以太坊的使命是成為一個分佈式的世界級計算機，取代傳統的服務器集群。我們可以把它想像成一台全世界都可以使用的計算設備，並且是不能被停止與關閉的。這篇文章是以太坊路線圖的初學者入門指南，解釋在技術上如何工作的。

如果以太坊是一台計算機，那麼每次這些更新都可以看作是一次操作系統（OS）的升級，類似Google的安卓系統升級或蘋果的iOS系列，而以太坊則將分四個階段發佈它的版本。

這四個階段以太坊都會增加新功能，並提高平台的用戶友好度和系統安全性，同時也會提高以太坊的擴展性。

第一階段，邊境（Frontier ）（2015年7月）：以太坊的第一次版本發佈，允許開發人員對以太坊進行挖礦，並基於以太坊進行dAPP與工具軟件的開發。

第二階段，家園（Homestead）（2016年3月）：發佈了第一個生產環境版本，對許多協議進行了優化改進，為之後的升級奠定了基礎，並且加快了交易速度。

第三階段，大都會（Metropolis）（2017年10月）：第三階段分為兩個版本，分別命名為拜占庭（2017年10月）和君士坦丁堡（時間待定，預計2018年），將會使得以太坊更輕量、更快速、更安全。

第四階段，寧靜（Serenity）（時間待定）：這個版本將會使用期待已久的持有量證明（PoS），其中將會使用Casper共識算法。

所有這些更新將有助於以太坊實現更大的規模化，也意味著更快的交易速度和更低的費用。如我們所見的那樣，以太坊團隊在交易擴展方面做得非常不錯。

目前的階段：大都會

大都會的目標是實現更輕、更快、更安全的以太坊版本，它還將為智能合約開發商提供更大的靈活性。

大都會將分成兩個核心版本：拜占庭和君士坦丁堡。第一個拜占庭硬分叉發生在十月份，第二個君士坦丁堡硬分叉尚未確定日期，但預計在2018年。

每一個階段都包括一系列的以太坊改進建議（簡稱EIP）。拜占庭總共有九個EIP來提高網絡的隱私性，可擴展性和安全性。這些更新將使得以太坊區塊速度更快和交易費用更低。

以下是一些大都會的主要更新內容：

隱私性 — 實現匿名交易(zk-SNARKs)
開發者編程更簡單
可預測的gas收費
提升錢包安全性 (賬號抽象)
提升挖礦難度

隱私性

在大都會版本中，開發者將得到一個新的隱私工具——在鏈上高效驗證zk-SNARK的能力。 zk-SNARKs是「非交互零知識證明」的縮寫。

簡而言之，零知識證明是一個能夠證明某個陳述的真實性的證據，而且不會洩露超出它所要證明的額外信息。

這是一個簡單的例子。我需要向John證明，我知道某一部手機的密碼。為了證明這件事情，我需要做的是解鎖手機，而不是洩露我輸入的密碼。

零知識證明是當證明者（我）說服一個驗證者（John）的時候，他們可以證明具備有一定的知識而不暴露真正的知識內容。在這個例子中，我可以在手機中輸入密碼，並顯示手機已解鎖，而不會顯示我輸入的任何密碼內容。

那麼這會如何影響以太坊的發展呢？某些聯繫變量可以是隱私的。我們將這些信息與用戶一起存儲，而不是將這些秘密信息存儲在區塊鏈中。像發件人、收件人、金額和數據之類的信息在交易中是可以隱藏的。

除了zkSnarks（在zCash中使用）之外，以太坊也會使用環簽名的方式（在Monero的隱私方案中使用）。以太坊將同時利用這兩者各自的優勢。

賬號抽象

在軟件工程中，抽象是一種很好的手段，能夠允許程序員在忽略不重要細節的情況下思考一定程度的複雜性。開發人員使用抽象來讓終端用戶在關注高層次的概念，忽略那些不必要的細節。

這將使得用戶可以更多地控制他們的私鑰，同時也增加了智能合約支付挖礦費用的能力。抽象也將降低被黑客使用量子計算攻擊的風險。

提升挖礦難度

挖礦難度的升級是開始將以太坊逐漸從工作量證明（PoW）轉移到持有量證明（PoS）的過程。這將使礦工挖礦變得更加困難，並且在將來從礦工的PoW轉向基於驗證者的PoS系統時，對他們來說會挖礦變得不那麼有利可圖。另外，每次出塊的ETH數量將從5個降至3個。

最終階段: 寧靜

這是以太坊路線圖的最後一個階段，將把以太坊網絡從工作量證明轉為持有量證明，寧靜的願望是讓以太坊網絡成為真正的主流區塊鏈。

工作量證明（PoW）

大多數區塊鏈是在「工作量證明」上運行的，這意味著礦工們可以用解密密碼問題的方式挖掘新的區塊。隨著時間的推移，這些難題會變得越來越困難，需要消耗大量的能源和計算能力。

「工作量證明」的問題在於它使得算力變得越來越集中，這意味著一些礦業公司控制了比特幣的哈希算力。截至目前，71％的哈希算力由五個礦池控制。

隨著密碼拼圖變得更具挑戰性，它需要更多的硬件和能量，這也是非常昂貴的。這使得任何人都難以挖掘，進一步使得算力集中到一些採礦池中。

為什麼這會很糟糕？因為如果這五個採礦池達成共識，他們完全可以發動51％的攻擊。攻擊者將能夠阻止新的交易得到確認，允許他們停止用戶之間的付款。像這樣的情況甚至可以使比如像比特幣現金（BCH）這種不同的區塊鏈合法化。

持有量證明（PoS）

以太坊解決這個問題的方法就是轉向「證明權益」。這意味著驗證者（而不是礦工）將不得不把以太幣作為權益，然後通過下注的方式來「驗證」區塊。如果該塊被準確添加，你將得到一個與你的賭注成正比的獎勵。但如果你在錯誤的區塊上下注，那你的賭注將被拿走。

持有量證明還有助於解決工作量證明中的一些問題，它有助於實現分權，提升能源效率，並有助於以太坊規模化。

Casper

這個是以太坊「持有量證明」協議的名稱，總共有有兩個版本的Casper。一個是在以太坊發展最前沿的Vlad Zamfir領導的，另一個名為FFG（friendly finality gadget），由V神（Vitalik Buterin）領導開發。

同樣的道理，持有者會把他們下注的幣鎖在特製的錢包裡，這些持幣者將每年獲得以太分成的獎勵。所以你投注的ETH越多，最終得到的分紅就越大。

在PoS的設定中無論發生什麼事情，你總是賺的，不應該會有任何損失。除非當你惡意驗證錯誤區塊的時候，你才會失去下注的所有以太。

Casper逐步實現了「持有量證明」的共識，從而有效防止51％的攻擊事件發生。暫時的和持續的51％的攻擊對以太坊的未來具有至關重要的的影響，而Casper將進一步鞏固以太坊的這一特點。

以太坊如何擴展

Casper將為以太坊的擴張鋪平道路，逐漸被主流大眾採納。為了使得以太坊不斷擴展，它需要能夠處理大量的交易。否則隨著成本的飛漲，交易會需要更長的時間。

以太坊創始人V神最近提出了一項計畫，通過分片的方法來幫助以太坊的規模化。分片允許區塊並行產生，而不是以線性的交易順序產生。

我們可以把這個想法類比成是從朋友那裡下載一首歌曲與使用BT種子從數千人那下載相同的文件之間的區別。下圖是MongoDB中的分片例子。

MongoDB中的分片

分片也是分解區塊鏈數據的過程，每個節點只需要關注區塊鏈中的一小部分即可。這將使以太坊能夠每秒能夠處理數千筆交易，但如果這一切在同一條鏈上處理，可能要非常久。

比特幣每秒處理大約7次交易
以太坊每秒處理大約15次交易
Paypal每秒處理大約200次交易
Visa每秒處理大約200次交易，但理論極限可以達到每秒56000次。

正如你所看到的，比特幣和以太坊想要超過Visa目前的美妙交易數量還有很長的路要走。（還有一家叫做Hashgraph新公司，聲稱它可以每秒處理250K次交易！）

Plasma

與比特幣類似，以太坊在縮短交易時間的同時，智能合約的費用卻也在不斷攀升，尤其是在ICO期間。Plasma是一個修復以太坊擴展問題的更新。這是由V神和閃電網絡的Joseph Poon合作完成的。

根據V神的說法，以太坊向更高層次進發需要解決四個主要問題：隱私性，共識安全，智能合約安全以及解決最大挑戰——可擴展性。

以太坊仍然是一個新興的技術，但非常有希望能夠真正成為主流。如果以太坊能夠實現多年來的願景與野心的話，那麼它將奠定區塊鏈生態系統的基礎和骨幹！