以太坊合并升级迫在眉睫，会带来什么机遇？

以太坊，作为当前区块链世界中规模最大、应用最广泛的网络，如今将再次迎来升级的里程碑事件：主网“The Merge”预计于 9 月 15 日或 16 日启动。

回顾以太坊开发之初的路线图，该项目在“「真正意义的世界计算机」”的终极目标下，长期路线图就被设想为四个阶段。每个阶段都由一组以太坊改进提案 ( EIPs ) 界定，自 2015 年 7 月公开主网上线以来，升级一直在行进。

目前已完成家园（Homestead，2016 年 3 月），拜占庭（Metropolis Byzantium，2017 年10 月），大都会（ Metropolis 包括 2019 年 2月开始的君士坦丁堡和 2019 年 12 月开始的伊斯坦布尔两个版本的升级）等三轮升级。

如今已经来到以太坊的第四阶段，也是暂时的最后阶段，是被称为「以太坊 2.0」或「Serenity」的阶段。合并（Merge）则是这一阶段的重要节点，意味着以太坊将正式从 PoW（工作量证明）的工作机制转变成为 PoS（权益证明）的工作机制。

TinTinland 在《关于以太坊合并，你需要知道的一切》一文中讲述了以太坊合并升级的细节，那么如何理解这一升级的重要性？以及这一升级之后有可能带来的变化与机遇是什么？接下来本文将主要聚焦以上更进一步的问题，进行探讨。

以太坊合并的重要性

想要了解以太坊合并的重要性，需要溯源到 PoW 与 PoS 。

事实上，以太坊在 2020 年 12 月 1 日就上线了一条名为信标链（The Beacon Chain）的全新权益证明（PoS）区块链，以早早做好与以太坊主网合并的准备。

之所以想要过渡至 PoS，减少能源消耗是主要诉求。

当前的以太坊网络依赖于 PoW (工作量证明) 协议来确保其网络的安全性。PoW 协议非常重要，因为它们支撑了早期创建的区块链网络，包括比特币与以太坊在内。在 PoW 系统中，形成共识需要矿工的工作量证明，为此，算法为每个新区块设置一个目标值，矿工们竞相通过自己的硬件设备使自己成为第一个计算出目标值并添加新区块的人。该新区块将被验证并添加至区块链账本中，而成功挖出该有效新区块的矿工将获得一定的奖励作为报酬。

但这也带来的问题是，由于只有一个矿工会找到正确的哈希，所以矿工们需要更快的速度，投入更多的硬件成本与计算成本；与此同时，其他未找到正确哈希的矿工投入的计算工作都将白白浪费。

币安在最新的研究中就表明，在 PoW 机制下面，以太坊每年的能源消耗高达 82.1 TWh（百万兆瓦时），相当于一个拥有 1900 万以上人口国家的能源消耗量，显然对环境和系统的长期可持续性产生了严重的负面影响。

除此以外，由于能源消耗的门槛较高，这种机制赋予了拥有更多计算资源的参与者不公平的优势。有钱有势的个人和组织能够负担得起数量更多、速度更快、功能更强大的计算机硬件，这使他们有更大的机会成功地解决每一个加密难题并获得奖励。

不过，由于以太坊挖矿通常使用普通家庭电脑就配备的 GPU (图形处理器) 就可以进行，因此以太坊挖矿的集中化风险并没有比特币那么高。然而这并不代表垄断和集中化的风险并不存在。

此外，因为 2017 年的拜占庭升级在当前的以太坊网络中引入了挖矿难度炸弹。这种设置在 2015 年被加入到代码中，是一种根据区块时间调整链难度的机制算法。该算法实现主要通过人为地增加挖矿难度，实现让矿工丧失挖矿动力，从而转向升级后的 PoS 链的目的。其中，难度炸弹中的动态参数调整算法较为复杂，该算法会在每 10 万个区块后将难度值增大一倍，以不断增加的区块高度推动挖矿难度指数级增长，直至难度增大到一定程度后，使得矿工无法获得区块领取奖励。

这一策略是为了实现将以太坊网络从 PoW 过渡到 PoS 而引入的，也是为何此次更新对于以太坊社区来说如此重要。

而 POS 要求矿工将其部分代币质押以验证交易。矿工被随机选择来验证一个区块，但那些持有更多股份或持有更长时间的人拥有优势，相比于 PoW 机制具备的优势在于能耗极低，以太坊基金会就在官网发布研究文章估计，以太坊在合并完成后，能源消耗至少能减少 99.95%。

此外在不少人看来，矿工向 PoS 节点 的转变也被视作可以减少过度中心化的风险的决策之一，因为它向任何拥有 ETH 的人开放了验证者的角色，而不是只向那些拥有昂贵挖矿设备的人开放。

以太坊合并带来的变化

在以太坊主网和信标链合并后，PoW 验证机制将被全新的 PoS 共识机制所取代，在以太坊主网和信标链合并后，PoW 验证机制将被全新的 PoS 共识机制所取代，那么以太坊完成合并之后，会产生哪些变化呢？又会带来哪些机遇呢？

架构：执行层与共识层

首先在架构上，合并后，当前的 ETH1 和 ETH2 客户端分别成为以太坊的执行层和共识层（或引擎）。这意味着 ETH1 或信标链客户端的节点运营商将需要运行堆栈的“另一半”，即运行执行层客户端和共识层客户端，以获得完全验证的节点。

共识层：合并后，PoW 块将不再存在于网络上，以前 PoW 块内容会成为在信标链上创建的块的组成部分，而信标链则可以被视作为以太坊新的 PoS 共识层，取代之前的 PoW 共识层。

执行层：合并之后，执行引擎主要负责状态管理，区块创建和验证功能，而不再包含与共识相关的任何操作。因此，执行引擎被进行了部分修改，这些修改在 EIP-3675 中进行了描述，主要包含以下三点：修改了区块的部分数据字段；由于只有合并后的信标链才能进行出块，因此执行引擎将停止处理区块和叔块奖励；一旦 PoS 取代 PoW，执行引擎将不再负责广播区块，但仍会通过 p2p 网络进行交易的广播。

出块时间：合并将影响以太坊的平均出块时间。从 PoW 理论出块时间的 13 秒变为 PoS 机制下的 12 秒，这意味着网络上的平均阻塞时间减少了约 1 秒，提高了交易效率。

目前，在以太坊正式进行合并之前，就已在其测试网上“提前预演”，2022 年 3 月 15 日，以太坊合并公共测试网 Kiln 上线，代表它已经成功过渡、升级到完整的 PoS 机制。

2022 年 6 月 8 日，以太坊完成了 Merge 的第一次彩排——测试网 Ropsten 顺利完成了合并。Ropsten 于 2016 年推出，是迄今为止运行时间最长的以太坊测试网。据以太坊核心开发者消息，在Ropsten 的合并过程中约有 14% 的验证者出现停机状况，但大多是由于错误的节点配置所导致的，这些问题很快得到解决。此外，在 Ropsten 上的合并被认为近乎完美，并且成为以太坊向 PoS 迁移的重要里程碑。

不过对于节点和用户而言，不理解这些概念也没有关系，按照计划，以太坊的 Merge 以“最小破坏”原则进行，使原来运行的应用客户端可以无感地切换到 PoS。现有的 DApps 仍将以几乎相同的方式进行交互，并且需要最少的更新。合并不会立即解决可扩展性挑战，但将为分片铺平道路，以提高数据可用性和带宽。

收益

从收益上，ETH 从产量会减少，具体表现为以太坊在 PoW 共识机制下，按照 13.5 秒计算出块，每个区块产生的奖励约为 2.1 个ETH，相应地一年出块奖励约为 491 万 ETH。

在合并转为 PoS 共识机制后， PoW 挖矿出块奖励将被取消，新增的 ETH 仅通过质押奖励发行，当前信标链上的总质押量为13,883,221 ETH，年化收益约为 4.2%，一年的ETH质押奖励约为 58.31 万 ETH。

综合来看，合并将会使 ETH 年通胀率从 4.3% 降低至 0.43%。而且合并后，每个区块 ETH 销毁的比例也相应增加。当以太坊的 Gas 费用大于等于 7gwei，ETH 被销毁的速度将大于 ETH 的发行速度，使得 ETH 的总量通缩。

最后，这次合并并不会马上解锁已质押的 ETH，质押的 ETH 自由提款时间在合并后的第一次分叉中进行，所以大概率不会造成 ETH 的短期抛压。另外，合并之后验证者开始获得费用奖励，收益将会增加一倍。但如果质押途中退出，将会使得收益减少。所以从验证者收益角度来看，合并之后也不太可能会造成ETH的市场挤兑。

显卡矿工的新选择

当以太坊完成合并，PoW 验证机制将被 PoS 所取代，曾经的矿工群体将受到最大影响。

大多数以太坊矿工使用 GPU，而比特币矿工使用更强大的 ASIC。这意味着以太坊转向 PoS 对 GPU 矿工来说是一个巨大的打击。以太坊目前占所有 GPU 挖矿活动的 97%，所有剩余的可挖矿 GPU 代币的总市值仅为 41 亿美元，仅为以太坊的 2%。这不足以支持 GPU 矿工。

那么，这是否意味着数百万曾经高效的 GPU 现在将闲置，它们的所有者失去了用加密货币赚钱的机会？不一定。对于他们而言，摆在面前的新选择，主要是以太坊的分叉链以及 Web3 算力协议。

前者是以太坊硬分叉后诞生的ETH（POW）链挖矿。后者是几种基于以太坊区块链构建的服务，它们利用分布式 GPU 的能力以去中心化的方式完成特定的计算任务，GPU 所有者会收到以太坊或 ERC-20 代币奖励作为回报。考虑以下两个例子：

• Livepeer 是一个去中心化的视频流服务，允许 GPU 所有者转码视频以换取加密货币奖励；

• Render Network 为 3D 图像的渲染提供了类似的服务，也允许 GPU 所有者通过捐赠算力来收集加密货币奖励。

也有来自 7 O’Clock Capital 的观点认为，未来 ZKP 矿工的市场可能与 PoW 挖矿的规模相似，参与 ZKP 挖矿将是 GPU 矿工的不错选择。

随着区块链发展以及隐私计算需求的兴起，零知识证明这一经典密码学算法有了新的应用前景，再次成为包括金融科技和大数据等相关行业关注的焦点。零知识证明最终成为网络计算完整性和隐私的事实媒介，这是合理的。因此在这种情况下，未来 ZKP 矿工的市场可能与 PoW 挖矿的规模相似，参与 ZKP 挖矿将是 GPU 矿工的不错选择。

目前 ZKP 技术主要应用在 Layer2 扩容，如可扩展智能合约公链 StarkNet，隐私 Layer2 公链 Aztec等；隐私 Layer1，如Aelo 、Mina  Zcash 等；去中心化存储，如 Filecoin 使用 ZKP (在 GPU 上运行)来证明网络中的节点正确存储数据。

目前也已经有矿池在布局 ZKP 挖矿，通过优化算法来吸引 GPU 矿机的加入。

以太坊合并升级之后

此次以太坊如能顺利完成合并升级，第三阶段的分片扩容则将马上提上日程。

在这个阶段，以太坊将从一条链扩展到共有 36 条分片链的最终状态，预计交易性能将随着分片的实施极大提高；

1) 分片是一种多阶段升级，旨在提高以太坊的可扩展性和容量；

2) 分片链为应用程序和汇总提供额外的、更便宜的存储层来存储数据；

3) 它们使第 2 层解决方案能够提供低交易费用，同时利用以太坊的安全性；

4) 本次升级计划在主网与信标链合并之后进行。

分片是水平拆分数据库以分散负载的过程——这是计算机科学中的一个常见概念。在以太坊环境中，分片将通过创建称为“分片”的新链来减少网络拥塞并增加每秒交易量。

最初的计划是在合并之前研究分片链，意在解决以太坊的扩展性问题，事实上，上一轮牛市中以太坊已经出现拥堵和高 Gas 费的问题，而 Solana 等高性能公链的崛起，也分流了以太坊大量用户，为了确保自身公链的龙头地位，扩容迫在眉睫。但技术难度和开发周期过长，同时鉴于最近在 Layer2 扩展解决方案研究和开发方面取得的进展，这促使合并升级优先于分片链。

信标链包含保持分片安全和同步的所有逻辑。信标链将协调网络中的质押者，将他们分配给他们需要处理的分片，还将通过接收和存储其他可访问的分片交易数据来促进分片之间的通信。这将为分片提供以太坊状态的快照，以使所有内容保持最新。

与此同时，随着 Rollup 技术的兴起和采用，以执行分片为中心的可扩展性路线图已经不是最优选择，以太坊团队认为，通过 Rollup 可以使以太坊扩展到满足 10 亿用户体量的需求，合并后的以太坊将成为一个强大的结算和数据可用层。

Rollup 是当今存在的“第 2 层”技术。它们允许 DApp 将交易捆绑或“汇总”到链下的单个交易中，生成加密证明，然后将其提交到链上，这减少了交易所需的数据。将此与分片提供的所有额外数据相结合，用户每秒可获得 100,000 笔交易。Rollup 并不是临时措施，也将作为扩容方案与分片长期共存。

在主网上线的 Arbitrum，严格意义来说，历史上第一个上线了主网的“通用性 Rollup Layer2 扩容方案”。

总结

以太坊合并升级仍然万众瞩目，它为以太坊改进以太坊主网的可扩展性、吞吐量和安全性提供了想象，但是在升级之外，还有其他的机遇吗？我们发现，GPU 挖挖矿也不是全无机会，同时随着第三阶段提上日程，分片与 Rollup 等扩容技术则有望获取更多人的注意力。

参考资料：

1.How The Ethereum Merge May Impact the Crypto Ecosystem: On-chain Indicators to Watch*

https://blog.chainalysis.com/reports/ethereum-merge/

2.The great renaming: what happened to Eth2?

https://blog.chainalysis.com/reports/ethereum-merge/

3.The Beginner’s Guide to Ethereum’s Roadmap: 

https://hackernoon.com/the-beginners-guide-to-ethereum-s-2020-roadmap-2ac5d2dd4881

5.一文了解以太坊合并和升级的那些事

https://www.defidaonews.com/media/6764770

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