以太坊“大合并”后，Web3 的精神内耗能否得到治愈？

以太坊“大合并”后，Web3 的精神内耗能否得到治愈？

春日负噪音orz

2022-08-23 15:21·浙江

打开网易新闻查看精彩图片

2013年以太坊的出现带动了区块链、智能合约以及各种生态应用的快速发展。 之后，Web3 应用才有了生存和发展的土壤。

最新消息显示，以太坊核心开发者在电话会议上暂定主网TTD，预计9月15日或16日上线主网“Merge”。 web3.0的轰动？ 为什么会有“合并”？ “合并”的现状如何？

本文将讲解以太坊为什么要升级，以太坊的升级路线，“合并”过程中的两个重要升级节点，“合并”目前的进度和难度炸弹。 后续文章会继续为大家介绍 Ethereum Merge 对生态中各利益相关者的影响，以及后续升级相关的讨论。

1_以太坊为什么要升级？

能耗问题

自成立以来，以太坊一直致力于权益证明共识机制 (PoS)，但在保持安全性和去中心化的同时，需要多年的专注研究和开发。 因此，以太坊目前仍采用工作量证明共识（PoW）。 工作量证明需要矿工通过使用他们的计算硬件来解决困难的问题来达成共识，这是非常计算密集型的，并且消耗大量的电力成本和硬件成本。 随着 ETH 生态的逐渐扩大，需要处理的交易越来越多，导致能源消耗越来越多。

根据 Digiconomist 的数据，目前以太坊的总能耗约为 112 TWh/年，与荷兰相当，其碳排放量与新加坡相当（53 MT/年）。 相比之下以太坊公链在国内算违法吗，比特币目前的能源消耗约为 200 TWh/年，碳排放量约为 100 MT/年，废弃硬件每年产生约 32,000 吨电子垃圾。 关闭以太坊的工作量证明并切换到权益证明将减少超过 99.95% 的能源消耗，这意味着以太坊的总能源消耗保证接近 0.01 TWh/年。

打开网易新闻查看精彩图片

各行业年能耗

可扩展性问题（低 TPS + 高 Gas）

以太坊作为市值第二大的加密货币，已经有很多项目在其上开发，大量的需求造成了网络拥堵。 根据Ycharts网站的数据，目前使用PoW算法的以太坊在高峰期打包一个区块需要16秒。 每个区块链将包含 150~300 笔交易，即一秒钟内只能处理 10~20 笔交易。

这种处理速度导致大规模的网络拥塞频繁发生。 如果你想更快地完成交易，就需要支付更多的手续费，也就是我们常说的Gas费。

打开网易新闻查看精彩图片

以太坊平均出块时间

以太坊链上的每笔交易都需要支付 gas 费。 在工作量证明机制（PoW）下，矿工会优先进行高价交易，这样当对以太坊的需求增加时，价格也会随之上涨。 上升。

以太坊从 2017 年开始应用到 20 年前。 Gas费虽然也有波动，几乎维持在1美元以下，但该数值在2018年6月达到高点，峰值为5.58美元； 随着DeFi应用逐渐增多，大量交易涌入，手续费开始上涨，波动较大； 21年以来，手续费进入暴涨期，21年5月14日平均手续费甚至达到68.74美元，这意味着当天以太坊上的一笔平均交易需要额外支付68.74美元的手续费. 有时 gas 费的价格甚至高于交易本身的金额。 这使得以太坊的用户体验很差，也严重阻碍了整个生态系统的长远发展。

安全问题

对于采用POW工作量证明机制的以太坊来说，矿池的存在使得以太坊的算力趋于中心化，这种情况也对以太坊的整体网络安全构成了威胁。 POW机制下攻击的成本体现在设备和算力的积累上。 如果一个人或一个集体掌握了系统中超过 51% 的算力，他就可以对以太坊发起“51% 攻击”，协议本身无法抵消这种攻击。 这种情况具有有效的抑制作用。

但是，在权益证明系统中，验证者需要预先向协议质押大量的以太币。 如果验证者试图攻击网络，协议将自动销毁质押的以太币以保护系统安全。 但是这种方式并不能有效的防范工作量证明机制，因为PoW最多没收网络安全保护者（矿工）的挖矿收益。 但要达到同样的惩罚效果，协议需要具备摧毁作弊矿工的所有挖矿硬件的能力。

公链竞争现状

过去公链的目标是取代ETH，现在公链的目标是更具可扩展性。 它们的特点是兼容EVM，属于与以太坊挂钩的公链范畴。 这类公链是指在应用设计上，与以太坊非常相似的公链或仿制公链。 大量用户流量的引入和资金的支持不遗余力让这些公链快速成长，但最本质的原因是由于当前以太坊生态的交换效率低下，网络拥堵使得处理手续费非常高，这使得普通用户很难继续通过以太坊进行日常交互，造成用户和资金外溢，为类似功能和应用的类似公链的崛起和发展提供了极好的机会。

这是进一步“提醒”，以太坊需要尽快升级，解决网络拥堵问题，提高效率，降低交易成本，才能坐稳“宝座”。

2_以太坊升级路线

从长远来看，ETH的升级路线主要分为五个步骤，即：

合并

当前的以太坊主网将与 Beacon Chain 权益证明系统“合并”，这将标志着以太坊工作量证明机制的逐步淘汰和向权益证明的完全过渡，预计将完成2022年第三至第四季度。

Merge阶段完成后以太坊公链在国内算违法吗，能耗问题将得到完美解决，安全性也将得到极大提升。

涌

致力于解决以太坊流量拥堵和gas高的问题。 以太坊会被分成64个分片，结合Layer 2 rollups技术，tps的理论上限可能是每秒10万笔交易（目前以太坊的tps约为每秒13笔交易）。

根据以太坊基金会的估计，分片链应该会在 2023 年的某个时候上线，这取决于合并工作的进展。 这些分片链将增强以太坊存储和访问数据的能力，但不会用于执行代码。

边缘

技术更新，计划从merkle tree过渡到verkle tree，verkle tree可以看作是以太坊的数据库。 现阶段，由于区块链数据的增加，将反过来验证网络的扩展和去中心化。 这将优化以太坊上的存储并有助于减少节点大小。 最终，这有助于 ETH 变得更具可扩展性。

清除

清晰，意味着并非所有节点都必须永久存储所有历史块。 相反，客户端将停止存储超过一年的历史记录。 这意味着以太坊对节点的硬件要求会降低，网络的带宽也会降低。

挥霍

各种升级以简化以太坊的使用并使其更易于普通用户使用。

打开网易新闻查看精彩图片

合并

2013年，Vitalik Buterin和Gavin Wood发布白皮书，构想“下一代智能合约和去中心化应用平台”——以太坊。 自 2015 年采用工作量证明共识算法以来，以太坊一直在寻找更好的算法来创建去中心化、可扩展、安全、节能和环保的网络。

2017 年，以太坊确定了混合 PoW/PoS 系统——Casper the Friendly Finality Gadget。 Vitalik Buterin 当时提议在 2019 年从 PoW 转向 PoS。

本次以太坊升级将分为三个步骤：Beacon Chain、The Merge和Shard Chains。 目前处于合并前夕。

在介绍合并之前，先介绍一下以太坊升级过程中的两个重要节点。

3_以太坊升级过程中的两个重要节点

BeaconChian（信标链）

权益证明

权益证明是一种共识算法，要求矿工投入一些代币来验证交易。 矿工被随机选择来验证一个区块，但持有更多股份或持有股份时间更长的人具有优势。 选定的矿工必须全部同意验证交易。 在他们验证一个块之后，它被添加到链中并以加密货币收取费用。 如果他们没有正确验证，他们自己的股份将受到影响，他们将失去部分代币。 这为流程提供了更高的安全性。 与PoW相比，它有以下优点：

1. 快速交易处理

2. 与PoW相反，它是环保的

3.能耗极低，无需消耗大量电能

4.更高的安全性

权益验证者

验证器是虚拟的，由质押者激活。 在工作量证明场景下，用户通过购买矿机成为矿工。 以太坊升级 PoS 后，用户通过抵押 Ether 来激活和管理验证者。 每个验证者除了需要至少 32 个 ETH 外，还需要一台专用计算机来执行客户端并保证节点的持续运行。 当超过32个ETH时，质押者可以选择激活多个验证者身份，每质押32个ETH，就会激活一个验证者。

验证人通过验证人客户端进行操作，需要与信标链配合。 每个信标节点都具有跟踪和读取信标链的功能。 每个验证者客户端也可以充当信标节点并与其他信标节点进行通信。 一个验证者客户端可以同时包含多个验证者的功能。

在质押方式上，节点和用户可以通过多种方式进行质押：Solo home staking、Staking as a service、Pooled staking 或 Centralized exchanges）。 具体实现方法本文不再详述，有兴趣的读者可自行查阅。

奖惩

在 PoS 权益证明机制下的信标链中，验证者将通过以下方式获得奖励：

1. 如果验证者投出一个大多数其他验证者都认同的证明，那么它就会得到奖励。 2. 当提议者提出的区块链最终被确认时，提议者将获得奖励。 3. 成功举报恶意行为的验证者将获得举报者的奖励。

验证节点的不当行为也将受到协议的惩罚。 惩罚大致可以分为两种：惩罚和罚没。

惩罚是对不活跃或产生错误证明的验证者的惩罚，但惩罚只是对验证者的余额进行罚款，不会将验证者驱逐出协议。

减免是一种更严厉的惩罚机制。 只有危及以太坊网络整体稳定性的验证节点才会受到减免惩罚。 这种惩罚使恶意节点对其拥有的所有权益可能面临的最大损失。 作恶的节点也将被驱逐出协议。 被缩减的情况通常分为：

1. 作为区块提议者，在其分配的时隙中提出两个相互冲突的区块提议。

2. 作为节点验证者投票时，会产生两票，其中包含对相同高度的检查点块转换的冲突引用。 即在一个时隙中对两个完全冲突的区块进行验证和投票，称为“双重投票”。

3.作为验证投票人，“环绕投票”并不是按顺序进行的，即通过重叠checkpoint block transition references产生两票。 例如，投票引用从检查点块 1 到检查点块 4 的转换，以及引用从检查点块 2 到检查点块 3 的转换的投票。有人可能会争辩说，这个规则应该被更明显的规则所取代，即所有块转换引用应该是有序的，但是一个诚实的节点可能会错过一个检查点块，并且乱序投票可能是合法的。 如下所示：

打开网易新闻查看精彩图片

如果恶意节点受到罚没，则该节点将立即受到惩罚，不再被验证，并会继续受到大约36天的惩罚，并且只能在36天后的某个周期（Epoch）后退出。 数额视犯罪轻重而定，最高刑罚可没收一切权益。

验证器生命周期

每个验证器需要 32 ETH 的余额才能激活。 用户向以太坊主网上的存款合约质押 32 ETH，这将激活一个验证器。 信标链将停用（“强制退出”）所有余额低于 16 ETH 的验证者； 质押者将能够提取任何剩余的验证者余额。

下图是各个验证人的状态转换图：

打开网易新闻查看精彩图片

1. 存款

验证人已​​将 ETH 存入存款合约，并执行相应的存款操作。

2.激活队列

在 epoch-processing 中，检查验证器是否有资格激活。

3.活跃状态

活跃的验证者将被分配职责（执行证明、提案等）并在每个时期获得奖励。

4. 减少并退出

被削减的验证者将在提取资金之前等待 8192 个纪元（约 36 天）的长期锁定期。

5.非切割出口

未削减退出的验证者需要等待 256 个纪元（约 27 小时）才能转换为可撤回状态。

6.提款

Withdrawable状态是该阶段的结束状态，验证者可以在后续阶段进行提现。

委员会

Proof of Stake将以太坊的时间分为时隙（Slot）和周期（Epoch），决定了系统中共识的节奏，即每12秒发出一个时隙，每个周期包含32个时隙，即一个周期每 6.4 分钟生成一次。 每个槽只能创建一个有效块。 在每个时隙中随机选择一个验证者作为区块提议者。 验证器负责创建一个新的分片块并将其发送到网络上的其他节点。

同样在每个时隙中，信标链随机选择一个由至少 128 名验证者组成的“委员会”对每个分片区块进行投票，其投票用于确定提议区块的有效性。 委员会验证者的数量不固定，随着区块的变化而变化。 每个周期结束后，委员会由不同的随机参与者解散和重组，这有助于避免委员会中的不良参与者对分片造成损害。 除了验证选票之外，委员会还负责尝试将其插槽中的分片块与信标链上的特定块进行交联。 其中，交联是指通过生成引用的方式将一个信标块和所有对应的分片块链接起来，分片块会收到对应信标块的哈希值，其中包含了所有交联的分片块的哈希值。 信标块主要是和前一个块对应的分片块进行交联，但是也有可能和前一个块对应的分片块进行交联，因为一些信标块可能会丢失到一些分片块，而这些交叉链接将允许错过的分片块交叉链接到这个信标块中。

打开网易新闻查看精彩图片

下图描述了三个插槽中可能发生的情况。 第一种情况是在 Slot 1 中，提议者提议一个区块，然后由两个验证者证明； 委员会 A 的一名验证者下线。 时隙 1 的证明和区块链通过网络传播并到达许多验证器。 第二种情况是在Slot 2中，proposer提出了一个区块，但是committee B中的validator没有看到，所以证明信标链头是Slot 1的块。第三种情况是在Slot 3中，委员会 C 中的所有验证者都独立地证明同一个标头。

打开网易新闻查看精彩图片

每个时期只能包含一个验证者在一个委员会中。 以太坊目前拥有超过 8,192 个验证者，这意味着每个时隙有多个委员会。 所有委员会的规模都相同，并且至少有 128 个验证者。 当验证者少于 4,096 个时，安全概率会降低。

伦敦升级：EIP-1559

EIP-1559提出新的链上手续费定价机制：将原有的交易手续费由“拍卖式”定价改为“市场汇率”定价机制，具体来说，手续费分为基本手续费和手续费两部分优先手续费，其中基本手续费由以太坊根据区块链容量确定，优先手续费由用户根据其他手续费市场确定。 交易提交后，基础手续费将被销毁，优先手续费将奖励给打包交易的矿工。

打开网易新闻查看精彩图片

以太坊链交易UX（User Experience）

EIP-1559在以太坊的手续费中规定了基础费用，从而减少了手续费和交易时间上的诸多不确定性。 并且由于交易创建者可以根据交易的紧急程度设置优先手续费，这意味着交易打包的主导权从矿工转移到用户手中，网络拥堵问题有望得到缓解。

ETH经济机制

这个费用系统的一个重要方面是矿工只能保留优先费用，基本费用总是被销毁（即被协议销毁）。 EIP-1559 要求所有基础费用以 ETH 支付，这降低了经济抽象的风险，巩固了以太坊平台内 ETH 的经济价值，并降低了与矿工可提取价值（MEV）相关的风险。 随着以太坊的繁荣，如果基础手续费造成的破坏量大于ETH的增发量，就会使ETH从通胀资产变成通缩资产，供应量逐渐减少。

以太坊安全

EIP-1559 有助于防止以太坊网络上的交易垃圾邮件攻击。 在升级之前，攻击者理论上可以与矿工串通，以低于市场价格的费用向以太坊发送垃圾交易，造成网络拥堵。 但 EIP-1559 确保攻击者永远无法以低于基本费用的费用进行攻击。 同时，随着时间的推移，这种攻击甚至会变得更加昂贵，因为垃圾交易造成的网络拥塞会让以太坊不断提高基础费用。

“合并”进度和难度炸弹

按照计划，以太坊的Merge是本着“损害最小化”的原则进行的，让原来运行的应用客户端毫无意义的切换到PoS。 信标链最早作为中间层存在于 PoW 之上，类似于第二层共识网络。 Merge后，原主网成为“执行层”，保留智能合约和网络规则； 而原来的信标链成为“共识层”，PoW层中与执行相关的组件被合并到新的共识层中，PoW将不复存在。 以太坊当前升级时间如下：

打开网易新闻查看精彩图片

2022年3月15日，以太坊与公测网Kiln合并上线，这意味着它已经成功过渡升级为完整的PoS机制。

2022年6月8日，以太坊完成Merge的第一次预演——测试网Ropsten顺利完成合并。 Ropsten 于 2016 年推出，是迄今为止运行时间最长的以太坊测试网。 据以太坊核心开发者介绍，在 Ropsten 的合并过程中，约有 14% 的验证节点出现宕机，但大部分是节点配置错误导致的，这些问题很快得到解决。 此外，Ropsten 上的合并被认为近乎完美，是以太坊向 PoS 迁移的重要里程碑。

2022年7月27日，以太坊宣布将Bellatrix升级为Goerli的信标链Prater，为测试网合并做准备。

2022年8月4日，Bellatrix信标链启动，为合并前做最后准备。

2022年8月12日1点45分，Georli测试网与信标链完成合并，Georli测试网正式过渡到PoS证明。 而这也是以太坊正式升级前最后一次合并的测试网。

目前，根据以太坊核心开发者电话会议内容，以太坊主网Bellatrix升级Epoch为144896，预计时间为9月6日，主网TTD（Terminal Total Difficulty）为587500000000000000000000。巴黎升级将在启动，完成硬分叉。

最新的难度炸弹（Difficulty Bomb）预计将于9月13日落下。

打开网易新闻查看精彩图片

难度炸弹主要是降低挖矿的盈利能力，以打击合并前矿工的积极性。 通过增加矿工验证交易的难度，从而降低 PoW 矿工的盈利能力。 当难度达到极限时，物理矿工将无法验证区块。

2015年加入代码，是一种根据区块链时间调整链难度的机制算法。 该算法主要通过人为增加挖矿难度，使矿工失去挖矿动力，转向升级后的PoS链来实现。 其中，难度炸弹中的动态调参算法相对复杂。 该算法每出块100,000个区块，难度值就会翻倍，随着区块高度的增加，促使挖矿难度呈指数级增长，直至难度增加。 当价值达到一定程度时，矿工无法获得区块奖励。

打开网易新闻查看精彩图片

目前，由于以太坊合并推迟，开发者不断使用假区块号来代替原来的区块号来延迟爆发时间。 但是，随着以太坊生态系统的发展，目前的体量使得它拆除和延迟难度炸弹的可能性越来越小。

但是，以太坊合并一再拖延的原因，本质上是如何说服整个生态的人（尤其是矿工）在不分叉的情况下将手中的大量资源转移到PoS上。 这是一项极其艰巨的任务。 问题。

4_逐渐弱化的ETH2.0声明

目前，Vitalik 和社区都在逐渐淡化 ETH2.0 的说法，主要有以下几个原因：

1. ETH2.0 的一个主要问题是它为以太坊的新用户创建了一个破碎的心智模型。 他们会直观地认为ETH1.0在前，ETH2.0在后； 或者ETH2.0出来之后，ETH1.0就不复存在了。 但是这两种想法都是错误的。 合并后，现有的以太坊将作为执行层，负责处理交易和执行； 信标链将作为共识层集成到原来的以太坊中，并负责处理权益证明共识。

2、随着以太坊发展路线图的演进，以太坊2.0已经不能准确代表以太坊目前的发展路线图。 谨慎而准确的用词选择有助于让尽可能多的受众访问以太坊上的内容。

3. 防止欺诈。 此前，攻击者曾试图使用虚假代币“ETH2”来欺骗用户，告诉他们用 ETH 兑换“ETH2”代币，或者在 ETH2.0 升级之前以某种方式迁移 ETH。 社区希望通过淡化 ETH2.0 来消除这种骗局并创建一个更安全的生态系统。

4. 承诺澄清。 一些质押项目也使用“ETH2”来代表在信标链上质押的以太币。 由于这些用户实际上不会收到“ETH2”代币，因此可能会造成混淆。

在加密行业，要想抓住下一波牛市机会，就必须要有一个优质的圈子，让大家保暖，保住洞察力。 如果你一个人，茫然地环顾四周，发现没有人，在这个行业坚持下来其实是非常困难的。