以太坊 2.0 上线后，波卡就凉了？| ETH 2.0 vs Polkadot
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以太坊 2.0 的升级一直备受关注，以太坊计划在 2022 年第二季度由工作量证明（PoW）转向权益证明（PoS），最近对升级路线也做出了调整。
一些言论认为，以太坊成功升级至 2.0 后将完全解决以太坊的现存问题，届时 Polkadot 将再无翻身机会。那么事实是这样的吗？
以太坊 2.0 和 Polkadot 确实有一些相似性，如都采用了分片技术，都采用了 PoS 共识，都随机分配验证人等等。本文将结合以太坊最新的升级路线图，比较以太坊 2.0 和 Polkadot 的异同，和各自的开发进度。
“注：从去年年底开始，以太坊基金会表示将停止使用 “以太坊 2.0” 这个术语，转而以 “共识层” 和 “执行层” 分别表示以太坊 2.0 和现有的以太坊主网。但为了方便大家理解，在本文中我们仍然沿用 “以太坊 2.0” 这个称呼。
1、设计目标
在开始具体的对比之前，我们先来了解以太坊和 Polkadot 的设计目标，这可能也是两者最大的区别。
以太坊旨在成为智能合约执行的平台。以太坊的创新性毋庸置疑，它开创了应用型区块链这个新赛道。但以太坊的局限也很快凸显了出来——网络拥堵、节点运营昂贵、PoW 消耗大量能源等。从 2014 年以来，以太坊社区就一直在寻求解决这些问题的方法，并踏上了旷日持久的升级之路。
因此，以太坊 2.0 还是一个智能合约平台，只是会变得更可扩展、更安全、更可持续。
而 Polkadot 的目标是成为第零层（Layer 0）区块链，帮助大家创建区块链，为这些区块链提供共享的安全性，让它们彼此之间可以方便地跨链交互。
2、分片方式
以太坊 2.0 和 Polkadot 都选择了分片来提升可扩展性。区别在于状态转换函数上，状态转换函数是管理区块链如何改变每个区块状态的规则。
以太坊 2.0 的主链叫做 “信标链”，每个分片都是一条具有 eWasm 接口的链，一共有 64 个分片。每个分片都具有相同的状态转换函数，该状态转换函数提供了智能合约执行的接口。合约存在于单个分片上（并且可以在分片之间发送异步消息），因此可以通过并行执行分片来进行扩展。
不过，以太坊的分片还在概念阶段，社区仍在讨论未来的分片方案。在以太坊官网的最新版本中提到，或许会考虑将分片链只作为数据层，只向网络提供额外的数据，而不处理交易或智能合约，或者仅有一部分的分片处理合约。
在 Polkadot 网络中，主链叫做 “中继链”，分片叫做 “平行链”，每条中继链预计可以支持 100 条平行链。最重要的区别在于，Polkadot 使用 Wasm 作为元协议，因此平行链不会受限于像 eWasm 这样的单一接口，而是可以定义自己的逻辑和接口，只需把自身的状态转换函数提供给中继链验证人来执行即可。也就是说，平行链的开发者享有自由，去定义自己的链如何改变状态的规则，你可以用任何你喜欢的语言来编写任何计算机程序，只要能够编译为 WebAssembly 就行。应用可以存在于某个平行链内，也可以跨平行链部署。
总的来说，以太坊 2.0 的分片是让原有的以太坊模型变得更具扩展性，可以处理更多的智能合约交易。而 Polkadot 的分片并不局限于智能合约，每条平行链可以做成完全不一样的链，比如一条平行链可以是类似以太坊的智能合约链，另一条平行链可以是专为 DeFi 应用打造的链，另一条平行链可以专注于 NFT。
举个可能不太恰当的例子，以太坊 2.0 的分片是工作任务太多了，一个员工干不完，那么就分给 N 个实习生去干，但是能干的活还是那些。Polkadot 的分片是有不同的业务部门，比如有销售部、市场部、技术部，每个部门各自负责自己擅长的业务。
3、共识机制
以太坊 2.0 和 Polkadot 都使用混合共识模型，也就是用不同的协议分管出块和区块终结（fanality）。而且两者的出块协议都将验证人随机分配，终结协议都可以在一轮中终结一批区块。
两者的区别主要在于区块终结时间和每个分片所需的验证人数量。
以太坊 2.0 的终结协议 Casper FFG 基于时间周期（epoch）来终结区块，每 6 分钟（最长 12 分钟）终结一批区块。相比之下，Polkadot 的终结协议 GRANDPA 是基于可用性来终结区块的，一批区块的预计终结时间在 12-60 秒。
以太坊 2.0 的每个分片需要大量的验证人来提供有效性保障。Polkadot 通过给系统中的所有验证人分配纠删码来克服了这个问题，这让任何人都可以重构某个平行链区块并检验其有效性，从而让 Polkadot 可以用每个分片更少的验证人来提供强大的有效性保障。
4、Staking 机制
以太坊 2.0 采用权益证明（PoS）机制，每轮验证周期（epoch）打包 32 个区块。验证人每个 epoch（预计 6.5 分钟）获得一次奖励。信标链随机将验证人分到多个委员会（commitee）中，并且在验证过程中分配给特定的分片区块。为了提供有效性保障，ETH 2.0 需要大量的验证人。为了正常运行网络，每个分片至少需要 256 个验证人，才能在一个 epoch 中完成所有分片的终结工作，那么 64 个分片就需要 26384 个验证人。
Polkadot 则采用提名权益证明（NPoS）机制，也就是让部分持有者（提名人）通过质押来提名验证人，从而不用自己运行验证人也能分享区块奖励。使用 NPoS 机制，让 Polkadot 的验证人可以更少，每条平行链大约只需要 10 个验证人，那么 100 条平行链就只需要 1000 个验证人。虽然目前还没有 100 条平行链，但是 Polkadot 已经早早推出了 “1000 个验证人” 计划，来帮助提高节点的去中心化程度。
5、治理
以太坊 2.0 仍然没有解决治理问题。目前以太坊主要依靠链下治理，比如 Github 讨论，开发者会议，Ethereum Magicians 论坛讨论等。
Polkadot 采用链上治理机制。提出议案的渠道有多种，例如链上议会、技术委员会或者公众。所有的议案都需要通过公众投票才能执行，投票掌握在 token 持有人手中。投票通过后的议案会在链上自主执行。从链上国库的资金如何分配，到修改链的底层代码，都是经过链上治理流程来决定和执行的。
6、升级方式
以太坊 2.0 的升级方式还是靠常规的硬分叉，要求验证人升级其节点来实现协议更改。
Polkadot 使用 Wasm 元协议，无需硬分叉就可以进行链的升级。
7、进展
以太坊 2.0 升级是一个分阶段进行的宏大的工程，原计划是在 2022 年完成升级。最近以太坊更新了升级路线，考虑到 “Rollups 等二层网络解决方案已经一定程度缓解了可扩展性问题”，以太坊将分片的优先级下调，先专注于从 PoW 到 PoS 的转变。最新的以太坊升级路线包括三个阶段：
信标链：信标链为以太坊增添了 staking，并为未来的升级打下基础。信标链已经在 2020 年 12 月 1 日上线。
合并：将现有的以太坊主网和信标链合并，将以太坊从 PoW 网络转变为 PoS 网络。该阶段预计在 2022 年完成。
分片链：分片链将提高以太坊的交易处理和数据储存能力。预计在 2023 年完成。
Polkadot 在 2020 年 5 月上线了中继链，2021 年 12 月上线了平行链。Polkadot 已经完成了核心功能的上线，接下来的重点是平行链的持续上线，以及跨链消息传递协议的升级和添加平行线程等功能。
截止发文，Polkadot 上运行了 14 条平行链，其先行网络 Kusama 上运行着 29 条平行链，并且在持续增加。
可以看出，虽然以太坊 2.0 和 Polkadot 有些许相似之处，两个项目开始的时间也相差无几，但是 Polkadot 的进度毫无疑问是超前了不少的，至于具体多少，就要看以太坊 2.0 到底什么时候能上线了。
总结
| 以太坊 2.0 | Polkadot | |
|---|---|---|
| 设计目标 | 智能合约平台 | 支撑平行链的 Layer 0 区块链 |
| 分片 | 同构分片 | 异构分片 |
| 共识 | Casper/RandDAO/LMD | BABE/GRANDPA |
| Staking | PoS | NPoS |
| 治理 | 链下 | 链上 |
| 升级方式 | 硬分叉 | 无需分叉 |
| 进展 | 预计在 2023 年完成 | 已上线 |
参考资料：
https://ethereum.org/en/upgrades/
https://wiki.polkadot.network/docs/learn-comparisons-ethereum-2
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