什么是信标链（Beacon Chain）？它和以太坊主网到底有什么不同
简介
借由信标链，以太坊将正式从 PoW 过渡到 PoS 机制， The Merge 即将来到，而在这盛大的计划中信标链究竟扮演什么样的角色？ 会为加密世界带来什么影响？
信标链（Beacon Chain），从字面来说 Beacon 是灯塔，就像是以太坊合并计划中的明灯，以工作量证明（PoW）机制过渡到权益证明（PoS）机制的方式来照亮整个以太坊网络。信标链于 2020 年 12 月发布，是 Serenity 升级的首要阶段。而信标链是一个采用权益证明 （PoS）的新区块链，其用途在于将以太坊导入权益证明（PoS）共识机制。其中 PoS 用质押代币的方式取代以往使用的工作证明方式。
信标链将 PoS 机制引进以太坊网络，目的在于解决效率低与高耗能的问题，以优化以太坊网络。其引入方式是采用信标链与始于 2015 年的旧有以太坊区块链并行运作，而非直接衔接以太坊网络。
信标链扮演管理监督与验证区块链网络的角色。其中信标链是采用随机的方式来选择验证者，验证成功者将得到奖励，但若是存在恶意行为将会受到惩罚。
需要注意的是，目前信标链不支持交易智能合约，因此并不会干扰以太坊区块链上进行的交易，用户可以自由地使用钱包进行交易或造访以太坊区块链的 DApps。
为什么要创建信标链？
信标链的诞生是为解决旧以太坊网络使用 PoW 机制造成的三个主要问题：可持续性、安全性和可扩展性。
可持续性从比特币到以太坊，工作量证明（PoW）机制被广泛使用，而它依赖众多矿工们花费的时间与消耗设备的算力，来挖掘区块进而广播以保持网络的正确。PoW 机制存在着其运算所需的电力耗损对环境带来无法复原的伤害的弊端，迫使以太坊舍弃 PoW 机制。而信标链采用 PoS 机制，且即将与以太坊主网合并，未来以太坊将以质押验证的 PoS 共识机制取代耗费电力的 PoW 机制，会大幅减少约 99.95% 的能量消耗，显着降低碳排放。
安全性采用 PoS 比 PoW 机制更安全，虽然 PoW 机制的 51% 攻击需要克服几乎不可能达成的算力难度， 但还是存在一定的风险，如果真的集结一半以上的矿工，后果将不堪设想；反观 采用质押验证与惩罚机制的 PoS ，一旦出现恶意行为意图欺骗网络，则有可能造成质押的代币被全数没收的风险，此机制从源头遏止攻击行为。这有利于网络的去中心化并减少 51% 攻击的可能。
可扩展性随着用户爆发式增长，以太坊网络已不堪重负，现在 TPS（每秒处理的交易笔数）只有 15 ，由此可见，目前以太坊面临的最大问题即是可扩展性不足。然而，随着 PoS 机制以及最终的测试网 Goerli 也依序合并到信标链，经过多次影子分叉和测试网的合并，目前距离以太坊正式从 PoW 转换到 PoS 仅剩一步之遥。
By vitalik.eth
从上图可以看到，以太坊发展路线的第一步是 Merge ，还有 Surge（激增）、Verge（边缘）、 Purge（清除）以及 Splurge（挥霍）这4个阶段， 目前还处于 Merge 阶段。而接下来的 Surge 是关于导入分片以提高网络的扩展性。
信标链在升级路线图中的作用
信标链只是针对上述以太坊网络扩容问题的提议解决方案中的第一个阶段。以太坊升级的路线图接下来是合并，而第三阶段是分片。
第一阶段：
信标链于 2020 年发布，重为启后阶段的基础。当引入信标链引进新的共识模型，分片链才能到下一阶段的合并。用户通过质押代币到信标链上，成为网络验证者并获得区块奖励。
第二阶段：
以太坊路线图的下一阶段，即合并（ The Merge ），在这一阶段，以太坊将成为一个由 PoS 共识模型支持的区块链。The Merge 处在承前启后的关键位置，将大大提升网络安全性、降低资源消耗，并为未来的分片扩容方案打下扎实基础。
第三阶段：
在这一阶段，以太坊将实施分片链，以解决可扩展性问题并允许以太坊网络提升交易效率。
信标链与以太坊主网有何不同？
信标链作为一个全新的、权益证明（ PoS ）机制的、单独的区块链，拥有自己的共识模型，前期与以太主网并行运作，彼此并不会互相干扰，因此信标链不会中断用户在以太坊区块链上的活动。
信标链由分片链（ Shard Chains ）、验证者（ validators ）、见证（ Attestations ）、委员会（ Committees ）、检查点（ Checkpoints ）以及最终确定性（ Finality ）构成。
分片链
升级后的以太坊将具有多个分片链，每个分片链都分别管理各自的交易。这将大幅提升以太坊的交易处理能力。
验证者
有别于采用 PoW 的矿工， PoS 机制中用户需要质押 32 颗以太币以获得成为验证者的资格，而成为验证者后验证者会被赋予两种身份，即提议者与见证者，提议者需要创建区块，见证者负责证明被创建的区块是否存在违规等恶意行为。
被系统选中的验证者会变成区块的提议者，将各个分片与信标链上的资料集成来创建新的区块。
见证
信标链与以太坊主网上的数据并没有相连，而仅储存验证者信息和见证信息。
见证信息是分片当下的状态，即验证者在验证比对后会对交易签名而后经过哈希运算变成一串代码再储存到信标链上。一旦有任何改变，验证者就会立即传送给信标链，以维持信标链与分片链的连接。
委员会
此外，为了提高安全性，信标链组织了一个由 128 名验证者组成的委员会，在信标链和每一条分片链都会有一组委员会，负责监督其他验证者的行为，以避免攻击者控制一组委员中三分之二的验证者，其双重检查使信标链易于揭发恶意行为者。其中委员会并非固定不变， 会随着区块进行变更。
信标链与名为“ RANDAO ” 的伪随机工程达成共识。在每时段（ Epoch ），挑选出所有时隙 （Slot） 的提议者，并将剩余的验证者随机分配到各个不同的委员会里。
检查点
检查点是指在每一个时段内的第一个时隙里被创建的区块，而一个区块可能是多个时段的检查点。在发起一次LMD GHOST投票时，验证者要为最近一个 Epoch 的检查点投票，该检查点叫做 “目标检查点” （target）。该投票叫做 Casper FFG 投票，而且还包括对前一个检查点的投票，叫做“来源检查点”（source）。
最终确定性
如果一个检查点在时段结束时，投票时得到超过三分之二以上的认可，则该检查点就会被确定。
如何在信标链质押？
目前，信标链不支持智能合约或以太坊交易，但仍然可以通过质押至少 32 ETH 成为信标链上的验证者。而作为质押加密货币并为验证链上区块做出贡献的回报，质押者将通过质押金额的多少且以交易手续费的形式获得奖励。
存入 ETH 会激活一个验证器软件，质押者将使用该软件来存储数据、创建区块和处理交易。不同的质押选项可以更好满足质押者对奖励以及质押的数量的偏好。
结论
信标链作为以太坊升级第一个阶段的重要基础，通过协助与储存以太主网的交易见证信息解决了以太坊的共识与扩展性问题。如果没有信标链的成功，也不会有后续的发展。在信标链正式发布近两年后，以太坊历史性的“合并”（The Merge）已于 2022 年 9 月 15 日圆满完成。自那时起，以太坊网络已成功过渡到权益证明（PoS）共识机制，为以太坊后续的模块化升级路线图（如已落地的坎昆升级及后续扩容）掌灯，开辟了一条明媚的发展道路。
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