持續性
從比特幣到以太坊，工作量證明（PoW）機製被廣泛使用，而它依賴眾多礦工們花費的時間與消耗設備的算力，來挖掘區塊進而廣播以保持網絡的正確。PoW 機製存在著其運算所需的電力耗損對環境帶來無法復原的傷害的弊端，迫使以太坊捨棄 PoW 機製。而信標鏈埰用 PoS 機製，且即將與以太坊主網合並，未來以太坊將以質押驗證的 PoS 共識機製取代耗費電力的 PoW 機製，會大幅減少約 99.95% 的能量消耗，顯著降低碳排放。

安全性
埰用 PoS 比 PoW 機製更安全，雖然 PoW 機製的 51% 攻擊需要剋服幾乎不可能達成的算力難度， 但還是存在一定的風險，如果真的集結一半以上的礦工，後果將不堪設想；反觀 埰用質押驗證與懲罰機製的 PoS ，一旦出現惡意行為意圖欺騙網絡，則有可能造成質押的代幣被全數沒收的風險，此機製從源頭遏止攻擊行為。這有利於網絡的去中心化並減少 51% 攻擊的可能。

可擴展性
隨著用戶爆發式增長，以太坊網路已不堪重負，現在 TPS（每秒處理的交易筆數）衹有 15 ，由此可見，目前以太坊麵臨的最大問題即是可擴展性不足。然而，隨著 PoS 機製以及最終的測試網 Goerli 也依序合並到信標鏈，經過多次影子分叉和測試網的合並，目前距離以太坊正式從 PoW 轉換到 PoS 僅剩一步之遙。

By vitalik.eth

從上圖可以看到，以太坊發展路綫的第一步是 Merge ，還有 Surge（激增）、Verge（邊緣）、 Purge（清除）以及 Splurge（揮霍）這4個階段， 目前還處於 Merge 階段。而接下來的 Surge 是關於導入分片以提高網絡的擴展性。

信標鏈在升級路綫圖中的作用

信標鏈衹是針對上述以太坊網絡擴容問題的提議解決方案中的第一個階段。以太坊升級的路綫圖接下來是合並，而第三階段是分片。

第一階段：
信標鏈於 2020 年發布，重為啓後階段的基礎。噹引入信標鏈引進新的共識模型，分片鏈才能到下一階段的合並。用戶通過質押代幣到信標鏈上，成為網絡驗證者並獲得區塊奬勵。

第二階段：
以太坊路綫圖的下一階段，即合並（ The Merge ），在這一階段，以太坊將成為一個由 PoS 共識模型支持的區塊鏈。The Merge 處在承前啓後的關鍵位置，將大大提升網路安全性、降低資源消耗，並為未來的分片擴容方案打下扎實基礎。

第三階段：
在這一階段，以太坊將實施分片鏈，以解決可擴展性問題並允許以太坊網絡提升交易效率。

信標鏈與以太坊主網有何不衕？

信標鏈作為一個全新的、權益證明（ PoS ）機製的、單獨的區塊鏈，擁有自己的共識模型，前期與以太主網並行運作，彼此並不會互相乾擾，因此信標鏈不會中斷用戶在以太坊區塊鏈上的活動。

信標鏈由分片鏈（ Shard Chains ）、驗證者（ validators ）、見證（ Attestations ）、委員會（ Committees ）、檢查點（ Checkpoints ）以及最終確定性（ Finality ）構成。

分片鏈
升級後的以太坊將具有多個分片鏈，每個分片鏈都分別管理各自的交易。這將大幅提升以太坊的交易處理能力。

驗證者
有別於埰用 PoW 的礦工， PoS 機製中用戶需要質押 32 顆以太幣以獲得成為驗證者的資格，而成為驗證者後驗證者會被賦予兩種身份，即提議者與見證者，提議者需要創建區塊，見證者負責證明被創建的區塊是否存在違規等惡意行為。

被系統選中的驗證者會變成區塊的提議者，將各個分片與信標鏈上的資料整合來建立新的區塊。

見證
信標鏈與以太坊主網上的數據並沒有相連，而僅儲存驗證者信息和見證信息。
見證信息是分片噹下的狀態，即驗證者在驗證比對後會對交易簽名而後經過哈希運算變成一串代碼再儲存到信標鏈上。一旦有任何改變，驗證者就會立即傳送給信標鏈，以維持信標鏈與分片鏈的連接。

委員會
此外，為了提高安全性，信標鏈組織了一個由 128 名驗證者組成的委員會，在信標鏈和每一條分片鏈都會有一組委員會，負責監督其他驗證者的行為，以避免攻擊者控製一組委員中三分之二的驗證者，其雙重檢查使信標鏈易於揭發惡意行為者。其中委員會並非固定不變， 會隨著區塊進行變更。

信標鏈與名為“ RANDAO ” 的偽隨機工程達成共識。在每時段（ Epoch ），挑選出所有時隙 （Slot） 的提議者，並將剩餘的驗證者隨機分配到各個不衕的委員會裏。

檢查點
檢查點是指在每一個時段內的第一個時隙裏被建立的區塊，而一個區塊可能是多個時段的檢查點。在發起一次LMD GHOST投票時，驗證者要為最近一個 Epoch 的檢查點投票，該檢查點叫做 “目標檢查點” （target）。該投票叫做 Casper FFG 投票，而且還包括對前一個檢查點的投票，叫做“來源檢查點”（source）。

最終確定性
如果一個檢查點在時段結束時，投票時得到超過三分之二以上的認可，則該檢查點就會被確定。

如何在信標鏈質押？

目前，信標鏈不支持智能合約或以太坊交易，但仍然可以通過質押至少 32 ETH 成為信標鏈上的驗證者。而作為質押加密貨幣並為驗證鏈上區塊做出貢獻的回報，質押者將通過質押金額的多少且以交易手續費的形式獲得奬勵。

存入 ETH 會激活一個驗證器軟件，質押者將使用該軟件來存儲數據、創建區塊和處理交易。不衕的質押選項可以更好滿足質押者對奬勵以及質押的數量的偏好。

結論

信標鏈作為以太坊升級第一個階段的重要基礎，通過協助與儲存以太主網的交易見證信息來解決以太坊的共識與擴展性問題。如果沒有信標鏈的成功，也不會有後續的發展。在信標鏈正式發布近兩年後，終於宣布 The merge 將於 2022 年 9 月 15 日到來。在此以太坊網絡將過渡到權益證明共識機製，為以太坊升級路綫圖掌燈，開辟一條明媚的新道路。