有必要回顾以太坊的合并

日期：2023年04月16日 08:26 浏览量：1

摘要当前以太网主控通过与信标链集成，完成工作量证明到资本证明的转换，同时保留合同执行功能和当前用户状态的完整历史数据。合并不仅仅是为了响应全球减少碳排放的号召它是包括瓷砖在内的未来升级的基础。合并后，网络结构、区块结构、共识机制、状态将发生变化。新块将携带来自Beacon块外部和以太体的工作量证明(POW )的内容。网络采用共识层和执行层(执行引擎)形式的体系结构来生成和同步块。新系统采用权益凭证(POS )协议机制，验证委员会执行提案和投票功能，对部分区块形成协议。协议层和执行层连接在一起同时也引入了无状态性，不仅可以保持去中心化的程度，还有助于将来的切片。合并后，ETH有可能出现通货紧缩状态，网络将更加节能。在此基础上，L1层链的竞争状况在合并后得到一定程度的重新定义。以前的ETH矿工涌向其他网络，在那里附加散列速率可能会提高相应的令牌价格；同时，合并后的以太网将主要分片升级；其他POS L1层生态系统可能陷入困境。凭借其科学的技术路线图和雄心勃勃的愿景，以太坊的表现将在合并后逐步改善，以保持整体发展。以前的POW网络因为难度炸弹而必须中止即使矿工们建立了双胞胎网络，也依然无效。如果价值资产不足，硬叉几乎不成问题，因为它会变得不稳定。以太坊的POS无法解决“越有钱越有钱”的问题，但门槛比POW低因此，去中心化的程度没有受损，同时最大可提取价值(MEV )在合并后也存在。即使在合并过程中出现技术问题，它也在可控范围内，而且资产安全可靠。六月九日以太网Ropsten测试网完成合并，这是首次基于测试网的合并实践。 Ropsten转型后，Goerli和Sepolia也将转型为POS。备受瞩目的以太坊大师和信标链的合并于9月15日完成。合并后，ETH的通货膨胀率将从4%下降到-2%左右。信标链的报销将在第一次硬叉后立即进行。合并后可能有6个月。

许多资料提到合并，但很少有人能提供全面的看法。本文从合并的意义、实施的技术原理、对行业的影响和可能的风险等方面给出系统的全面看法。 1 .整合目前的以太网有两个网络。一个是我们的老朋友——以太区域区块链网络，POW提供技术支持。另一个由信标链(Beacon Chain，初始也称为ETH 2.0 )、POS执行。 Beacon Chain自上市以来一直保持着自己的地位，智能合约中的ETH担保数量稳步增加，目前数量达到1300万个。

合并代表以太网区块链和信标链的合并。那不是单纯的数学意义上的组合，相反，是两者的整合和升级。两者中，排除可能破坏以太体长期发展的糟粕部分，保留理想部分并结合。也就是说POW与以太网主控分离，同时将智能合约的执行功能、完整的历史数据和当前用户状态传输到POS机驱动的信标链。这不仅是分歧的正常升级，也是共识机制的重大变化。

合并期间，POS验证器将代替POW矿工。合并发生时，Beacon节点将监视当前POW链并测量预定的难度阈值中选择所需的族。这被称为TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY。难度超过阈值的块将被标记为最终的POW块。此后，由信标链上的验证者生成并验证的所有块都将成为POS块，指示合并已完成。如果在此过程中出现技术问题，网络可能暂时不可用。但是，网络没有共识，资产无论存放在哪里都是安全的，所以不可能发生盗窃行为。交易所在合并过程中可能禁止充值因此，合并过程中因价格波动可能被迫清算的用户可以考虑提前补充保证金。与合并相比，以前的计划是将64个切片链作为独立的Ethereum POW在信标链上运营3-5年，用户可以自由迁移因此，不存在合并。但合并将采用无POW以太网主控作为信标链的第一条区块链，然后将两者集成，同时用户和APP将转移到POS以太网。合并是目前最可行的路线，这关系到以前计划中的各种切片链的技术路线和短时间内开发切片链的空前难度。相反，合并可以继承以前的执行层，这需要更少的计算力。另外，在可识别的变化方面对用户的影响很小，迁移成本也很低。 2 .为什么要合并？以太坊的PoS离不开合并。有两个主要目的：瓷砖化和节约能源消耗。 2.1 POS有利于瓷砖管理的以太坊的主要缺点是性能差，这在2017年的Crypto Kittens中得到了证明。为了提高其性能，以太网社区提出了分层和分片的建议。因此，出现了ETH 2.0。通过在瓦片链上同时处理多个事务，将TPS从15提高到15000，但由于技术限制，政府将切片链从1024条切为64条，但切片的想法并没有撤销。信标链在以太体的技术结构中，为不同的区块链分配验证者进行协调，但在不同的共识机制下，系统机制不同。销售点时该系统需要质押32个ETH以获得相应的投票权和质押利润。鲸鱼验证者可以将资金分配到每个账户，成为小验证者以获得更多的利润。换言之，即使拥有相当数量的ETH，其持有量也随机稀释在各切片链中，因此在一个链中获得更高的投票权几乎是不可能的。因此，验证者在各链内始终处于平衡状态。只要不掌握全网51%的质押，就几乎无法危害网络安全。对PoW来说矿工是验证者。矿山机器在矿工手中，矿工可以按照他们的意愿随时连接和断开。这意味着哈希速率是未知的，可能会在短时间内变化。当鲸鱼矿工把散列速率集中在全网的51%时可以控制瓷砖链，损害安全性。因此，为了得到更安全的瓷砖结构，必须将PoW置换为PoS。 2.2 POS根据能源友好型Digiconomist，从比特币开采的能源消耗中以太坊已经进步了。但是以太坊开采(PoW )的能耗仍然超过44.46 TWH，相当于芬兰和瑞典的年能耗。每次交易消耗84KWH (千瓦时)的电力，可以给一个家庭供电2.8天。在销售点下、维护网络系统不需要验证者重复能耗的哈希计算，能耗减少99.95%以上，能效超过2000倍。每次交易只需要35KWH的电力。这和看20分钟电视差不多的能耗。

3.合并后的变化3.1从整个块结构来看，合并后的块可以看作以太网PoW块的内部被外部的信标链块覆盖。目前，信标链只对空白区块进行PoS操作、油箱序列号、母块根、状态根、凭证、存款合同根和减少验证器等。这些操作有共同的特征。从用户的角度来看，ETH的发送和与其他合同的交互等交易都没有关系，所以只是提供“形式”。合并的内容是执行有效载荷(也称为有关执行的信息)、执行层)以前的PoW节点)提供的以太体转移和智能约定的交换，执行层和共识层可以在块的水平上联系起来。

与pow相关的动态块字符串，如difficulty、mixHash、nonce、ommers和ommerHash，因为不再使用

PoW自动更改为、0或其他常数值； extraData的长度也限制在32字节以内。

共识层(信标节点)验证当前信标块内的所有字符串，但块内的内容为执行层)当前的POW )负责验证。 3.2网络结构合并将修正网络结构。以太网采用了共识层和执行层(执行引擎)结构来生成和同步块。以前，这两个P2P网络相互排斥。合并后，它们必须合作协调，同时保持独立。

智能合约的转移和调用由执行引擎(以前的ETH全节点)打包、广播和执行，GAS资费的芯片保留在执行引擎中。执行层的主要目标是与执行引擎建立通信，以促进执行有效载荷的生成或验证然后根据信标节点的共识创建完整的信标块。引擎API用作两个网络之间的桥梁。协议层通过此位置从执行引擎捕获应同意的内容，并调用其他执行引擎节点验证交易的合法性。达成协议后中选择所需的族。最新的网络状态通过同一通道传输到执行引擎，执行引擎将与此状态同步。也就是说，协议层帮助达成以前的PoW网络协议。如上所述，合并后是层次关系。协议层与指挥官相似，但执行层是士兵。在作者看来以下eth2客户端图清楚地说明了这种关系。这个水平的关系表示共识的机制和状态的变化。

3.3共识机制整合的目的是改变共识机制。以太网信标链采用PoS，由验证者委员会提出并投票对某个区块达成共识。合并后，一个区块的时间单位以槽和纪元的形式出现。每12秒创建一个插槽每个纪元包由32个槽组成。纪元是一定的时间段，核查员在这个时间段结束时被重新分配。要成为验证者并获得投票权，用户至少需要投入32个ETH。截至6月20日，共有403，000多名验证者。以太坊的规则是，在每个纪元，验证者被随机分配给32个委员会，确保每个委员会至少由128个验证者组成。系统使用随机算法RANDAO为每个期间分配一名验证者，同时在此期间随机选择委员会。该验证者负责提交区块，委员会负责验证并对建议进行投票。投票通过后，会发生屏蔽，提案人会得到报酬，否则不仅得不到奖励，保证金也会被没收。。这也适用于一般的检查官。如果正确遵守规则，就会得到报酬，破坏者会受到惩罚。当32个ETH的押金下降到16个ETH以下时，验证者的资格终止。

验证者和委员会的随机选择过程与合并前的信标链几乎没有变化。合并后的唯一区别在于，合并后的共识必须包含执行有效载荷的共识。当以太坊有四块瓷砖时，各委员会将分为四个相等的份额参加各片的投票。 3.4无状态是整合后的显著特征，因为网络的变化会改变网络的状态。首先，以太坊采用账户模式，每个账户由用户状态和合同状态组成。状态简单来说，就是系统在特定时间向外界展示账户余额、合同代码哈希值、存储数据等。完整的以太网状态记录了所有帐户和相关帐户的余额，以及在EVM中部署和执行的所有智能约定的历史记录。每个节点达成协议后，主链上的一个块只有一个状态。此外，系统状态会随着新块的出现而持续变化。更具体地说，生成块的节点必须访问和检查系统的当前状态，在运行后记录新状态并与网络中的其他节点同步。其他客户节点必须验证并执行块中的事务，以确保网络中始终存在协议。随着越来越多的新用户加入并在以太网上部署中心化APP应用程序，将生成更多的新数据，并且帐户状态数据将无限增加。对节点来说，并将所有状态数据保存在内存中几乎是不现实的。考虑使用硬盘时，机械硬盘可能会因数据读取速度太慢而难以与节点同步最新数据，但固态硬盘不经济实惠。从长远来看，状态膨胀问题需要提高节点的存储容量和性能，导致节点操作阈值较高。为了解决状态膨胀的问题，社区提出了状态租金和无状态两种可能的解决方案。前者对保留状态的合同征收连续的租金否则可用性将结束，但这在实践中很复杂。另一方面，无法确定合适的租金征收方法。另一方面，不知道谁能成为租金的合法受益人。因此，租金机制的探索停止了。后一种建议确保所有事务和状态验证过程都不存在客户机状态的实际存储。问题归结为一点，为什么无状态对PoS以太坊来说如此重要？首先中选择所需的族。仅向所有Beacon客户端添加eth1运行和所有状态功能对节点来说都太高了。考虑到全节点操作的难度越来越大，以太网上的中心化正在发展。另一方面，POS以太网的目的是让所有节点参与“有所有状态还是完全没有状态”的验证，以维持网络的安全，这也导致了网络的高度中心化。更重要的是，无状态是分片的前提条件。以太坊的未来可能有多块瓷砖每个分片由帐户和放置在其上的合同状态组成。每个分片由随机选择验证者组成委员会，这意味着如果不是无状态的，则验证者必须拥有所有片的所有状态数据，这可能会给典型的验证者带来负担，瓷砖可以缓解以太体的不良能量，无状态强化了高度分散的以太体网络。无状态是为未来更新奠定基础的关键和关键技术升级。在无状态下，集成的以太局域网有三种类型的节点/客户端。 1 .没有ETH1执行引擎的客户端2 .具有ETH1执行引擎的客户端，无状态客户端3 .具有完全状态ETH1执行引擎的第一类客户端最轻因为，虽然只能参与达成协议，但无法从执行层验证交易。它的存在是为了监视协议层上的其他类型的节点。第三种类型的客户端功能完全，具有所有状态、执行能力和同意能力。也就是说，是完整的节点。第三种类型的客户端数量较少，因为这可能需要大量的数据存储、硬件和抵押令牌投资。第二种类型的客户端是无状态的，因为它从有状态的执行引擎调用数据使用自己的执行力验证交易的有效性。为了节约状态存储的成本，第二种类型的客户端在网络上可能很常见。 4.1合并特征4.1生成新块所需的时间确定性以太网不会通过调整使块的生成变得困难，提高矿工的竞争力。在任何情况下，每个块都可以在每个时间段之后生成。这需要12秒。好处是提高了用户体验。在连锁交易的情况下，用户必须等待矿工打包。在已知生产一个块所需的时间的情况下，可以容易地估计在某个时间段内哪些块可以由交易数据构成，从而可以预测完成交易所需的时间。对于一些DeFi协议令牌的释放取决于以太网主机上发生的块数，即每1000个块释放一个令牌。也就是说，在以往的模型中，一个块发生的时间段为14秒左右，在网络濒临堵塞的情况下，一个块发生所需的时间不确定，这使得一些DeFi协议的令牌释放不稳定。更准确地规划未来的升级。根据过去的经验，升级每次都在有街区的高度进行。例如，Berlin的升级发生在12，244，000个块的高度上。但是中选择所需的族。由于生产新砌块所需时间的变化，导致了具体计划的延迟，引起了社区对开发团队的不满，如果砌块的生产时间确定了，也许可以缓解这种情况。 4.2降低客户端门槛如上所述，状态的膨胀使块的验证更加困难这对硬件提出了更严格的要求。合并后，以太网将允许以前无法保存完全网络状态的轻量级节点加入网络，以验证所有交易和状态证明。也就是说，巨型矿机不再是节点的必备品，服务级设备足以加入认证网络。 4.3无缝POS迁移开发团队经过自然设计，集成为运行层客户端提供了到POS的无缝迁移。对于最终用户和开发人员来说，执行层是与以太网进行大量交互的地方中选择所需的族。大多数功能和API (如EVM、状态和运行方式)不会随合并而改变。正如有人所说，合并可能在午睡后完成，也可能没有人注意到。 5 .任何措辞都可能影响，不足以准确说明合并对以太体的意义。虽然性能瓶颈无法马上解决，但野心和以太坊的技术路线都必须从这个阶段开始确立。作为航海的第一步，合并具有深远的意义。 5.1通货紧缩如上所述，合并将以太网从PoW转移到PoS，通过停止在当前PoW上生产新区块，结束了传统的开采奖励。系统中的任何增量ETH只能通过作为节点参与PoS验证过程来铸造。这将大大减少ETH的总供应。请看下图，以太坊转移到PoS时预计ETH的发行量将急剧下降。另外，合并完成后，系统也不释放任何质押锁的ETH。 ETH的第一次解锁是在合并完成后的第一次硬叉之后进行的。这将是几个月后的事。同时，系统对每日解锁金额和申请人总数有严格的限额，防止大规模卸压。

[ xy001 ]虽然eth的供应减少了，但净废弃率却在增加。根据现有数据，ETH的供给量将增加到50万人左右，但由于EIP-1559的发售，约290万人或以上将在牛市时被废弃。从以上两个角度来看即使没有生态系统中与PoS质押协议的需求，ETH最终也会变成通缩。

由于供应减少的规则与比特币减半的规则相似，社区将其命名为“减半3”。也就是说，比特币需要减半三次才能达到合并后ETH的供应减少效果。从历史数据来看，比特币减半与加密货币市场的生命周期密切相关。比特币新增供应量减半后，二级市场剩余流动性逐渐枯竭，导致价格上涨，形成牛市。同样，作为市值第二大的加密货币，ETH通货紧缩可能像比特币一样促进市场发展。但是，解锁可能会给ETH持有者带来麻烦，并伴随着短期市场价格的下跌。 5.2节约能源比特币的成功尽管PoW证明了几乎无可挑剔的资质但是矿工们花了大量的能量反复计算了唯一可能成为资产的散列值。现在，考虑到全球对低碳活动的强调，PoS可能是一种解决方案。 5.3对L1层链竞争态势的影响合并最终会在一定程度上影响目前L1层链的竞争格局。由于难度炸弹的存在，合并后的时间消耗将增加得更快。理论上，矿工节点可以在分支开采，但必须接受有限的收益率和不断上升的成本之间的权衡——。这意味着放弃以太坊。但是，可以采用的方案也很有限。通过类似的PoW链开采，或者出售开采设备以换取流动资金投资POS。对其他PoW链来说，矿工的涌入和散列可能会改善生态系统的现状，提高令牌的价格。对其他PoS链来说，即使有人指责以太坊有很多缺点，也没有人否认以太坊社区仍然主导着这个行业，安全也是一流的。合并后，以太坊的缺点开始得到解决，生态繁荣的L2层生态系统将进一步降低链上交易成本、分片整合不仅可以从整体上提高网络运营效率，而且随着对以太网需求的上升，最终可能会侵蚀其他生态系统。 6 .合并风险6.1会不会发生硬叉？回顾一下，现在的以太坊是硬叉的产物。历史会不会重演这次ETC这样的硬叉事件的大规模升级？基于现有事实，以太坊遵循科学的技术路线及其宏伟愿景，这将大大提高其性能，吸引足够的热量，使未来的发展更加可持续。另一方面，难易度炸弹将PoW矿工撤离以太网这个原始战场。另外，由于社区对合并的赞成度也很高，没有看到任何矿工团体对分歧发出强烈的声音。假设矿工们可以建立一个与以太体相似的新网络。，例如ETH Legacy，它与PoW以太坊相同，但没有难度炸弹，那么新网络在推出之前就会面临几个强大的竞争对手，其中包括以太坊和其他L1层链，这一挑战是还伴随着资产不足的问题。分叉后，ETH必须复制以太坊的整个账本，不仅分叉的代币会出现（例如ETL），其他资产的衍生品也必须处理，例如WBTC、USDC、DAI、LINK、BAYC、CryptoPunks等。所以无论资产在哪里发行，无论发行机构是中心化还是非中心化，只有资产的唯一性才是重要的，因为只有一个网络上的资产才会被认可。更具体地说，只有PoS以太坊上的资产才会被发行机构认可为真正的资产。显然，ETH Legacy或其他类似的实体更有可能因为业绩不佳、资产不足和共识薄弱而提前消亡。总之，合并后，硬分叉发生的可能性较小。6.2 中心化的程度是否会加强？有些人可能会担心合并后的中心化程度。PoS的共识机制自然赋予那些拥有大量股份的人更多的利益——换句话说，更多的投票权，这意味着对网络有更多的控制，但是这个问题并不是PoS独有的：在PoW中，拥有更多哈希率的矿工可以用挖矿的奖励购买更多哈希率，增加区块成功生成的机会。因此，PoS并没有解决这个问题，也没有加剧这种情况。其次，Lido的巨大增长引来了怀疑论者。Lido是一个大规模的赌注池，占到整个网络的三分之一以上，有些人声称，如果再组建一个Lido的存在，这个存在将有能力控制整个网络。值得注意的是，Lido不是由任何单一实体控制的。Lido内部有30个节点运营商，节点相互之间或与Lido之间是相互排斥的。而且这些运营商是顶级的节点运营商，具有可信的记录和法律实体，具有可追溯权，而且他们必须通过DAO的投票，并始终处于DAO的监控之下。所以，把Lido单一地等同于集中式矿池是无效的。相反，Lido在去中心化方面的持续努力在与CEX矿池的竞争中占了上风，也就是说，垄断势力或联合势力占领网络的风险并不像人们普遍认为的那样高。如前所述，PoS下不需要任何挖矿设备或矿场，这降低了普通用户的准入门槛。从这个角度看，PoS下的以太坊会比PoW下更分散。总之，中心化的加强并不是一个主要的问题。6.3 MEV会被取消吗？MEV代表矿工可提取的价值，本质上是矿工在产生新区块时的一种套利行为——类似于传统金融交易中的前置操作。具体来说，由于链上区块的空间有限，提交的交易将首先进入内存池等待矿工打包。对于矿工来说，决定这些交易被处理和上链的顺序的权利在他们手中，通常情况下，矿工会根据收到的GAS费用的多少来决定：GAS费用多的交易会优先得到处理。因此，链上交易处理的优先级不是取决于提交的时间，而是取决于用户愿意提供多少GAS费用，这种活动给矿工带来的额外利润是MEV。当它变为PoS时，处理的程序并没有太大的变化，执行引擎代替矿工决定订单，这仍然是同一群人的事。因此，MEV的问题并没有变化。

参考文献[1]. https://tim.mirror.xyz/sR23jU02we6zXRgsF_oTUkttL83S3vyn05vJWnnp-Lc[2]. https://ethresear.ch/t/eth1-eth2-client-relationship/7248[3]. https://blog.ethereum.org/2021/11/29/how-the-merge-impacts-app-layer/[4]. https://blog.lido.fi/the-road-to-trustless-ethereum-staking/原文作者：火币研究院翻译：小橙子

有必要回顾以太坊的合并

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