以太坊的使命是成为一个分布式的世界级计算机，取代传统的服务器集群。我们可以把它想象成一台全世界都可以使用的计算设备，并且是不能被停止与关闭的。这篇文章是以太坊路线图的初学者入门指南，解释在技术上如何工作的。

如果以太坊是一台计算机，那么每次这些更新都可以看作是一次操作系统（OS）的升级，类似Google的安卓系统升级或苹果的iOS系列，而以太坊则将分四个阶段发布它的版本。

这四个阶段以太坊都会增加新功能，并提高平台的用户友好度和系统安全性，同时也会提高以太坊的扩展性。

第一阶段，边境（Frontier ）（2015年7月）：以太坊的第一次版本发布，允许开发人员对以太坊进行挖矿，并基于以太坊进行dAPP与工具软件的开发。

第二阶段，家园（Homestead）（2016年3月）：发布了第一个生产环境版本，对许多协议进行了优化改进，为之后的升级奠定了基础，并且加快了交易速度。

第三阶段，大都会（Metropolis）（2017年10月）：第三阶段分为两个版本，分别命名为拜占庭（2017年10月）和君士坦丁堡（时间待定，预计2018年），将会使得以太坊更轻量、更快速、更安全。

第四阶段，宁静（Serenity）（时间待定）：这个版本将会使用期待已久的持有量证明（PoS），其中将会使用Casper共识算法。

所有这些更新将有助于以太坊实现更大的规模化，也意味着更快的交易速度和更低的费用。如我们所见的那样，以太坊团队在交易扩展方面做得非常不错。

目前的阶段：大都会

大都会的目标是实现更轻、更快、更安全的以太坊版本，它还将为智能合约开发商提供更大的灵活性。

大都会将分成两个核心版本：拜占庭和君士坦丁堡。第一个拜占庭硬分叉发生在十月份，第二个君士坦丁堡硬分叉尚未确定日期，但预计在2018年。

每一个阶段都包括一系列的以太坊改进建议（简称EIP）。拜占庭总共有九个EIP来提高网络的隐私性，可扩展性和安全性。这些更新将使得以太坊区块速度更快和交易费用更低。

以下是一些大都会的主要更新内容：

1. 隐私性 — 实现匿名交易(zk-SNARKs)
2. 开发者编程更简单
3. 可预测的gas收费
4. 提升钱包安全性 (账号抽象)
5. 提升挖矿难度

隐私性

在大都会版本中，开发者将得到一个新的隐私工具——在链上高效验证zk-SNARK的能力。 zk-SNARKs是“非交互零知识证明”的缩写。

简而言之，零知识证明是一个能够证明某个陈述的真实性的证据，而且不会泄露超出它所要证明的额外信息。

这是一个简单的例子。我需要向John证明，我知道某一部手机的密码。为了证明这件事情，我需要做的是解锁手机，而不是泄露我输入的密码。

零知识证明是当证明者（我）说服一个验证者（John）的时候，他们可以证明具备有一定的知识而不暴露真正的知识内容。在这个例子中，我可以在手机中输入密码，并显示手机已解锁，而不会显示我输入的任何密码内容。

那么这会如何影响以太坊的发展呢？某些联系变量可以是隐私的。我们将这些信息与用户一起存储，而不是将这些秘密信息存储在区块链中。像发件人、收件人、金额和数据之类的信息在交易中是可以隐藏的。

除了zkSnarks（在zCash中使用）之外，以太坊也会使用环签名的方式（在Monero的隐私方案中使用）。以太坊将同时利用这两者各自的优势。

账号抽象

在软件工程中，抽象是一种很好的手段，能够允许程序员在忽略不重要细节的情况下思考一定程度的复杂性。开发人员使用抽象来让终端用户在关注高层次的概念，忽略那些不必要的细节。

这将使得用户可以更多地控制他们的私钥，同时也增加了智能合约支付挖矿费用的能力。抽象也将降低被黑客使用量子计算攻击的风险。

提升挖矿难度

挖矿难度的升级是开始将以太坊逐渐从工作量证明（PoW）转移到持有量证明（PoS）的过程。这将使矿工挖矿变得更加困难，并且在将来从矿工的PoW转向基于验证者的PoS系统时，对他们来说会挖矿变得不那么有利可图。另外，每次出块的ETH数量将从5个降至3个。

最终阶段: 宁静

这是以太坊路线图的最后一个阶段，将把以太坊网络从工作量证明转为持有量证明，宁静的愿望是让以太坊网络成为真正的主流区块链。

工作量证明（PoW）

大多数区块链是在“工作量证明”上运行的，这意味着矿工们可以用解密密码问题的方式挖掘新的区块。随着时间的推移，这些难题会变得越来越困难，需要消耗大量的能源和计算能力。

“工作量证明”的问题在于它使得算力变得越来越集中，这意味着一些矿业公司控制了比特币的哈希算力。截至目前，71％的哈希算力由五个矿池控制。

随着密码拼图变得更具挑战性，它需要更多的硬件和能量，这也是非常昂贵的。这使得任何人都难以挖掘，进一步使得算力集中到一些采矿池中。

为什么这会很糟糕？因为如果这五个采矿池达成共识，他们完全可以发动51％的攻击。攻击者将能够阻止新的交易得到确认，允许他们停止用户之间的付款。像这样的情况甚至可以使比如像比特币现金（BCH）这种不同的区块链合法化。

持有量证明（PoS）

以太坊解决这个问题的方法就是转向“证明权益”。这意味着验证者（而不是矿工）将不得不把以太币作为权益，然后通过下注的方式来“验证”区块。如果该块被准确添加，你将得到一个与你的赌注成正比的奖励。但如果你在错误的区块上下注，那你的赌注将被拿走。

持有量证明还有助于解决工作量证明中的一些问题，它有助于实现分权，提升能源效率，并有助于以太坊规模化。

Casper

这个是以太坊“持有量证明”协议的名称，总共有有两个版本的Casper。一个是在以太坊发展最前沿的Vlad Zamfir领导的，另一个名为FFG（friendly finality gadget），由V神（Vitalik Buterin）领导开发。

同样的道理，持有者会把他们下注的币锁在特制的钱包里，这些持币者将每年获得以太分成的奖励。所以你投注的ETH越多，最终得到的分红就越大。

在PoS的设定中无论发生什么事情，你总是赚的，不应该会有任何损失。除非当你恶意验证错误区块的时候，你才会失去下注的所有以太。

Casper逐步实现了“持有量证明”的共识，从而有效防止51％的攻击事件发生。暂时的和持续的51％的攻击对以太坊的未来具有至关重要的的影响，而Casper将进一步巩固以太坊的这一特点。

以太坊如何扩展

Casper将为以太坊的扩张铺平道路，逐渐被主流大众采纳。为了使得以太坊不断扩展，它需要能够处理大量的交易。否则随着成本的飞涨，交易会需要更长的时间。

以太坊创始人V神最近提出了一项计划，通过分片的方法来帮助以太坊的规模化。分片允许区块并行产生，而不是以线性的交易顺序产生。

我们可以把这个想法类比成是从朋友那里下载一首歌曲与使用BT种子从数千人那下载相同的文件之间的区别。下图是MongoDB中的分片例子。

MongoDB中的分片

分片也是分解区块链数据的过程，每个节点只需要关注区块链中的一小部分即可。这将使以太坊能够每秒能够处理数千笔交易，但如果这一切在同一条链上处理，可能要非常久。

• 比特币每秒处理大约7次交易
• 以太坊每秒处理大约15次交易
• Paypal每秒处理大约200次交易
• Visa每秒处理大约200次交易，但理论极限可以达到每秒56000次。

正如你所看到的，比特币和以太坊想要超过Visa目前的美妙交易数量还有很长的路要走。（还有一家叫做Hashgraph新公司，声称它可以每秒处理250K次交易！）

Plasma

与比特币类似，以太坊在缩短交易时间的同时，智能合约的费用却也在不断攀升，尤其是在ICO期间。Plasma是一个修复以太坊扩展问题的更新。这是由V神和闪电网络的Joseph Poon合作完成的。

根据V神的说法，以太坊向更高层次进发需要解决四个主要问题：隐私性，共识安全，智能合约安全以及解决最大挑战——可扩展性。

以太坊仍然是一个新兴的技术，但非常有希望能够真正成为主流。如果以太坊能够实现多年来的愿景与野心的话，那么它将奠定区块链生态系统的基础和骨干！