从Web2到Web3：需要哪些技术改进？

Web1曾是1990年代和2000年代初期的互联网。当时，互联网是静态HTML页面的只读目录。用户与用户之间的交互受到限制。
Web2的时代，也称为读写网络，始于2004年左右，在2019年仍是最相关的互联网一代。它由社交媒体网站，博客和在线社区组成，允许最终用户进行交互和随时随地相互协作。
与Web2相比，Web3更难定义。在很大程度上，这是因为Web3的时代仍处于起步阶段。以太坊是Web3的领先区块链网络，直到2015年才推出。在2019年，仍在开发或改进使Web3体验对最终用户切实可行的许多技术。
尽管如此，一些关键属性通常被认为属于互联网的新时代。例如，Web3旨在在无中介的读写网络中提供更以用户为中心的体验。技术使个人可以默认控制数据隐私和数据所有权。Web3还引入了去中心化互联网，在这里，寻租的第三方对用户交互和价值转移的控制较少。
本质上，Web3技术为P2P（对等）通信，支付，服务和市场提供了基础。区块链技术和加密货币在塑造Web3的当前发展和去中心化运动中发挥着重要作用。
2019年Web3的采用状况
自从2009年比特币推出全球首个区块链以来，区块链技术在几个关键领域得到了改善。截至2019年中，以太坊取得了迄今为止任何区块链生态系统中最好的结果-最多的开发人员（250,000至350,000），去中心化的应用程序（超过2,200）和每月活跃用户（〜140,000）。尽管取得了成功，但Web3应用程序的采用仍远远落后于Web2。Web3成为互联网事实上的全球标准的目标对于以太坊以及其他区块链社区而言仍然是遥不可及的目标。
对于以太坊区块链生态系统来说，2019年最突出的技术挑战是什么？可以实施哪些解决方案来推动用户采用Web3？以下是要考虑的三个主要领域。
可扩展性提高
挑战
缺乏可扩展性是以太坊区块链在2019年面临的最大限制之一。每当以太坊区块链收到更多流量时，相关的成本（汽油费）和完成交易的时间都会大幅增加。最终，这阻碍了主流采用。截至2019年8月，以太坊主网每秒只能处理15至25笔交易（tps）。还有其他区块链可以处理更多的交易，但这通常是有代价的（即牺牲网络的分散性或安全性）。当今使用的大多数区块链仍无法达到Web2 /法定数据库技术提供的可伸缩性级别。例如，Visa始终达到1,700 tps的速度，并声称能够处理高达56,000 tps的速度。对于以太坊，近期目标是至少达到100,000 tps。
解决方案
即使已经在主网上实施了一些以太坊可扩展性解决方案，但大多数都处于研究阶段或正在各种测试网上进行开发和测试的过程中。
第2层 扩展 使将事务移到链外成为可能。总而言之，这带来了区块链的好处（安全性，不变性，去中心化），同时降低了成本（确认时间慢，气体成本高/不稳定）。子链和状态通道已成为近年来以太坊社区中开发和实施的两个最著名的第2层伸缩解决方案。
分片是另一种可伸缩性解决方案，是一种数据库分区，可将较大的数据库分为较小，更快，更易于管理的部分，称为数据分片。在Web2时代，分片可能非常简单。一个示例是根据每个用户的地理位置将与各种客户相关的信息放置在不同的服务器上。
但是，在区块链中实现分片是一个非常复杂的过程。传统的区块链要求所有节点都携带给定区块链的所有交易数据历史记录。虽然这使区块链变慢，但也使交易更加安全并消除了双花问题。或者，分片将允许节点仅使用部分区块链交易数据历史记录安全地处理交易，从而加快交易完成时间。碎片链有望在2020年的某个时候在以太坊主网（以太坊2.0）上使用。但是，在第1阶段的初始发行版中，分片链不一定可用作立即的可伸缩性解决方案。
在以太坊之外，已经实施了分片。Zilliqa在2019年1月启动其主网时，它成为第一个启动可操作分片区块链的项目。目前，Zilliqa区块链每秒能够处理约2828笔交易。
信标链预计将在2019年下半年启动，标志着以太坊主网从工作量证明（PoW）转向权益证明（PoS）作为验证交易的手段。使用PoW，大约90％到95％的处理能力将用于生成哈希（随机数）。生成数字后，它们将没有其他实用程序。从计算的角度来看，这不仅使PoW浪费了，而且还导致了其他问题，例如未能成功开采的加密货币矿工的交易确认成本更高以及由高能耗的硬件开采平台造成的严重环境污染。
几个主要的区块链项目（EOS，Tezos，Tron，Lisk等）已经实现了PoS。与PoW区块链相比，PoS区块链平均每秒的交易数量更高。以太坊转向PoS可以立即为以太坊区块链和在其上运行的Web3应用程序提供更大的可扩展性。以太坊的PoS解决方案Casper CBC的研究自2014年以来由Vlad Zamfir领导。PoS（阶段0）以及分片（阶段1）是Serenity路线图中不可或缺的功能。
弗拉德·扎姆菲尔（Vlad Zamfir）在ETH Paris 2019上谈论Casper CBC。
处理数据隐私
挑战
尽管Web2时代仍然由于依赖销售敏感用户数据的大规模黑客攻击或商业模型而困扰着数据隐私问题，但Web3已经显示出提高数据安全性的能力。尽管如此，新的挑战已经出现。由于存储在公共区块链上的数据可以在区块浏览器上公开查看，因此像Web2时代那样，由集中式实体将其商品化变得更加困难。但是，任何人都可以轻松地实时查看交易数据的历史记录和总资产价值这一事实，只需知道他人的公共地址即可，这引起了新的隐私问题。例如，在传统银行业的世界里，这甚至是不可能的。是，公共区块链能够支持私人交易，同时还能保持合规性。但是，对于绝大多数选择而言，私人交易不是默认标准。例如，在以太坊区块链上，私人交易通常比公共交易具有更高的汽油费。
解决方案
AZTEC协议这个项目为金融机构提供了进行私人以太坊交易的手段。AZTEC协议的零知识隐私协议已经在以太坊主网上。它使交易逻辑得以验证，同时还通过结合同态加密和范围证明来保持对值的加密。同态加密允许对加密数字进行算术检查，就像未加密一样。范围证明可确保负数（在有限域中为大正数）不能破坏双花检查。与AZTEC进行的标准交易需要80万至90万天然气。尽管这在每笔ETH交易的平均汽油费（500,000–100,000汽油）之内，但是随着以太坊区块链的未来更新，私人交易的价格会更低。
例如，如果实施了EIP 1108，除了AZTEC，在以太坊上还有其他竞争性私有解决方案。一个例子就是Zether，这是由斯坦福大学的一组研究人员开发的一种完全去中心化的保密支付机制。另一个是安永（EY）开发的EY Ops Chain Public Edition。
AZTEC协议使用同态加密和范围证明来启用以太坊上的私人交易。
改善UX / UI
挑战
除了更具交互性的Internet外，Web2还为世界带来了大大改善的用户界面和用户体验。高像素屏幕和Web1难以使用的技术的时代已经一去不复返了。话虽这么说，非技术用户通常不像Web2选项那样可访问Web3界面。
使用和存储私钥来访问存储在加密货币钱包中的资金，为那些用于简单Web2密码的用户提供了一条新的学习曲线。此外，如果资金被盗或丢失，则几乎没有有效的回收方法。对于那些使用区块链技术的人来说，即使通过输入错误的十六进制0x来发送（和丢失）资金也很容易犯错误。
Web3移动体验如何赶上Web浏览器提供的Web3体验的问题仍然悬而未决。这些只是最终用户在使用Web3时必须意识到的众多障碍中的几个。与可伸缩性和数据隐私问题相比，可能的UI / UX摩擦点数量要多得多。另外，Web3应用程序易于使用还是难以使用的标准是非常主观的，并且基于每个用户的意见。这使得很难确定主流采用所需的“ x因子”。
解决方案
已经存在几种有效的技术来解决Web3的许多UI / UX挑战。例如，MetaMask简化了安全地存储资金（存储在浏览器中的私钥）的过程，并提高了可访问性（dApp连接到MetaMask）。现在可以通过以太坊名称服务（ENS）实现人类可读的钱包地址。
这样不仅可以更容易记住自己的收款地址，还可以减少将资金汇入错误的0x地址的可能性。但是，Web3缺少许多Web2中突出的用户保护功能和移动可访问性。即使实际上这些变化很小，许多对区块链和Web3还是陌生的人仍然不愿意接受一种互联网体验，这种体验似乎（至少从表面上看）与他们的习惯有很大不同。尽管如此，通过对UI / UX的不断改进，新的非技术用户可以更轻松地访问Web3应用程序。
2018年11月，MetaMask的Google Chrome浏览器扩展程序已超过130万用户。
Web3的下一步是什么？
有很多现有的区块链技术，特别是以太坊技术的现实用例，很明显，Web3的时代不是理论上的。互联网，全球经济和政府尚未完全实现Web3的愿景。尽管如此，在2019年，范式转变已经在顺利进行。通过创新的解决方案来解决上述技术挑战方面已经取得了重大进展，Web3作为Web2真正竞争对手的愿景正在接近实现。