以太坊作为世界级的区块链平台，实现了首个支持可编程智能合约的区块链基础设施，成为区块链技术应用的代表。但是以太坊本身还有很多问题需要解决：一方面，以太坊的PoW算法虽然可以安全保证块数据的权威性和不可篡改性，但同时牺牲了网络的事务吞吐量和扩展性，任何事务都需要所有节点花费计算能力资源进行哈希运算。另一方面，由于Gas[气体]机制的存在，也就是说以太坊是用来在以太坊价值网络的节点之间转移的，也可以作为“燃料”参与节点共识计算活动，当全网交易量扩大时，容易造成高额手续费，用户和DApp(去中心化App应用)只能在支付较高的气体费用后，被“矿工”快速打包成块。对于交易频率高的场景DApp，他们可能会因为气费高而转投其他底层公链，以太坊的优势会被竞争对手削弱。以太坊2.0的升级就是为了克服这些问题。
与目前以太坊的单链结构，用单一主链处理所有交易信息不同，以太坊2.0将采用“分层”和“切片”的设计思路。具体来说，以太坊2.0将建立三层网络，包括现有的PoW主链、bea-con链和分片链。在这种网络结构中，碎片链是相对独立的，它们负责完成具体的转移、契约和事务服务，而信标链主要负责跨链的协调和通信。具体来说，信标链网络将包含数万个节点。当这些节点抵押32 BETH(以太坊2.0的新通行证)时，就可以成为验证器。验证者可以组成委员会，每个委员会包含128个随机选择的节点。每个委员会中的节点负责信标链和每个碎片链的一致性和验证过程，以保证整个网络的一致性。在以太坊2.0的信标链和以太坊1.0的主链合并之前，只支持ETH到BETH的单向交换。BETH暂时只会作为验证者和用户的不可转让资产，不支持转让。
以太坊2.0的信标链将采用Casper共识机制。该机制属于PoS的范畴，既继承了低能耗、可防51%攻击的特点，又引入了经济惩罚机制，解决了PoS机制无法解决的“无辜攻击”问题。
图1以太坊2.0的三层网络结构
碎片链的引入是为了解决困扰以太坊很久的扩容问题。根据规划，整个以太网2.0网络将被划分为64个网段，每个网段处理网络中不同的事务，可以有效提高系统的并发处理吞吐量。
在运营初期，以太坊2.0将不支持智能合约，但随着新虚拟机eWASM的推出，碎片链将能够执行智能合约，每个碎片链将管理一个eWASM，包括账户、合同代码、状态、收据和其他抽象。可以预见，这将有效提升以太坊扩容后的交易性能。
需要注意的是，以太坊2.0的升级并不是简单的硬分叉升级。以太坊过去的硬叉升级，随着新链的运行，旧链会停止运行。但是，在以太坊2.0中，旧的PoW链将与新的PoS链共存至少3-5年，它可能会使PoW链最终在以太坊2.0中作为碎片链长期存在。
根据目前透露的信息，以太坊2.0的整体升级计划将分为四个阶段：
第0阶段预计于2020年第三季度至第四季度开始。在这个阶段，将启动信标链。
第一阶段可能从2021年开始，这个阶段会是线上化，碎片化。上线后只会投入试运行，仍然不支持转账和智能合约。
第二阶段将推出新的虚拟机eWASM及其配套的智能合约和跨段转移，可能在2022年推出。
第三阶段将于2022年后开始，这一阶段将引入交叉分段交易、指数分段等其他功能。