研究员：Dazso#0947｜SnapFingers DAO 建设者

顾问：FibonacciSoup#5561 memeswap#8864

今年是作为“公链之首”的以太坊的变革之年，与权益证明 (PoS) 的合并将是迄今为止对以太坊最深刻的技术升级，其重要性仅次于创世区块的诞生。我们相信，PoS 通过更深入地将我们联系在一起和消除权力中心及其固有的缺点，将使 Web3 社会更加繁荣。

作为区块链或者说 Web3 的参与者，无论是作为开发者、矿工还是科学家等等，都有必要深入的了解此次升级所带来的影响，以及如何迅速融入升级后的 yield & defi。本文将系统的阐述 ETH1.0 到 ETH2.0 转型的始末，阐明 ETH2.0 所做出的改变内容，以及帮助参与者无缝过渡到 ETH2.0 生态中。

01

拂晓：ETH2.0 出现的始末

起因：为什么要合并？

以太坊的目标是成为世界级计算机，但就目前而言，以太坊仍然面临交易速度缓慢、手续费高昂、PoW 不环保等诸多问题。

· 首先老生常谈的是上面提到的低扩展性。以太坊网络支持数千个去中心化应用程序，每秒都需要处理大量交易，而采用 PoW 共识机制的以太坊 1.0，每秒只能处理约 10-50 笔交易，远小于 PayPal、Visa 等中心化网络，远无法满足用户对于交易速度的需求。

· 2020 年，DeFi Summer 促使以太坊网络上的交易量大幅增加，DappRadar 2020 Q3 Dapp 报告中指出，以太坊交易量在 2020 年第三季度猛增至 1195 亿美元，与第二季度相比增长了近 1200%。但随着而来的是网络堵塞，交易费猛增。甚至一度平均交易费用达到 14 美元的高度，刷新历史记录。所以，手续费高昂一直是以太坊被诟病的一个重要的点。包括 EOS 创始人 BM 在内的不少人感叹称：对于大多数正常规模的交易来说，以太坊交易费用太高了。

· 同时被诟病更多的，是 PoW 的高能耗等问题。PoW 机制下，矿工需要购买矿机硬件、布置矿池、消耗电力来获得相应收益。根据以太坊基金会 2021 年 5 月 18 日对 Digiconomist 研究成果的援引，以太坊矿工目前每年消耗 44.49 太瓦时的电量，相当于一个小型国家一年的耗电量。

改变：合并可以带来什么？

此次以太坊的合并，是解决以太坊可扩展性问题第 0 阶段，为后续可能到来的分片做铺垫。所以，这次合并升级并不涉及扩容技术，也不会降低以太坊主网高昂的 Gas 费（这个问题需要分片链与 Layer2 技术相结合才得以有效解决。在当前阶段，将部署信标链，验证者使用权益证明来创建区块。

The Merge 后的以太坊，主要会增加以下三大特性：

1）更公平

以太坊基金会认为，PoW（工作量证明）机制下，算力投资等级越高，硬件维护能力越高，这让大的资本相比散户来说，拥有更高的资本回报和优势；相比之下采用 PoS 机制，以太坊可以有效降低验证节点的准入门槛，任何用户只要质押 32 枚 ETH 即可加入验证者队伍（要知道 PoW 矿工的投入要远高于这个数字）。验证者的工作包括创建新区块（即矿工），以及检验新区块（未成为矿工），是由信标链随机分配的，不需要比拼算力，对硬件设备的要求大大降低，支持更多用户参与。只需一台普通的笔记本电脑以及一个可靠的、保持在线的互联网连接即可，所有质押者获得的投资回报率更平等，也由于质押者的数量更多，更去中心化。

2）更安全

PoS 很容易从攻击中恢复。V 神在《为什么要进行 PoS 》一文中论述到，在基于 GPU 挖矿的 PoW 中，攻击网络的成本仅仅是租用足够的 GPU 赶超现有矿工的成本，只需要花费少量的成本和时间就可以进行攻击工作。比如 ASIC 芯片挖矿需要 1/3 的持续成本(包括更新迭代硬件、维护、电力)和约 2/3 的资本成本。据计算，需要 487 美元左右。ASIC 以高昂的集中化成本提高安全级别，但这种高成本防范攻击使得整个网络趋于中心化，因为矿工加入的门槛也变高了。而在权益证明中，几乎全部是资本成本，即运行节点的成本。随着质押率的提高，攻击成本预计非常高，V 神个人预计这个数字最终会上升到 10000 美元左右。

在 PoW 网络中，如果遭到 51% 攻击，唯一的应对措施就是 “等到攻击者主动撤销攻击"。但这忽略了一种更危险的攻击可能性，这种攻击叫做产卵营攻击 (Pawn Camping Attack)，攻击者一次又一次地进行攻击，目的很明确，就是为了使整条链瘫痪。PoS 的情况会好很多。对于某些类型的 51% 攻击(特别是回滚最终确定的区块)，在权益证明中有一个内置的惩罚机制，通过这个机制，攻击者的大部分质押(并不包括其他人的)将被自动销毁。

同时，此次合并升级也正是为最后的分片链上线做准备。分片链的安全性将影响着整个以太坊网络，所以只有当安全性得到有效保障后，才能逐渐上线，分片链的验证者将由信标链随机分配，因为是随机的，所以一条分片链上的验证者难以进行串谋作恶，据以太坊团队介绍，该作恶的可能性小于万亿分之一，分片链的安全得以保障。

3）更节能

PoW 机制下，矿工需要购买矿机硬件、电力和矿池，这导致了对于能源的较大消耗，转化成 PoS 机制后，能够节约超过 95% 的能源消耗，原因是以太坊给质押者的收益只需要消耗少量的网络和电力费用。在全球减碳环保的大背景下，选择不消耗任何能源的 PoS 机制更符合以太坊网络可持续性发展的愿景。

02 深入：从矿工到验证者

验证者：ETH2.0 中的矿工

在 ETH2.0 中，“矿工”将被“验证者” (validators) 取代，这些验证者需要将 ETH 存入某个以太坊智能合约中 (这一过程称为“质押”(staking))。验证者质押的 ETH 将作为抵押品，以激励他们正确地完成验证工作。不履行验证工作 (比如因为离线) 或进行恶意行为的验证者，将导致其质押的 ETH 的一部分被销毁。另一方面，如果验证者行为得当，那么将会获得 ETH 奖励。

事实上，一个交易被敲定的过程要求验证者进行的“证明”(attestations) 实际上要比上文阐述的要更复杂一些。有两种类型的证明：一种是 LMD GHOST 投票，用于证明区块链的链头；第二种最为重要，是用于对两个检查点进行证明的 FFG 投票 (对区块链进行合理化和最终敲定)。如果验证者接收到的区块是有效的，那么验证者将对区块进行“证明”，实际上就是投票支持将该区块添加到区块链中。一个节点将不定期地被要求提议一个新区块，其他验证者将“证明”该区块。当区块链有多个分叉时，只有那条在其历史上积累了最多“证明” 的链才是正确的区块链。

所有验证者都会对每个检查点进行 FFG 投票，而只有一个随机选中的验证者子集在每个 slot (将区块添加到信标链的机会，每 12 秒出现一次)进行 LMD GHOST 投票。

此外，验证者还将不定期地参与到某个同步委员会 (sync committee) 中，同步委员会是一个由随机选择的 512 名验证者组成的小组，这些被随机选中的验证者将对区块头 (block headers) 进行签名，这样轻客户端就可以检索这些被验证过的区块，而无需访问整条历史链或整个验证者集。

验证者参与结果：质押奖励、惩罚和罚没 

1）奖励 

验证者需要质押的 ETH 用于作为“抵押品”，以激励验证者的诚实行为。随着验证者因为参与到保护网络中而获得奖励，这些被质押的 ETH 将随着时间的推移而增加。当确定验证者的投票合法并有效、且与大多数其他验证者一致时，那么验证者就会获得证明奖励。

当验证者被选中作为“区块提议者”(block proposer) 时，如果其提议的区块被“敲定”， 那么该验证者也将获得奖励。区块提议者也可以通过将有关其他验证者行为不当的证明打包进自己提议的区块中，从而增加自己获得的奖励。

2）惩罚

验证者可能受到的“惩罚”是以各种机制的形式来销毁一部分验证者质押的 ETH。当验证者未能提交一个 FFG 投票、提交延迟了或者提交了错误的 FFG 投票时，都会受到证明惩罚 (attestation penalties)。验证者余额被削减的数额，等同于如果他们提交正确的证明而本可以获得的奖励数额。这意味着，一个诚实但“懒惰”的验证者，他因为错过了证明而遭受到的最大惩罚，就是损失他如果以完美的方式进行证明时本可以获得的奖励金额的 3/4。注意，如果不参与 LMD GHOST 验证是不会受到惩罚的，只是无法得到相应的奖励。

此外，当验证者被分配至“同步委员会”(sync committee) 时，如果该验证者未能签名区块，那么其受到的惩罚将等同于如果他成功地签名区块时本可以获得的 ETH 价值。

3）罚没

罚没 (slashing) 是一种更严重的行为，这会导致验证者被强制从网络中移除，并导致相关的 ETH 质押金损失。

如果检测到严重的违规操作操作，验证者就会罚没。这意味着相当于其质押的 ETH 的 1/64 (最高可达 0.5 ETH) 将立即被销毁，然后进行一个为期 36 天的移除。在此期间，验证者的质押金将逐渐被削减；且在这段期间的中间点 (第 18 天)，该验证者还将受到额外的惩罚，惩罚大小将与此次罚没事件发生之前的 36 天内所有被罚没的验证者的 ETH 质押总额成比例。

这意味着，当更多的验证者被罚没时，此次罚没的量级将会增加。最大的罚没是所有被罚没的验证者的全部有效余额 (比如，如果有大量验证者被罚没，那么某个验证者可能损失其全部的质押金)。

03 浅出：不同参与者如何玩转 ETH2.0

对开发者：无缝过渡

在以太坊上工作的开发人员可以“高枕无忧”，因为用于合并前后架构的通用 API 以及对现有组件（如以太坊执行客户端 Geth）的重用，将确保无缝过渡的不间断开发体验。这意味着现有应用程序的返工率很低甚至没有。

PoW 和 PoS 接口的相似之处意味着无需更改 API。利用现有组件还可以确保无需重写智能合约或 dapp 或迁移基础设施。对于依赖随机操作码的 Dapp，可能需要更新一些基础设施。如果您是以太坊开发人员并希望提前开始测试您的 Dapp 和基础设施，鼓励使用最近推出的 Kiln 测试网来进行。增加的客户端选择和灵活性将允许开发人员混合和匹配以满足他们的需求，例如在执行层使用轻量级客户端和在共识层使用重量级 Staking 客户端。

迁移到 PoS 还意味着更可预测的区块时间和费用，这将减少在设计 12 秒区块时间和使用 EIP-1559 建立的 base 费用的高流量解决方案时的不确定性。

对普通 Web3 玩家：质押挖矿

在完全切换共识后，以太坊的增发率会低至 2% 以下，增发会远低于目前。PoS 共识下的挖矿和理财比较相近，长期稳定下来的年化收益率预期在 10% 以下，传统矿工一年回本、两年翻倍的模式将不复存在。

可能很多玩家会说，质押 32 ETH 的门槛太高，会导致大部分 PoW 矿工无法参与其中。常言道，有求必有应，需求驱动供给的产生，诸如 Lido 等 Dapp 可以从门槛上进一步降低参与者的准入条件。如今 Lido 的 TVL 已达 195 亿美元，在 DeFi 项目 TVL 总榜中稳居第二，仅次于 Curve。

04 结语

根据 Bankless 以太坊第一季度报告，仅在 EIP1559 燃烧情况下，ETH 通胀率从 1.10% 下降 至 0.51%。按照目前的质押率，仅考虑转换 PoS，通胀率为 0.5-1% 左右，低于比特币的通胀率。两者叠加，ETH 既有可能进入通缩状态，将利好 ETH 价格。

合并过程或许不会一切顺利。首先合并后 PoW 矿机节点将全部下线，许多矿工可能会在合并之前退出网络，合并发生后也极有可能出现分叉。其次，如此重大的技术升级，也可能出现服务错误和黑客攻击。

在过去几年中，我们看到以太坊引领了 DeFi、NFT 等创新趋势，同时以太坊在提升性能方面从未停止脚步，PoS 合并会是这一进程中的重要一步。在元宇宙叙事的 Web3.0 下，以太坊是否能保持龙头公链的地位，建立一个更强壮的体验与生态，引入更多用户的参与，期待以太坊生态会有更好的表现。

参考：

https://newsletter.banklesshq.com/p/state-of-ethereum-q1-2022?s=rhttps://mp.weixin.qq.com/s/PNXIzQdaMmLMyn7f7WMeuw