什麼是 Ethereum beacon chain？

與 Ethereum 主網不同，Beacon Chain 並不處理交易或智能合約。它的作用是協調整個 Ethereum 網路，管理其質押者（負責驗證 proof of stake 區塊）以及分片鏈（主網路拆分出來的鏈）。

Beacon Chain 一直是 Ethereum 創辦人 Vitalik Buterin 對這條區塊鏈願景的一部分。

Beacon chain 有哪些特色？

我們將深入探討 Beacon Chain 的關鍵特性，這是 Ethereum 2.0 的重要組成部分。

什麼是 proof-of-stake（PoS）？

首先，Beacon Chain 引入了 Proof-of-Stake（PoS）共識機制，讓區塊鏈網路中的電腦得以驗證交易。

Ethereum 先前使用的是 Proof-of-Work（PoW），這種機制依靠大量能源消耗來確保網路安全。

Proof-of-Stake 則依靠資本來確保網路安全，由驗證者（取代礦工）根據其表現獲得獎勵或懲罰。

分片鏈簡介

Ethereum 路線圖曾經規劃讓 64 條「分片鏈」平行運作，藉此擴展網路的處理量。

此後，社群已將重心轉移到以 layer-2 為核心的擴展路線圖上。

轉向 proof of stake

我們將討論 Ethereum 從 Proof of Work 轉向 Proof of Stake 的重大變革，這項轉變對能源效率與可擴展性都將帶來深遠影響。

理解 proof of stake（相較於 proof of work）

現在，讓我們深入了解為何 PoS 成為共識機制的優先選擇。簡單來說，共識機制讓區塊鏈網路中的電腦能就哪些交易有效達成一致。

在 PoW 中，所有參與的「礦工」會競相解出複雜的數學問題，藉此驗證新交易、更新區塊鏈並獲得獎勵。儘管 PoW 已經過驗證且安全，但由於其耗能過程，實用性正日漸降低。

相比之下，PoS 的解法是每次只半隨機（詳見下文）選出少數「驗證者」，讓他們驗證下一個區塊中的交易，並將該區塊提交至區塊鏈。這個過程稱為「鑄造」區塊，以區別於 PoW 中的「挖礦」。

由於同一時間參與競爭的人數減少了 99% 以上，PoS 大幅降低了鑄造新區塊所需的運算能力與能源消耗。

如何成為驗證者？

要成為驗證者，節點需要在 Ethereum 網路中存入一定數量的 ETH。這個過程稱為「質押」，類似於抵押品或保證金。要參與升級，必須在 Ethereum 主鏈上質押至少 32 顆 ETH 才能運行驗證者節點。

質押數量的多寡以線性方式決定該驗證者被選中鑄造區塊的機率。例如，若 Alice 質押了 320 顆 ETH（哇！），而 Bob 質押了 32 顆 ETH，那麼 Alice 的節點被選中鑄造下一個區塊的機率會是 Bob 的 10 倍。因此，這個選擇過程並非完全隨機。

當某個驗證者被選中驗證下一個區塊時，他們首先會驗證區塊中的所有交易是否有效。確認無誤後，該驗證者會將該區塊寫入區塊鏈，藉此改變區塊鏈的狀態。

接著，這項資訊會由一個至少包含 128 名其他驗證者組成的「委員會」進行確認，此過程稱為認證（attestation）。若區塊通過驗證，最初被選中的驗證者將獲得質押獎勵，其獎勵來自於該區塊中已驗證交易所產生的手續費。

如何確保驗證者誠實行事？

要讓 PoS 順利運作，關鍵在於信任質押者會以誠實驗證者的身分行事，而這是透過多種方式來達成的。

首先，若驗證者核准了詐欺性的交易，他們將失去部分質押金，也就是被「削減」（slashed）。

這也是質押金額如此之高（32 顆 ETH）的部分原因。只要質押金額始終高於質押獎勵，質押者便沒有經濟誘因去成為不誠實的節點，因為他們可能損失的金額會超過潛在收益。

此外，若某個節點希望退出驗證者角色，需要等待大約 25 分鐘的延遲期，之後其質押金與質押獎勵才能提領。在這段鎖定期間內，若網路發現該驗證者曾核准詐欺性區塊，其質押金仍可能被削減。

Ethereum Foundation 團隊在各方面都對驗證者的問責機制考慮得相當周全！

PoS：更安全、更去中心化的區塊鏈？

PoW 的另一個缺點是它助長了礦池的形成。礦工們聯合起來，集中運算能力以提高解出雜湊值的機率，事後再將獎勵平均分配給礦池內的所有人。

這也讓惡意行為者有機可乘，透過聚集礦池來掌控超過網路總雜湊算力的 51%。這種被稱為 51% 攻擊的區塊鏈中心化現象，可能讓這些礦池為了自身利益核准詐欺性交易。

中心化違背了區塊鏈最根本的原則，而 PoS 解決了這個問題。方法是什麼？

PoS 並非依靠挖礦設備所聚集的運算能力，而是根據質押數量來選擇驗證者。因此，要在 PoS 中發動 51% 攻擊，需要取得超過所有質押代幣的 51%，這使得攻擊成本極高且不切實際，視代幣價值而定，可能需要花費高達數千億美元。

此外，礦池同時也享有規模經濟的優勢。在 PoW 中，一名礦工額外投入所能產生的潛在收益，會高於將其加入大型礦池的成本，因此這實質上讓富者愈富。

相較之下，質押並成為驗證者比挖礦要容易得多，因為人們不需要一開始就購買昂貴的挖礦設備。因此，Ethereum Foundation 團隊希望這能鼓勵更多人參與網路，隨著時間推移，使網路變得更加去中心化，也更能抵禦 51% 攻擊。

The merge——我們走到哪了？接下來又是什麼？

Ethereum 已於 2022 年 9 月成功完成 The Merge。接下來將是 proto-danksharding，之後則是完整的 danksharding，這將把主網優化為一個基礎層，供其他區塊鏈在其上建構。

這是實現 Ethereum 可擴展性、安全性與永續性願景的重要一步，不僅將造福網路使用者，也將為區塊鏈領域打造更加環保的未來。