以太坊的合并

内容 引言 3 以太坊发展阶段的下一阶段 12 14 17Krungsri Research观点：以太坊的合并 免责声明 除非明确声明，否则本出版物及其所有内容均受Krungsri Research的版权保护。因此，未经事先书面同意，禁止以任何形式重新使用、复制或修改本文本或其任何部分。本报告引用了众多已建立和可靠的来源，但Krungsri Research无法保证引用材料的绝对真实性。此外，Krungsri Research不会对因使用本报告或其中包含的数据而直接或间接产生的任何损失负责。本报告中的信息、观点和判断是Krungsri Research的观点，但本出版物并不必然反映Ayudhya公共公司有限公司或同一商业集团内其他公司的观点。本报告准确反映了Krungsri Research在发布日的思考和观点，但我们保留在没有事先通知的情况下更改这些观点的权利。 关于研究订阅，请联系krungsri.research@krungsri.com 引言 以太坊是一种基于区块链的技术，其管理和存储数据的方式与广为人知的比特币类似，但拥有其自身的原生代币。1/被称为以太币或ETH的一种加密货币，可能用于支付服务和交易费用。以太币与比特币的不同之处在于，它为用户提供额外的编程能力，这些能力可以编码以在满足某些条件后自动执行。这些“智能合约”提供的可能性是支撑以太币兴趣的一个因素，也是推动扩展其功能和提高其运营效率的努力的驱动力。最近，这导致了“合并”这一事件的发生，该事件标志着以太坊区块链运作方式的重大变化。 陈那叻·安蓬潘拿瓦特 Nathanon Ratanathamwat 并且 分析师chinnakrit.ampornpannawat@krungsri.com +662 296 2000 Ext. 10214 高级分析师nathanon.ratanathamwat@krungsri.com Pimnara Hirankasi 研究部分负责人pimnara.hirankasi@krungsri.com 区块链三难困境 在数字资产领域，区块链技术应被开发以在区块链网络中同时优化以下三个特征： 1) 去中心化在缺乏中介和其他类型中介的情况下进行运营的能力，即消除对中央权威的需求。2) 安全系统的威慑威胁能力以及维护网络安全的能力。一个安全的区块链确保交易完整性和敏感信息的机密性。3) 可扩展性区块链网络处理不断增长的交易和用户数量而不损害其性能的能力。 然而，投资者和区块链专家们一致认为，至少到目前，同时完全满足这三个要求是不可能的，这个问题被命名为“区块链三难困境”。 鉴于当前数字资产领域的格局，大多数区块链网络最多只能满足这三个要求中的两个。改善一个方面往往以牺牲另一个方面为代价。尽管以太坊既安全又去中心化3/然而，这一弱点已被以太坊的合并所解决，这构成了提升网络能力的一部分，并确保通过实现可扩展性、安全性和去中心化的完美平衡来解决区块链三难问题。 什么是以太坊的合并 在合并之前，为了验证交易、记录数据、账户余额以及运行在其上的智能合约，以太坊主网（即用于日常使用的实际以太坊区块链）基于工作量证明（PoW）共识算法。然而，使用PoW机制带来了显著的扩展性问题，因此为了克服这些困难，决定切换到权益证明（PoS）算法。从PoW到PoS共识机制的过渡 算法发生在了两个主要阶段：（i）在原网络旁边创建了一个独立但平行的网络主网被称为“信标链”，采用权益证明（PoS）机制；以及（ii）将信标链与现有主网合并的过程，也称为“合并”。 信标链作为以太坊区块链的一个独立层被开发出来。在切换到权益证明（PoS）共识算法的初始阶段，信标链与主网并行运行，使得开发者可以测试系统，并在问题出现时进行处理，而不会影响现有以太坊网络的功能。一旦证明信标链按设计运行，并且使用PoS机制不会对以太坊区块链上的用户造成问题，就可行将两个层进行整合。 以太坊主网和信标链已成功集成——这被称为“合并”。以太坊——因此，以太坊区块链现在完全运行在证明股权（PoS）共识机制上，而不是工作量证明（PoW）共识机制。机制。 在合并成功之后，以太坊网络现在正在考虑实施一种名为分片的新数据存储方法，该方法可能被用于区块链中。在这个系统中，网络被分割成独立的、自我管理的更小单位，称为分片，在以太坊网络中，这些分片可以相互连接。利用信标链，目标是64个分片链同时运行。此结果为 将允许整个以太坊网络每秒处理高达100,000笔交易（TPS），显著降低处理时间和成本，并大 幅扩展网络的扩展性。 工作量证明与权益证明共识算法 合并的核心目的是通过改变以提高以太坊网络的功能。所使用的共识算法。因此，这涉及从工作量证明（PoW）机制切换到权益证明（PoS）机 制。 1) 工作量证明（Proof of Work，PoW）系统通常涉及个人或组织，称为“矿工”，通过解决复杂数学问题以获得某种形式的奖励或支付。这样的一个问题可能就是找到一个大数的质因数，例如10,336,613的质因数，结果是2,903和3,571（虽然实际上，矿工解决的问题是远比这个例子更复杂的。）一旦某个矿工提出了该问题的解决方案，区块链上的其他参与者将确认这是正确的，在这个案例中，即是这两个数相乘得到10,336,613，并且如果大多数参与者得出结论认为所提出的答案是正确的，那么最初提出这个解决方案的矿工将获得相应的奖励。 解决方案将获得奖励。使用工作量证明（PoW）机制记录和编辑的一个优点是...区块链上的条目之所以安全，是因为创建或编辑条目需要大多数参与者的同意。然而，与 此同时，解决复杂的数学问题需要大量的计算能力，并且由于工作量证明（PoW）机制可能会导致矿工之间为争夺奖励而产生激烈的竞争——而奖励只会授予唯一的矿工——在这些过程中可能会消耗远比实际所需多得多的能源。在上面的例子中，解决问题涉及运行一个算法来寻找潜在的因子，直到找到正确的配对，尽管切换到更简单的计算，例如询问2,903和3,571的乘积是否是所需数字，将会简单得多。 2) 股权证明（PoS）机制随机选择验证者来解决数学问题，尽管被选为验证者的几率与个别参与者所质押的货币或代币的数量成正比。成功完成问题将获得奖励，尽管提供错误解决方案的验证者将被扣除账户余额。因此，PoS机制通常具有更轻的能量开销，因为避免了矿工之间竞争所涉及的无谓努力。然而，PoS共识算法仍有其缺点，最明显的是验证者可能合作形成卡特尔并共享回报，这与区块链过程透明度核心的去中心化原则相悖。 观察这两个机制，显然除了减少解决复杂数学难题涉及的能量消耗外，使用权益证明机制还有助于加速……交易验证与记录，因此通过实现这一过渡，以太坊的合并 有助于节省时间和电力。 Vitalik Buterin，ETH和以太坊区块链背后的俄罗斯程序员，在2022年EthCC会议上（这是一年一度的、致力于其命名技术的会议，2022年在巴黎于7月19日至22日举行）讨论了以太坊可能如何解决区块链三难问题。在会议上，Buterin概述了如何通过升级以太坊网络来实现它满足所有三个主要要求一个全面的区块链解决方案。在那个时刻，合并不仅仅是…90%已完成，仅剩一些Testnet的工作尚未完成5/后来宣布，截至2022年9月15日20:42泰国时间，以太坊的合并已成功完成。 我们最终确定了！ 快乐的合并，一切顺利。这是以太坊生态系统的一个重大时刻。所有帮助合并成为可能的人今天都应该感到非常自豪。” 维塔利克·布特林6/2022年9月15日 箱子 2通往合并之路 合并分两个阶段进行：7/ 1) Bellatrix2022年9月6日18:34在泰国时间发生了一个分岔。此阶段涉及确保信标链处于适合最终升级和合并的状态。 2) 巴黎以太坊的当前阶段即将将其共识机制从工作量证明（PoW）过渡到权益证明（PoS），这因此隐含地标志着以太坊矿工的终点。巴黎阶段是由使用PoW机制时以太坊区块链的终端总难度（TTD）达到预先指定的限制而触发的，从此点开始，PoS机制全面接管。 如Vitalik Buterin所述，合并通过多个阶段展开。8/. 2020年12月1日：信标链正式上线，运行在以太坊区块链上及使用与在以太坊主网上运行的原始PoW系统并行运行的PoS共识机制。 2021年4月15日：柏林升级实施5项以太坊改进提案（EIPs9/), 即EIP-2565、EIP-2315、EIP-2929、EIP-2718和EIP-2930。这些标准共同旨在提高交易效率、防范恶意攻击和加强整体网络安全。 2021年8月5日：通过引入一种新的交易定价模型，涉及燃烧ETH费用，伦敦升级使EIP-1559生效，通过这种方式，减少ETH硬币的供应，这最终可能导致通货膨胀的减少。 2021年10月27日：Altair 升级标志着自信标链推出以来的首次升级。2020年启动。Altair 升级因此增加了对升级轻客户端节点的支持，使仅运行在总区块链一部分的系统能够与区块链互动。Altair 升级还解决了验证问题，引入了激励机制和惩罚机制。 2022年3月15日：Klin合并升级了以太坊测试网，允许股东在全面实施PoS机制之前测试系统。 2022年6月8日：Ropsten合并是Ethereum测试网的第一次升级，初始化了过渡到使用权益证明的过程。 2022年7月6日：Sepolia合并是测试网的第二次升级。这完成了测试网向使用权益证明共识算法的过渡。 2022年8月11日：Goerli合并标志着在过渡到以太坊主网的权益证明机制之前，对测试网的最后一次升级。 2022年8月18日：以太坊合并的时机已最终确定，并根据以太坊区块链上最后一块矿块的终端总难度（TTD）进行设定。 2022年9月15日：以太坊合并在以太坊主网的第15537393个区块于06:42:42 UTC成功完成。 图3： 通往以太坊合并之路 将合并完成 在最近过去的时间里，针对加密货币的一种批评是其贪婪的能源消耗，许多人认为这种情况在未来只会加剧。特别是，加密货币行业对电力供应的需求在2018-2022年间急剧上升，估计该行业的全球年电力消耗在120-240太瓦时（TWh）之间。这是一个巨大的电力消耗量，并且除了一些主要经济体如…（此处原文省略）之外，还超过了这些经济体的总国家需求。阿根廷和澳大利亚，加密货币预计占全球能源的0.4-0.9%。 需求。10/与其它区块链一样，以太坊因过度能源消耗而受到指责，在合并之前，据估计以太坊 区块链每年使用46.31-93.98太瓦时（TWh）的电力。11/令人震惊的大量，导致碳足迹12/11,016,000 吨二氧化碳当量（CO e）。13/ 2 某些区块链过度能源消耗的问题源于使用了工作量证明（PoW）共识算法。这每年为全球能源需求贡献了近100太瓦时（TWh），这个数字本身就相当于哥伦比亚或捷克共和国全年的电力消耗量，因此这成为推动以太坊网络过渡到权益证明（PoS）机制的巨大动力。使用PoS系统验证交易产生的总电力需求仅为每年0.0026太瓦时，或者说大约是PoW总数的0.01%（即这代表着99.99%的能源节省）。从预计的整体消费来看，合并因此应使以太坊区块链从使用相当于中型经济的电力消耗转变为使用相当于拥有约2,100户家庭的美国小镇的电力消耗。14/与PoS系统相关的能源使用下降源于这样一个事实：该系统并非通过竞赛选择第一个正确答案的机制来选择验证者，而是采用了一种半随机选择过程来寻找验证者。15/谁遵守区块链法规以验证交易。因此，每个区块只有一个验证者。 如上所述，合并的目的是为了提高以太坊的可扩展性，并减少由于使用工作量证明（PoW）机制而导致的网络拥堵。此次升级还产生了双重效果，一方面有助于使以太坊更接近满足理想区块链的三个期望特征，另一方面也增加了网络的安全性。后者归因于 转换为权益证明