萬字長文回顧以太坊合併，你需要知道的一切

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萬字長文回顧以太坊合併，你需要知道的一切

1.435DAO

2022-10-13 09:25

本文约9071字，阅读全文需要约36分钟

這篇萬字長文想幫助大家做一個「以太坊合併」的系統總結，本文將從合併的意義、實施的技術原理、對行業的影響和可能的風險等方面給出系統全面的看法。

摘要

4.2 降低客戶端的門檻

5.1 通縮

一級標題

摘要"5.2 節省能源"6.1 會不會出現硬分叉？

一級標題

6.2 中心化的程度是否會加強？

6.3 MEV會被取消嗎？

一級標題

目前的以太坊主網將通過與信標鏈的合併完成從工作量證明到權益證明的過渡，同時保留合約執行功能和當前用戶狀態的完整歷史數據。合併不僅僅是為了響應降低全球碳排放的號召，也是為包括分片在內的未來升級奠定基礎。

二級標題

合併後，網絡結構、區塊結構、共識機制和狀態都將出現變化。新的區塊將攜帶Beacon區塊的外部以及來自以太坊的工作量證明（POW）的內容。網絡將採用共識層和執行層（執行引擎）形式的架構來產生和同步區塊。新系統將採用權益證明（POS）共識機制，由驗證委員會執行提議和投票的功能，以形成對某些區塊的共識。共識層和執行層將被連接起來，同時無狀態性也將被引入，這不僅有助於保持去中心化的程度，也有助於未來的分片。

合併後，ETH可能進入通貨緊縮狀態，網絡將更加節能。在此基礎上，L1層鏈的競爭狀況將在合併後一定程度上重新定義。以前的ETH礦工將湧向其他網絡，在那裡額外哈希率可能會提高相應代幣的價格；同時，合併後的以太坊網絡將主要通過分片進行升級；其他POS L1層生態系統可能會遭遇困境。

二級標題

的問題，但由於門檻比POW低，所以去中心化的程度沒有被破壞，同時最大可提取價值（MEV）在合併後仍然存在。即使在合併過程中出現了一些技術問題，但仍在可控範圍內，資產安全也能夠得到保障。

二級標題

二級標題

也就是說，POW將與以太坊主網分離，同時保留並將智能合約的執行功能、完整的歷史數據和當前的用戶狀態輸送到由POS機驅動的信標鏈。這不僅僅是分叉的正常升級，更是共識機制的重大改變。

正文

二級標題

二級標題

2.2 POS是能源友好型

正文

二級標題"2.1 POS有利於分片管理"正文

雖然信標鏈在以太坊的技術結構中，為各種分片鏈分配和協調驗證者，但在不同的共識機制下，系統的運作方式是不一樣的。對於PoS，該系統需要質押32個ETH以獲得相應的投票權和質押利益（不會被沒收）。巨鯨驗證者可以將資金分配到各個賬戶，變相成為小驗證者以獲得更多利益。換句話說，即使持有相當數量的ETH，其持有量也會被隨機稀釋到各個分片鏈上，所以在一個鏈上獲得更高的投票權幾乎是不可能的。因此，驗證者在每個鏈內總是處於平衡狀態。除非掌握整個網絡51%的質押，否則幾乎破壞不了網絡的安全。對於PoW來說，礦工就是驗證者，礦機掌握在礦工手中，礦工可以按照他們的意願隨時連接或斷開，也就是說，哈希率是未知的，可能在短時間內變化。如果一個巨鯨礦工將哈希率集中到整個網絡的51%，那麼其可以控制分片鏈並破壞其安全性。所以為了獲得更安全的分片結構，PoW必須被PoS所取代。

2.2 POS是能源友好型

正文

根據Digiconomist的說法，從比特幣挖礦的能源消耗來看，以太坊已經取得了進步。然而，以太坊挖礦（PoW）的能源消耗仍然超過44.46 TWH，這相當於芬蘭或瑞典的年能源消耗。每筆交易需要耗費84KWH(千瓦時)的電力，可以供應一個家庭2.8天。在PoS下，維護網絡系統不需要驗證者反复完成消耗能源的哈希計算，能源消耗將減少99.95%以上，提高能源效率超過2000倍。每筆交易只需要35KWH的電，這與看20分鐘電視的能耗差不多。

二級標題

正文

3.1 區塊結構

形狀

。合併後的內容也叫執行有效載荷（執行的相關信息），即執行層（以前的PoW節點）提供的以太坊的轉移和智能合約的互動，執行層和共識層可以在區塊的層面上聯繫在一起。

正文

共識層（信標節點）仍然驗證當前信標區塊中的所有字符串，但區塊中的內容現在由執行層（當前POW）負責驗證。

3.2 網絡結構

正文

智能合約的轉移和調用由執行引擎（之前的ETH全節點）打包、廣播和執行，GAS費用的小費留在執行引擎中。執行層的主要目標是與執行引擎建立通信，促進執行有效載荷的生成或驗證，並在此後根據信標節點的共識創建完整的信標塊。引擎API作為兩個網絡之間的橋樑。共識層通過這個場所從執行引擎中捕獲需要同意的內容，並調用其他執行引擎節點來驗證交易的合法性。達成共識後，最新的網絡狀態將通過同一渠道傳送給執行引擎，執行引擎從此與該狀態同步。換句話說，共識層幫助之前的PoW網絡達成共識。

正文

如上所述，合併後會有一個層次關係。共識層類似於指揮官，而執行層則是士兵。在作者看來，下面的eth2客戶端圖可以明確地展示這種關係。這種層級關係將展現共識機制和狀態的變化。

正文

合併的目的是為了改變共識機制。以太坊信標鏈將採用PoS，由驗證者委員會提出並投票達成對某一區塊的共識。

正文

合併後，一個區塊的時間單位將以槽和紀元的形式出現。每12秒創建一個槽，每個紀元包由32個槽組成。一個紀元是一個固定的時間段，核查員將在這個時間段結束時被重新分配。

要成為驗證者並獲得投票權，用戶必須至少投入32個ETH。截至6月20日，有超過403,000名驗證者。以太坊的規則是，對於每個紀元，驗證者將被隨機分配到32個委員會，確保每個委員會至少由128個驗證者組成。系統使用隨機算法RANDAO為每個時段分配1名驗證者，並同時為這個時段隨機選擇一個委員會。這個驗證者負責提出區塊，而委員會負責驗證和對提案進行投票。一旦投票通過，就會產生一個區塊，提議者就會獲得獎勵；否則，不僅獎勵無法獲得，保證金也會被沒收。同樣的情況也適用於普通的核查員：如果正確地遵守規則，就可以得到獎勵，而破壞者則會受到懲罰。一旦32個ETH的押金降至16個ETH以下，驗證者的資格將終止。

驗證者和委員會的隨機選擇過程與合併前的信標鏈幾乎沒有區別。合併後的唯一區別是，合併後的共識必須包含關於執行有效載荷的共識。未來當以太坊上有更多的分片，即4個分片時，每個委員會將被分成4個相等的份額來參與每個分片的投票。

3.4 狀態

首先，以太坊採用賬戶模式，每個賬戶由用戶狀態和合約狀態組成。狀態，簡而言之，就是系統在特定時間的具體外部展示，包括賬戶餘額、合約代碼的哈希值或存儲數據。完整的以太坊狀態記錄了所有賬戶和相關賬戶餘額，以及所有在EVM中部署和執行的智能合約的歷史記錄。在各個節點達成共識後，主鏈上的一個區塊只有一個狀態。此外，系統的狀態隨著新區塊的確認而繼續變化。更具體地說，產生區塊的節點需要訪問和檢查系統的當前狀態，執行後記錄新的狀態，並與網絡中的其他節點同步。其他客戶節點需要驗證並執行區塊內的交易，以確保網絡中始終存在共識。

為了解決狀態膨脹的問題，社區提出了兩種可能的解決方案：狀態租金和無狀態。前者對保留狀態的合約徵收連續的租金，否則可用性就會終止，不過這在實踐中很複雜：一方面，適當的租金收取方式無法確定；另一方面，很難說誰能成為租金的合法接受者，因此，對於租金機制的探索已經停止了。後者的建議使所有的交易和狀態的驗證過程不存在輕客戶端任何狀態的實際存儲。

二級標題

更重要的是，無狀態是分片的先決條件。以太坊未來可能會有多個分片，每個分片由賬戶和部署在其上的合約狀態組成。每個分片隨機選擇驗證者組成一個委員會；也就是說，如果沒有無狀態，驗證者必須擁有所有分片的所有狀態數據，這可能會使普通驗證者不堪重負，分片可以緩解以太坊的不良性能，而無狀態則鞏固了高度分散的以太坊網絡。無狀態在為未來的更新奠定基礎方面至關重要，它是一項重大的技術升級。

正文

二級標題

3. 擁有完整狀態的ETH1執行引擎的客戶端

二級標題

正文

以太坊不會通過調整來使區塊產生的難度由此增加礦工的競爭力。在任何情況下，每個區塊都可以在每個時段後產生，這需要12秒。其好處是：

正文

Ø 對未來的升級進行更準確的規劃。根據過去的經驗，每次升級都是在區塊的某個高度進行的。例如，Berlin升級發生在12,244,000的區塊高度。然而，由於生產新區塊所需時間的變化，具體計劃一直被推遲，這導致了社區對開發團隊的不滿意，但如果生產區塊的時間是確定的，可能會緩解這種情況。

二級標題

正文

如前所述，狀態膨脹使區塊的驗證更加困難，這對硬件提出了更嚴格的要求。合併後，以太坊讓之前無法保存完整網絡狀態的輕量級節點能夠參與到網絡中，並驗證所有交易和狀態證明。也就是說巨型礦機不再是節點的必須品，服務級別的設備就足以參與驗證網絡了。

正文"二級標題"正文

正文

二級標題

正文

如前所述，合併將把以太坊從PoW轉移到PoS，停止在當前PoW下生產新區塊，這也就結束了傳統的挖礦獎勵，系統中任何增量的ETH只能通過作為節點參與PoS驗證過程來鑄造，這將大大減少ETH的總供給。從下圖來看，當以太坊轉移到PoS時，ETH的發行量預計會急劇下降。此外，即使在合併完成後，系統也不會釋放任何質押鎖定的ETH。 ETH的首次解鎖將在合併完成後的第一次硬分叉後授予，這將是幾個月後的事情。同時，系統對每天的解鎖金額和申請者總數都有嚴格的限額，以防止大規模的拋壓。

正文

然而，解鎖可能會給ETH持有者帶來困擾，並伴隨著短期的市價下跌。

二級標題

正文

儘管比特幣的成功令人信服地證明了PoW幾乎無可挑剔的資質，但礦工們使用了大量的能源來反復計算可能成為資產的唯一哈希值。鑑於目前全球對低碳活動的強調，PoS可能正是解決方案。

二級標題

5.3 對L1層公鏈的競爭狀況的影響

合併最終會在一定程度上影響目前L1層鏈的競爭格局。由於難度炸彈的存在，合併後時間消耗會增加得更快。理論上，礦工節點仍然能夠通過分叉挖礦，但他們必須接受有限的回報和持續上升的成本之間的權衡——這意味著放棄以太坊。不過可採用的方案也很有限：在類似的PoW鏈上挖礦或者賣掉挖礦設備換取流動資金來投資POS。對於其他PoW鏈來說，礦工的湧入和哈希率可能會改善生態系統的現狀，並且提升代幣的價格。對於其他PoS鏈來說，即使以太坊被指責有很多缺點，但沒有人可以否認以太坊社區仍然主導著這個行業，而且安全性也是一流。合併後，以太坊的缺點將開始得到解決，生態繁榮的L2層生態系統將進一步降低鏈上交易成本，更不用說分片的整合將從整體上提高網絡運營效率，也許對以太坊的需求上升最終會侵蝕其他生態系統。

正文

二級標題

6.合併的風險

6.1 會不會出現硬分叉？

回顧一下，目前的以太坊是硬分叉的產物。歷史會不會重演這次類似ETC的硬分叉事件的大規模升級？基於目前的事實，以太坊遵循科學的技術路線和其宏大的願景，這將極大地提高其性能，並吸引足夠的熱度，使未來的發展更具可持續性。另一方面，難度炸彈會迫使PoW礦工從以太網主網這個原始戰場上撤退。此外，社區對合併的讚成度也很高，所以沒有看到任何一個礦工團體發出對於分叉的強力發聲。