360 度观察以太坊合并

目录：

概括

1、什么是并购？

2、为什么合并？

2.1 POS有利于碎片化管理

2.2 POS 节能

3、合并后的变化

3.1 区块结构

3.2 网络结构

3.3 共识机制

3.4 状态

四、并购特点

4.1 新区块生成所需时间的确定性

4.2 降低客户门槛

4.3 无缝过渡到 POS

五、可能产生的影响

5.1 通缩

5.2 节能

5.3 对L1层公链竞争态势的影响

六、合并风险

6.1 会有硬分叉吗？

6.2 中心化程度是否会加强？

6.3 MEV 会被取消吗？

概括

当前的以太坊主网将通过与信标链合并完成从工作量证明到权益证明的过渡，同时保留合约执行功能和当前用户状态的完整历史记录。 合并不仅是为了响应减少全球碳排放的号召，也是为未来包括分片在内的升级打下基础。

合并后，网络结构、区块结构、共识机制和状态都会发生变化。 新区块将携带 Beacon 区块的外部部分和来自以太坊的工作量证明 (POW) 的内容。 网络将采用共识层和执行层（执行引擎）形式的架构来生成和同步区块。 新系统将采用权益证明（POS）共识机制，验证委员会将履行提案和投票功能，对某些区块形成共识。 共识层和执行层会打通，也会引入无状态，这样既有利于保持去中心化程度，也有利于未来的分片。

合并后，ETH 可能会进入通缩状态，网络会更加节能。 在此基础上以太坊最终要实现什么，合并后L1层链的竞争格局将在一定程度上重新定义。 前 ETH 矿工将涌向其他网络，额外的哈希率可能会增加相应代币的价格； 同时，合并后的以太坊网络将主要通过分片进行升级； 其他 POS L1 层生态系统可能会陷入困境。

凭借其科学的技术路线图和雄心勃勃的愿景，合并后以太坊的业绩将逐步提升，以保持其整体发展。 之前的工作量证明网络因为难度炸弹不得不停产，即使矿工搭建双胞胎网络也依然无效：在没有有价值资产的情况下，它会不稳定，所以硬分叉是几乎没有问题。 以太坊的POS无法解决“富者愈富”的问题，但由于门槛低于POW，去中心化程度并未被破坏，合并后最大可提取价值（MEV）依然存在。 即使合并过程中出现一些技术问题，也在可控范围内，资产安全可以得到保障。

6月9日，以太坊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。 万众期待的以太坊主网与信标链的合并于9月15日完成，合并后ETH的通胀率将从4%下降至-2%左右。 信标链的赎回预计将在第一次硬分叉后立即进行（可能在合并后 6 个月）。

许多消息来源都提到合并，但很少有人提供全面的观点。 本文将从合并的意义、实施的技术原理、对行业的影响以及可能存在的风险等方面进行系统全面的阐述。

一、什么是合并

目前的以太坊有两个网络：一个是我们的老朋友——以太坊区块链网络，由 POW 提供动力； 另一个是信标链（Beacon Chain，早期也叫ETH 2.0），由POS执行。 Beacon Chain自推出以来一直保持着自己的地位，智能合约中质押的ETH数量稳步增长，目前已达到1300万。

合并代表了以太坊区块链和信标链的合并。 它不是简单数学意义上的组合。 相反，它是两者的融合和升级：摒弃两者中可能破坏以太坊长远发展的糟粕部分，同时保留和结合理想的部分。

也就是说，POW将脱离以太坊主网，同时保留智能合约的执行功能，完整的历史数据和当前用户状态，并传递给POS机驱动的信标链。 这不仅仅是一次正常的分叉升级，更是共识机制的一次重大变革。

在合并期间，POS 验证器将取代 POW 矿工。 当合并发生时，Beacon 节点将监控当前的 POW 链并测量一个预定的难度阈值，称为 TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY：任何难度超过阈值的块将被标记为最终 POW 块。 此后，信标链上的验证者产生并验证的区块都将是POS区块，标志着合并完成。

如果在此过程中出现任何技术问题，网络可能会暂时不可用。 但由于网络上没有共识，资产无论存放在哪里都是安全的，所以盗窃是不可能的。 交易所可能会在合并过程中禁止充值和提现，因此担心在合并过程中可能因价格波动而被迫平仓的用户可以考虑提前补充保证金。

与合并相比，之前的计划是支持信标链上的64条分片链作为独立的以太坊POW运行3-5年，用户可以自由迁移，所以根本没有合并。 但合并是采用没有POW的以太坊主网作为信标链的第一条分片链，之后将两者整合，同时将用户和应用迁移到POS以太坊网络。 合并是现在最可行的路线，这与之前规划的各种分片链的技术路线以及短时间内开发分片链的难度空前有关。 反之，合并可以继承之前的执行层，需要较少的计算能力。 虽然就可识别的变化而言，对用户的影响很小，但他们的过渡成本很低。

2、为什么合并？

以太坊的 PoS 离不开合并。 它有两个主要目的：启用分片和节省能源消耗。

2.1 POS有利于碎片化管理

以太坊的主要缺点是性能不佳，这在 2017 年的 Crypto Kittens 上被曝光。为了提高其性能，以太坊社区提交了分层和分片的提案。 因此，ETH 2.0 出现了：通过在分片链上同时处理多笔交易，将 TPS 从 15 提高到 15000。 但由于技术限制，官方将分片链从1024条削减到64条，但分片数量的想法一直没有取消。

虽然信标链在以太坊的技术架构中为各个分片链分配和协调验证者，但在不同的共识机制下，系统的运行方式各不相同。 对于PoS，系统需要质押32个ETH才能获得相应的投票权和质押收益（不会被没收）。 巨鲸验证者可以将资金分配到各个账户，变相成为小验证者以获得更多收益。 也就是说，即使持有相当数量的ETH，其持有量也会在分片链上随机稀释，因此几乎不可能在一条链上获得更高的投票权。 因此，验证器在每个链中始终保持平衡。 除非你持有全网51%的质押，否则几乎不可能破坏网络的安全。 对于PoW，矿工是验证者，矿工掌握在矿工手中，矿工可以根据自己的意愿随时连接或断开，也就是说哈希率是未知的，可能会在短时间内发生变化一段的时间。 如果鲸鱼矿工将哈希率集中到整个网络的 51%，它就可以控制分片链并危及其安全性。 所以为了获得更安全的分片结构，必须用PoS代替PoW。

2.2 POS 节能

根据 Digiconomist 的说法，以太坊在比特币挖矿的能源消耗方面取得了进展。 然而，以太坊挖矿（PoW）的能耗仍然超过44.46 TWH，相当于芬兰或瑞典一年的能源消耗量。 每笔交易需要消耗84KWH（千瓦时）的电量，可供一个家庭使用2.8天。 在PoS下，维护网络系统不需要验证者重复完成耗能的哈希计算，能耗将降低99.95%以上，能源效率将提高2000倍以上。 每笔交易仅需35度电，相当于看20分钟电视的电量。

3、合并后的变化

3.1 区块结构

从整体上看，合并区块可以看作是以太坊 PoW 区块的内部被外部信标链区块所覆盖。 目前信标链只对空白区块进行PoS操作，包括槽序号、父根、状态根、证明、存款合约根、验证人斜线。 这些操作有一个共同的特点：从用户的角度来看，不涉及交易，比如发送ETH或者与其他合约交互，所以只是提供一个“形状”。 合并后的内容也称为执行载荷（execution-related information），即执行层（原PoW节点）提供的以太坊的转账和智能合约的交互。 执行层和共识层可以在块级别连接在一起。

由于不再使用 PoW，与 PoW 相关的动态区块字符串，如 difficulty、mixHash、nonce、ommers、ommerHash，将自动修改为 0 或其他常量值； extraData 的长度也将限制在 32 字节以内。

共识层（信标节点）仍然验证当前信标块中的所有字符串，但块中的内容现在由执行层（当前 POW）验证。

3.2 网络结构

合并后，网络结构将进行修改。 以太坊采用共识层和执行层（执行引擎）的结构来生成和同步区块。 此前，这两个 P2P 网络是相互排斥的。 他们必须结合起来进行协作和协调，同时保持独立。

智能合约的转账和调用由执行引擎（原ETH全节点）打包广播执行，GAS费用的小费留在执行引擎中。 执行层的主要目标是与执行引擎建立通信，促进执行载荷的生成或验证，然后根据信标节点的共识创建一个完整的信标块。 Engine API 充当两个网络之间的桥梁。 共识层通过这个地方获取执行引擎需要同意的内容，并调用其他执行引擎节点来验证交易的合法性。 一旦达成共识，最新的网络状态将通过同一通道传递给执行引擎，然后与该状态同步。 也就是说，共识层帮助之前的PoW网络达成共识。

上面说了合并后会有层级关系。 共识层好比指挥官，执行层好比士兵。 在作者看来，下面的 eth2 客户端图清楚地展示了这种关系。 这种等级关系将表现出共识机制和状态变化。

3.3 共识机制

合并的目的是改变共识机制。 以太坊信标链将采用PoS，由验证者委员会提出并投票表决，对某个区块达成共识。

合并后，一个区块的时间单位将采用时隙和纪元的形式。 每 12 秒创建一个槽，每个 epoch 包由 32 个槽组成。 纪元是重新分配验证者的固定时间段。

要成为验证者并获得投票权，用户必须至少抵押 32 ETH。 截至 6 月 20 日，有超过 403,000 名验证者。 以太坊的规则是，对于每个 epoch，验证者将被随机分配到 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为每个时期分配1个验证者，同时随机选择该时期的委员会。 该验证者负责提议区块，而委员会负责对提议进行验证和投票。 一旦投票通过，将生成一个区块，并奖励提议者； 否则，不仅无法获得奖励，保证金也将被没收。 普通验证者也是如此：如果你正确遵守规则，你会得到奖励，而破坏者会受到惩罚。 一旦 32 ETH 存款低于 16 ETH，验证者的资格将终止。

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区别。 合并后的唯一区别是合并后的共识必须包含对执行负载的共识。 未来，当以太坊上有更多的分片，即4个分片时，每个委员会将平均分成4份，参与每个分片的投票。

3.4 现状

无状态成为合并后的一个显着特征，因为网络的变化改变了网络的状态。

首先，以太坊采用账户模型，每个账户由用户状态和合约状态组成。 简而言之，状态是系统在特定时间的特定外部表示，包括账户余额、合约代码的哈希值或存储的数据。 完整的以太坊状态记录了所有账户和相关账户余额，以及在 EVM 中部署和执行的所有智能合约的历史记录。 每个节点达成共识后，主链上的一个区块只有一个状态。 此外，随着新区块的确认，系统的状态不断变化。 更具体地说，生成块的节点需要访问和检查系统的当前状态，记录执行后的新状态，并与网络中的其他节点同步。 其他客户端节点需要验证和执行区块内的交易，以确保网络中始终存在共识。

随着越来越多的新用户进入，以及去中心化应用在以太坊上的部署，将会产生更多的新数据，账户状态数据将无限增长。 节点将所有状态数据存储在内存中几乎是不现实的。 如果要考虑使用硬盘，机械硬盘读取数据的速度可能太慢，导致节点难以同步最新数据，而固态硬盘性价比不高。 从长远来看，状态扩展的问题会要求节点有更大的存储空间和更强的性能，这就增加了节点操作的门槛。

为了解决状态通货膨胀的问题，社区提出了两种可能的解决方案：状态租金和无状态。 前者对保留状态的合约施加持续租金，否则可用性将终止，但这在实践中很复杂：一方面，无法确定合适的租金收取方式； 另一方面，也很难说谁能成为租金的合法接受者，因此，对租金机制的探索也就此停止。 后一种提议支持所有交易和状态验证过程，而无需轻客户端对状态进行任何实际存储。

问题归结为一个，为什么无状态对 PoS 以太坊如此重要？ 首先，如果简单地将eth1执行和所有状态函数添加到所有Beacon客户端，那么硬件门槛对于节点来说就太高了。 考虑到全节点运行难度越来越大，加剧了以太坊上的中心化程度。 POS 以太坊的目的是让所有节点“要么拥有所有状态，要么根本没有状态”参与验证以维护网络安全，这也带来了网络的高度去中心化。

更重要的是，无状态是分片的先决条件。 以太坊未来可能有多个分片，每个分片由部署在其上的账户和合约状态组成。 每个分片随机选择验证者组成委员会； 也就是说，如果没有无状态，验证者必须拥有所有分片的所有状态数据，这可能会压倒普通验证者，而分片可以缓解以太坊。 性能不佳，而无国籍状态支撑着高度去中心化的以太坊网络。 无状态是为以后的更新打下基础的关键，是一次重大的技术升级。

在无状态中，合并后的以太坊将有 3 种类型的节点/客户端：

1.没有ETH1执行引擎的客户端

2.带有ETH1执行引擎的客户端，无状态

3. 具有全状态 ETH1 执行引擎的客户端

第一类客户端是最便携的，因为它只能参与共识，而不能从执行层验证交易。 它的存在是为了监督共识层上的其他类型的节点。 第三类客户端功能齐全，具有所有状态、执行和同意能力，换句话说，是一个完整的节点。 第三类客户的数量会很少，因为所需的投资可能是巨大的数据存储、硬件和用于质押的代币。 第二种客户端的优势在于无状态，因为它从有状态的执行引擎调用数据，并使用自己的执行来验证交易的有效性。 由于状态存储的成本节省，第二种类型的客户端可能在网络中更常见。

四、并购特点

4.1 新区块生成所需时间的确定性

以太坊不会通过调整出块难度来增加矿工的竞争力。 无论如何，每个区块都可以在每个纪元之后产生，这需要 12 秒。 好处是：

Ø 提升了用户体验。 对于链上交易，用户必须等待矿工打包。 当已知产生一个区块所需的时间时，可以很容易地估计出某个时间段内哪些区块可能包含交易数据，从而预测完成交易所需的时间。

Ø 对于一些DeFi协议，代币的释放取决于以太坊主网上产生的区块数量，即每1000个区块释放1个代币。 也就是说，在之前的模式下，即使是出块的时间周期也是14秒左右。 当网络面临拥塞时，产生一个区块所需的时间变得不确定，这导致了一些 DeFi 协议的产生。 硬币发行不稳定。

Ø 更准确地规划未来的升级。 按照以往的经验，每次升级都是在街区的一定高度进行的。 例如，柏林升级发生在区块高度 12,244,000。 但由于新区块出块时间的变化，导致了社区对开发团队的不满，具体计划有所延迟，但如果出块时间确定，可能会有所缓解。

4.2 降低客户门槛

如前所述，状态膨胀使得区块的验证变得更加困难，这对硬件提出了更严格的要求。 合并后，以太坊让之前无法维护全网状态的轻量级节点参与网络，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，服务级别的设备足以参与验证网络。

4.3 无缝过渡到 POS

通过开发团队的自然设计，合并为将成为执行层的客户提供了向 PoS 的无缝过渡。 对于最终用户和开发人员来说，执行层是与以太坊进行大多数交互的地方，大多数功能（例如 EVM、状态、执行方法等）可能在午睡后完成，甚至没有人会注意到。

五、可能产生的影响

任何言语都不足以准确描述合并对以太坊的意义。 虽然性能瓶颈不能马上解决，但以太坊所有的野心和技术路线，都要从这个阶段开始确立。 合并作为远航的第一步，意义深远。

5.1 通缩

如前所述，合并将以太坊从PoW转移到PoS，在当前PoW下停止产生新区块，这也结束了传统的挖矿奖励，系统中任何增量的ETH都只能作为节点参与PoS。验证过程来到铸造，这将大大减少 ETH 的总供应量。 从下图可以看出，当以太坊转向 PoS 时，预计 ETH 发行量将大幅下降。 此外，即使合并完成，系统也不会释放任何质押的锁定ETH。 ETH 的第一次解锁将在合并完成后的第一次硬分叉后授予，这将是几个月之后。 同时，系统对每日解锁量和申请总人数有严格限制，防止出现大规模抛售压力。

虽然 ETH 的供应量正在减少，但其净销毁率却在增加。 根据目前的数据，ETH 的供应量将增长到 500,000 左右，但由于 EIP-1559 的推出，牛市中将销毁约 290 万（甚至可能更多）。 从以上两个角度来看，即使生态中没有对 PoS 质押和协议的需求，ETH 最终也会出现通缩。

由于减半规则与比特币减半规则类似，社区将其命名为“三次减半”，即比特币需要减半三次才能达到合并后减少ETH供应量的效果。 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：当比特币新增供应量减半时，其在二级市场剩余的流动性慢慢耗尽，导致其价格上涨，形成牛市。 同样，作为按市值计算的第二大加密货币，ETH 的通货紧缩可能会像比特币那样推动市场。

然而，解锁可能会给 ETH 持有者带来困扰，并伴随着短期市场价格下跌。

5.2 节能

虽然比特币的成功令人信服地证明了 PoW 近乎无可挑剔的资历，但矿工们使用大量的能源反复计算可能成为该资产的独特哈希率。 鉴于当前全球对低碳活动的重视，PoS 可能是解决方案。

5.3 对L1层公链竞争态势的影响

合并最终会在一定程度上影响当前L1层链的竞争格局。 由于难度炸弹，合并后时间消耗会增加得更快。 理论上，矿工节点仍然可以通过分叉进行挖矿，但他们必须在有限的回报和不断上升的成本之间做出权衡——这意味着放弃以太坊。 然而，可用的解决方案也非常有限：在类似 PoW 链上挖矿或出售挖矿设备换取流动性来投资 POS。 对于其他 PoW 链，矿工的涌入和哈希率可能会改善生态系统的现状并提高代币的价格。 对于其他的 PoS 链，即使以太坊被指责有很多缺点，但谁也不能否认以太坊社区仍然在行业中占据主导地位，安全性也是一流的。 合并后，以太坊的短板将开始得到解决，生态繁荣的L2层生态将进一步降低链上交易成本，更何况分片的整合将整体提升网络运行效率以太坊最终要实现什么，或许需求因为以太坊会崛起，最终会侵蚀其他生态系统。

6.合并风险

6.1 会有硬分叉吗？

回顾一下，现在的以太坊是硬分叉的产物。 历史会重演这次大规模升级类ETC硬分叉事件吗？ 基于目前的事实，以太坊遵循科学的技术路线和宏伟的愿景，将大大提升其性能并吸引足够的热度，使未来的发展更具可持续性。 另一方面，难度炸弹将迫使 PoW 矿工退出以太坊主网的原战场。 另外，社区对合并的认可度也很高，所以目前还没有矿工团体发出强烈的分叉声音。

假设矿工可以模拟一个新的类似以太坊的网络，比如 ETH Legacy，它与 PoW 以太坊相同但没有难度炸弹，新网络在推出之前将面临几个强大的竞争对手，包括对于以太坊和其他 L1 层链，这种挑战也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，不仅会出现分叉的代币（如ETL），还需要处理其他资产的衍生品，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去中心化，只有资产的唯一性才是重要的，因为只有在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实物资产。 显然，ETH Legacy 或其他类似实体更有可能因业绩不佳、资产不足和共识不强而过早死亡。

总之，合并后硬分叉不太可能发生。

6.2 中心化程度是否会加强？

有些人可能会担心合并后的中心化程度。 PoS 的共识机制自然会赋予那些持有大 stake 的人更多的好处——换句话说，更多的投票权，这意味着对网络的更多控制权，但这个问题并不是 PoS 独有的：在 PoW 中，拥有更多哈希率的矿工可以使用挖矿奖励购买更多哈希率，增加成功生成块的机会。 所以 PoS 并没有解决这个问题，也没有加剧它。

其次，丽都的大规模增长引起了质疑。 Lido是一个大型的staking pool，占整个网络的三分之一以上，有人声称如果再形成一个Lido存在，这个存在将拥有控制整个网络的能力。 值得注意的是，丽都不受任何单一实体控制。 丽都内部共有30个节点运营商，节点之间或丽都互斥。 而且，这些运营者是顶级节点运营者，有可信的记录和法人资格，有追溯权，必须通过DAO的投票，时刻处于DAO的监控之下。 因此，不能将丽都等同于中心化矿池。 相反，Lido 在去中心化方面的持续努力使其在与 CEX 矿池的竞争中占据上风，即垄断或联盟接管网络的风险并不像人们普遍认为的那样高。

如前所述，PoS不需要任何挖矿设备和矿场，降低了普通用户的进入门槛。 从这个角度来看，PoS 下的以太坊会比 PoW 更加去中心化。

简而言之，集中化的增加并不是一个主要问题。

6.3 MEV 会被取消吗？

MEV代表矿工可以提取的价值，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预操作。 具体来说，由于链上区块空间有限，提交的交易会先进入内存池，等待矿工打包。 对于矿工来说，决定这些交易被处理和上传到链上的顺序的权利在他们手中。 通常，矿工会根据他们收到的 gas 费用的多少来做出决定：首先处理 gas 费用较多的交易。 因此，链上交易处理的优先级并不取决于提交时间，而是取决于用户愿意提供多少gas费。 这个活动给矿工带来的额外收益就是MEV。

变成PoS的时候，处理流程没有太大变化，执行引擎代替矿工来决定顺序，还是同一批人的事情。 因此，MEV的问题并没有改变。