以太坊的 PoS 冒險之旅：合并后有哪些重大改變？_以太坊

原文標題：《以太坊的PoS冒險之路》

撰文：AdamBluestein

本文首發時間為2021年8月

隨著加密貨幣成為主流以及越來越多的人了解它的實際運作方式，該領域中最大的參與者比特幣和以太坊面臨著越來越多的批評，指責其為了保持區塊鏈運行而實施的挖礦操作對環境的破壞。

根據Digiconomist的數據，僅這兩個網絡消耗的能源就超過了整個泰國(人口:9000萬)。今年5月，特斯拉CEO埃隆·馬斯克(ElonMusk)宣布，該公司將不再接受比特幣作為支付方式，原因是擔心「用于比特幣挖礦和交易的化石燃料使用量迅速增加」。同月，綠色和平組織(Greenpeace)表示，將停止接受比特幣捐款，盡管該組織自2014年以來一直接受比特幣捐款。

最近NFTs(非同質化代幣，也即在區塊鏈上加密的數字藝術品和其他限量版收藏品)的蓬勃發展使以太坊成為人們關注的焦點，大多數NFTs都在以太坊上進行買賣。目前，一筆以太坊交易消耗的電力相當于一個美國家庭一周的平均用電量，其碳足跡相當于140,893筆Visa信用卡交易或觀看YouTube視頻10,595小時。而數百萬美元的NFT銷售額對地球來說也付出了高昂的代價。

但在2022年初的某個時候，以太坊將通過一次稱為「合并」(TheMerge)的事件來推出其有史以來最重要的升級，承諾將網絡能耗降低99%以上，將這個2015年啟動的區塊鏈網絡定位為加密用戶和開發者的「綠色」選擇。經過五年多的研發，以太坊2.0(即Eth2)的明確目標是讓這條快速增長的區塊鏈「更加可擴展、更加安全、更加可持續」。

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這場重大轉變的背后

這次升級最重要的部分是對這個去中心化網絡的交易驗證方式(也即其「共識機制」)進行根本性改變。與比特幣類似，當前的以太坊網絡使用的是所謂的PoW(工作量證明)共識機制，而在Eth2，以太坊將切換到一個全新的PoS(權益證明)共識機制，該機制將完全消除耗能的加密貨幣挖礦，取而代之的是「staking」(質押)。

我們知道，當你用借記卡或Venmo這樣的應用向某人支付時，你是在信任一個中央第三方(比如銀行)來驗證交易，即確認支付請求是合法的，然后從你的賬戶中正確地扣款并記錄交易。而在一個去中心化的支付系統(比如區塊鏈)中，交易的驗證和記錄都是由分布在整個網絡的數千個「節點」（通常被稱為「礦工」)來進行的。理論上，這些節點并不知曉彼此，它們僅僅是個人或者團隊運行的計算機。那么，去中心化網絡是如何確保節點誠實，不會試圖執行欺詐交易或以其他方式導致網絡崩潰呢?

其中一種方法就是通過PoW。目前，隨著交易通過以太坊網絡進行，網絡中的礦工們會競相聚合、驗證這些交易并將它們記錄到一個新的、以加密方式進行保護的「區塊」中，每個區塊都是給定時間內網絡上所有被驗證交易的永久記錄。作為這項工作的回報，以太坊的礦工們可以獲得ETH獎勵，以及由用戶支付的額外交易費。創建一個新區塊就像是一場高科技開鎖比賽，而這場比賽是為了解決一個有意設計的數學難題。

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這種計算需要強大的計算機和大量的能源來維持運行，該計算的成本帶來了類似「游戲皮膚」的功效，使之充當了一種進入障礙，阻止(攻擊者)對區塊鏈的隨意攻擊并使得攻擊系統變得無利可圖。一旦某個礦工挖出了新區塊(也即解決了上述數學難題)，該新區塊將傳輸給網絡上的其他對等節點進行驗證。而如果礦工試圖將一個欺詐性的區塊打包上鏈，該區塊將被拒絕，且該礦工也將因此而失去區塊獎勵以及為了打包該區塊而支出的電力成本。

一個礦工的計算能力越強，他「贏得」區塊并獲得獎勵的機會就越大。ETH(從一年前的300美元到今年7月下旬的2200美元)和其他加密貨幣價格的上漲引發一場「軍備競賽」，礦工們聚集專業的計算機并往往聯合起來以提高他們獲得挖礦獎勵的概率(這對于區塊鏈技術的去中心化烏托邦理想而言是一種威脅)。

在這場低利潤的博弈中，能源成本是一個關鍵變量，因此挖礦作業往往聚集在電力便宜的地區，比如水力發電豐富的中國四川和云南，或者是通過燃煤發電廠獲得廉價電力的新疆。在中國政府今年5月開始打擊加密貨幣挖礦業務之前，據估計全球65%至75%的比特幣挖礦發生在中國。《財富》雜志采訪的內部人士表示，僅六、七家公司就處理了大部分的比特幣挖礦。

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相比之下，以太坊的PoS新模式將依賴于一個「驗證者」(validators)網絡，而不是讓礦工競相解決數學難題來獲得創建新區塊(并獲得區塊獎勵)的特權，這些驗證者需要至少質押32ETH(截止7月底價值約合72,000美元)。算法將以半隨機的方式選出由哪個驗證者來創建網絡中的新區塊；質押了超過32ETH的驗證者會增加他們被選中的幾率，這有點像購買更多的抽獎券可以增加中獎率。

新創建的「候選」區塊將由網絡中的其余驗證者進行驗證，這類似于PoW這種舊模式，但驗證者不會像PoW礦工那樣對于每個挖出的區塊獲得固定的獎勵，他們獲得的年收益取決于他們的質押金規模。如果驗證者被發現創建了欺詐性區塊，則該驗證者將被「罰沒」，即該驗證者的一部分質押金會被「銷毀」且該驗證者將被驅逐出網絡；而揭發惡意參與者的驗證者將獲得獎勵。

與PoW挖礦所需的高性能游戲電腦或專門設備相比，成為PoS驗證者的技術障礙更低：只需一臺普通的筆記本電腦以及一個可靠的、保持在線的互聯網連接即可。以太坊核心開發團隊的希望是，通過允許更多人參與保護網絡，能夠使以太坊從長遠來看更加安全(盡管Eth2并不阻止驗證者聯合起來創建更大的質押池)。

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以太坊的全新PoS系統的一個測試版本，也即信標鏈，已經于2020年12月1日啟動，并一直在持續運行，當前有超過16,384個激活的驗證者在運行模擬，盡管當前信標鏈沒有真實的交易數據。信標鏈將與當前這條保存了以太坊交易歷史記錄的以太坊鏈進行合并，以創建以太坊2.0。

解決以太坊的其他問題

以太坊不是首個采用PoS共識模式的加密網絡。許多年輕的競爭對手已經在使用PoS，包括2018年推出的?Solana、AvaLab的?Avalanche?平臺、NBATopShot?開發商DapperLabs創建的Flow區塊鏈以及以太坊聯合創始人CharlesHoskinson推出的?Cardano?平臺等。這些新興平臺緊跟以太坊的腳步，提供更低的交易費用和更快的速度，以吸引下一波基于區塊鏈的app開發者。

由于其在所謂的dApps(運行在區塊鏈上的去中心化應用)開發者中的日益流行，以太坊網絡變得緩慢和擁擠。目前，以太坊每秒最多可以處理30筆交易；相比之下，Visa每秒處理約1,700筆交易，并聲稱可以處理多達24,000筆交易。網絡擁堵推高了用戶需要向礦工支付的交易費用。對于那些想要進行小額區塊鏈交易的人來說，以太坊上的交易費可能會超過實際轉移的金額，這促使一些人去尋找更便宜的替代方案。

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DappRadar?首席運營官PatrickBarile表示：「在區塊鏈的早期，大多數活動是(加密用戶)在金融類dApps上進行的更高價值交易——數萬、數十萬甚至數百萬。今年，更多的NFTs和新興游戲利用了區塊鏈。」DappRadar是一家跟蹤多個區塊鏈平臺上的dApps數據采集和分析公司。

這些由用戶驅動的應用要求更快的交易速度和更低的成本。作為首個提供所謂智能合約(允許運行dapps)的區塊鏈，以太坊在開發者中擁有早期優勢。「在2015年，這是真正的創新，」Barile說道。「但現在，以太坊的開發者正在將更多交易路由到其他從第一天起就支持PoS的鏈上，該機制讓它們變得更快、更便宜。」

今年7月下旬，在巴黎舉行的EthCC(以太坊社區大會)上，以太坊聯合創始人VitalikButerin講述了這些問題，并敦促開發者將以太坊網絡拓展到DeFi應用之外，并強調即將努力提高以太坊的可擴展性，解決其高交易費和擁堵問題。

然而，「合并」本身并不能做到這一點。Eth2FAQ(常見問題)頁面寫道：「『合并』僅限于升級以太坊的共識機制。在實踐中，它不會對當前以太坊的用戶體驗產生任何影響。」

不過，Eth2計劃的階段二將通過引入備受期待的特性和功能，直接解決網絡速度和費用問題。其中包括「Rollups」和「分片」，前者能夠將多筆交易捆綁成一筆交易并在鏈下進行處理，但會將交易記錄存儲在以太坊的區塊鏈上，后者是一種將以太坊的數據庫進行分割以便實現更快地檢索的方法。Buterin曾表示，這二者和其他的改進方法可能最終允許以太坊網絡每秒處理100,000筆交易。

CoinDesk分析師ChristineKim表示，這些所謂的Layer2方案「將幫助用戶和dApps在短期內過渡到一個更靈活的系統，該系統在去中心化和安全性方面有所折衷，但將為用戶提供他們所需的低費用和快速交易。」Kim還表示，雖然當前其他鏈在交易速度和成本方面有優勢，但「以太坊積累了其他鏈沒有的dApps開發者和用戶生態系統。」

社區中的爭議

即便是在「合并」發生之前，對以太坊費用市場進行變更的爭議性提案EIP-1559(將于8月4日的以太坊倫敦升級時實施)也可能會帶來適度的費用降低，或者至少對以太坊網絡用戶而言帶來更多的費用可預測性。EIP-1559將取代當前以太坊交易費的「最高價拍賣」過程，而是由協議針對特定交易自動生成一個最低「基本費用」(BaseFee)來確定交易費。

然而，或許更重要的是，EIP-1559改變了以太坊礦工激勵機制：曾經直接流向礦工的交易費將在此提案實施后被銷毀，除了用戶選擇性地支付「小費」(Tips)以讓自己的交易更快被處理。被銷毀的ETH將從流通中移除，因此有助于抑制ETH的通脹。(與比特幣2100萬的總量上限不同，以太坊對可以鑄造的ETH的總數沒有設定上限。)

各種估計得出結論，交易費的損失可能會使礦工的收入減少20%到35%。即使在改用PoS機制之后，以太坊的激勵模式的變化仍然存在風險，可能會迫使一些對此不滿的礦工離開該網絡，試圖破壞它或者啟動一條競爭鏈。事實上，一些大型礦工表示抗議EIP-1559的費用變化，這促使以太坊開發者們加快了「合并」的時間表，以促使潛在的麻煩制造者更快地離開網絡。

多數分析師預計，向PoS的轉變將推高ETH的價格，至少在短期內是這樣。這是因為流通中的ETH數量預計將下降，這是由于大量ETH被質押，同時一些作為交易費被「銷毀」的ETH將從流通中移除。CoinDesk的建模還表明，在PoS系統下，新的ETH將會更慢地被鑄造出來。

目前還沒有正式的「合并」日期，分析師們預計將在明年年初進行。「但是，就在他們估計明年年初之前，他們說今年年底會進行合并，」Kim說道。「其中的技術風險是很大的，所以如果合并進一步推遲，我不會感到驚訝。這種規模的升級是極其風險性的。因此，開發者將面臨很多壓力，需要反復檢查他們的代碼。但毫無疑問，它會發生的。」

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