新的疆域

ETH 2.0 Phase 0（又稱 “信標鏈”）的主網預計將於今年晚些時候上線。眼下，我們應該思考這樣一個問題：現有網絡可以做些什麼來推動新的系統平滑上線？我們可以想象出一些令人振奮的應用場景，可以（在 ETH 1.0 併入 ETH 2.0 之前）利用兩個網絡之間的互操作性，但是事實表明，如果不能修改 EVM（以太坊虛擬機）來適應 ETH 2.0 系統使用的新密碼學元件，這些應用就將受阻。在此我希望爲這些新的密碼學元件提供概要的說明，並解釋爲什麼將其整合進 EVM 有助於我們在 Eth1 在遷移之前也能利用新系統的功能。

ETH 1.0 少了什麼？

以太坊區塊鏈上的所有數據都是公開的，因此我們必須使用密碼學簽名來確保特定交易反映相關方的訴求。以太坊所使用的簽名方案是以橢圓曲線爲基礎的，使用的是名爲 secp256k1 的曲線 。這條曲線上的點被用於名爲 ECDSA 的 簽名方案 ，爲我們的密碼學簽名賦予我們所期望的屬性。

- https://en.wikipedia.org/wiki/Elliptic_curve_point_multiplication ，該橢圓曲線的屬性提高了 ECDSA 簽名方案的安全性-

儘管基於 secp256k1 的 ECDSA 簽名方案已經經過了多年的使用測試，但是二者的定義標準分別只有 20 和 10 年左右的歷史。ETH 2.0 採用了較爲新穎的構造，利用了密碼學方面的新進展。ETH 2.0 系統中的驗證者（類似 ETH 1.0 的礦工）使用 BLS   簽名方案 ，以另一種名爲 BLS12-381 的 橢圓曲線 爲基礎。（請注意，“BLS” 是縮寫，這三個字母分別來自三位提出者的名字！）ETH 2.0 之所以採用這種新技術，主要是因爲它可以高效地將多個簽名聚合到一個簽名中，直接促進 ETH 2.0 安全性的參與可行性。欲知更多信息，請參見  Carl Beekhuizen 的 文章 ，瞭解 ETH 2.0 中籤名聚合的重要性（編者注：見文末超鏈接《Eth2 Staking 指南 #2》）。

雖然 BLS 簽名對 Eth2 有很多好處，但是我們遇到的問題是，ETH 1.0 本身並不支持這種新的密碼學元件，而且其底層數學邏輯對計算要求很高，致使我們無法在 EVM 中實行 BLS 簽名。幸運的是，我們可以將計算邏輯添加爲 “預編譯” 部分，以此規避 EVM 在性能上的侷限性 —— 通過硬編碼算法讓原生實現在 EVM 解釋器之外被智能合約調用。

如何實現預編譯？

以太坊協議的預編譯部分屬於稀缺資源，因此僅留給社區認爲重要的計算邏輯。此外，預編譯需要通過硬分叉來部署（因爲它們會改變 EVM 的語義），因此協調成本很高。幸運的是，在當前的 EIP-2537 草案中，我們可以看到這些 BLS 預編譯的相關工作正在推進。 EIP-2537 包括對 BLS12-381 曲線運算的預編譯，以及 BLS 算法方案中使用的另一個被稱爲 “映射至曲線（map to curve）” 的高成本操作。如果你深入研究 BLS 算法方案的數學原理，你會發現需要利用某個機制才能將（你想要簽署的）某個消息通過 “映射至曲線” 操作轉化爲橢圓曲線上的點。

預編譯爲我們帶來了什麼？

EIP-2537 預編譯會通過提高保證金合約用戶體驗來幫助 ETH 2.0 上線，併爲在 ETH 1.0 內構建 ETH 2.0 輕客戶端奠定基礎。BLS12-381 曲線本身可用於構建 zk-SNARKs ，連同其他區塊鏈中使用的 BLS 爲實現這些網絡之間的互操作性鋪平道路。

  • 保證金合約用戶體驗

成爲 ETH 2.0 信標鏈驗證者的初始方法是，將 ETH 存入 ETH 1.0 上的智能合約（“保證金合約”）。爲了節省 Gas 費用並最大程度上降低複雜性，保證金合約的主要功能就是爲（在默克爾樹上）的某筆存款提供密碼學承諾，然後這樣一個承諾就能在信標鏈上用作證明。重要的是，確認保證金所需的 BLS 簽名並非在 ETH 1.0 鏈上驗證的。測試網就因爲出現漏洞而導致一系列 BLS 簽名計算錯誤，丟失了一部分測試網 ETH 。爲了在 ETH 1.0 鏈上對 BLS 簽名進行驗證（可以通過 EIP-2537 實現），我們可以編寫一個 “轉發” 智能合約來獲取保證金數據，驗證簽名然後僅將保證金數據發送至保證金合約。這個功能雖然不是保障保證金合約安全性的必備條件，但它 確實能給那些與保證金合約交互的開發者帶來心理上的慰藉。

  • 在 EVM 內構建的 ETH 2.0 輕客戶端

我們認爲，在 ETH 1.0 鏈上構建 ETH 2.0 輕客戶端之前，必須先讓 ETH 1.0 “理解” ETH 2.0 採用的密碼學技術。這樣纔有可能在智能合約中實現類似於 BTCRelay 的輕客戶端。這種輕客戶端一旦實現，將會成爲溝通 ETH 1.0 和 ETH 2.0 網絡 “橋樑” 的支柱，想想還有點小激動呢。通過這個雙向橋樑，ETH 就可以在 ETH 1.0 和 ETH 2.0 網絡之間轉移，ETH 2.0 分片也可以作爲一種具有高度可擴展性的數據層來支撐 ETH 1.0 上的二層架構（例如，optimistic rollups、zk-rollups 等等）。

激動歸激動，不過要注意的是，在 EVM 內構建輕客戶端來作爲一種智能合約（而不是在 ETH 1.0 客戶端層面實現輕客戶端）或許不是讓 ETH 1.0 理解 ETH 2.0 的最佳方法。此外，對 “雙向橋樑” 的最新研究表明，考慮到 ETH 1.0 和 ETH 2.0 網絡的其他安全參數，這種方法並不可行（還不如將 ETH 1.0 的狀態分叉然後放到 ETH 2.0 分片上）。話雖如此，現在打好基礎沒什麼壞處，而且隨着後續研究的推進，ETH 1.0 和 ETH 2.0 的合併策略有可能改變。

  • zk-SNARKs

創建 BLS12-381 曲線的目的是爲了讓 ZCash 能夠使用更加高效的 zk-SNARKs （若想了解更多關於 BLS12-381 曲線的信息，可以查看上文鏈接）。此外，將該曲線添加到 EVM 上能夠讓以太坊驗證這類 SNARKs ，通過零知識證明協議來實現具有隱私性和可擴展性的應用。

  • 其他網絡

一些 “新一代” 區塊鏈（Filecoin、Chia、Cosmos 等等）也打算使用 BLS 簽名方案；賦予 EVM 驗證這些簽名的原生功能，能夠解鎖更多互操作性用例，就像 ETH 1.0 和 ETH 2.0 之間那樣。

宜早不宜遲

EIP-2537 中提議的所有用途都不會阻礙 ETH 2.0 上線。而且，保證金合約的優化方案會帶來很好的效果；我們越早爲互操作性奠定基礎，就能越早開始創建這類應用的原型。該 EIP 有可能會放到接下來的以太坊柏林硬分叉中。如果你也想出一份力的話，可以在你喜歡的客戶端上支持 EIP-2537 的實現 :) 。

感謝 Kobi Gurkan 和  Alex Vlasov 的審閱。

（完）

原文鏈接: https://medium.com/@ralexstokes/what-eth2-needs-from-eth1-over-the-next-six-months-86b01863746

作者:Alex Stokes

翻譯&校對:閔敏 & 阿劍

本文由原作者授權 EthFans 翻譯及再出版。

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