October 5, 2022

摘要

2022年9月15日，以太坊完成了信標鏈與原主鏈合併(The Merge)，標志著以太坊正式從工作量證明 (PoW) 轉到權益證明 (PoS) 的網絡，這為以太坊未來的擴容打下堅實的基礎。
為避免誤導大衆，以太坊核心團隊倡導摒棄ETH1.0與ETH2.0代號，而用共識層與執行層來表述。
以太坊公鏈一直存在的問題是手續費(Gas Fee)太貴、每秒交易數量(TPS)太低、擴展性差以及能耗太高，分片(Sharding)等一系列升級將解決上述問題，但還需要相當長的時間。

以太坊合併完成，成功從PoW轉向PoS

在詳細解釋以太坊合併之前，我們先簡單回顧以太坊 (Ethereum) 網絡的升級路線圖。從2013年以太坊白皮書發佈以來，先後經歷了大大小小20餘次升級。其中比較重要的升級包括2020年12月的信標鏈上線、2021年柏林和倫敦升級以及2022年9月的合併。

什麽是以太坊合併？

為了以太坊合併，2020年12月1日以太坊推出了與主鏈並行的信標鏈(Beacon Chain)，信標鏈是運行權益證明共識PoS的網絡，而原先的以太坊主鏈則是運行工作量證明PoW的。在2022年9月15日，信標鏈完成與原主鏈的融合，正式過渡到PoS，而PoW成爲過去式並且開啓一個更可持續、更環保的新以太坊時代。過渡到PoS後的網絡被稱作“ETH2.0”。

那爲什麽要進行合併呢？在我們看來主要有兩大方面原因。

首先是減少能源消耗，以太坊最初便因採用PoW(礦工使用他們的計算硬件來解决難題，導致消耗大量能源)而消耗過多能源被詬病，但是轉爲PoS後，能夠節省99.95%的能源。節省能源意味著企業的採用可能會加快，特別是那些具有環境、社會和治理(ESG)要求的機構。以太坊的聯合創始人、區塊鏈公司Consensys 創始人 Joe Lubin 告訴《Times》雜誌，他已經和幾家“主要金融機構”談過，這些機構一直在等待合幷，以“顯著參與”以太坊中。

Chart, bar chartDescription automatically generated — 不同平臺和軟件的能源消耗對比，來源：Ethereum.org

其次，由於以太坊的高昂費用和擁堵，許多其他潛在用戶都遠離了它。2020年開始用戶數量的急劇增加，使得以太坊網絡擁擠不堪，交易處理速度非常慢，導致手續費 (Gas Fee) 變得愈來愈高，有時單筆交易需要上百美元的費用。當然，合併不會直接消除或者降低這些費用，但合併的完成將爲推出新技術以擴展以太坊網絡奠定基礎。這是實現以太坊願景真正令人激動的一步，也就是“更高的可擴展性、安全性和可持續性”。

合併完成後，以太坊網絡升級計劃剛好完成55%，接下去的路依舊漫長且重要。

合併後的以太坊運行

摒棄ETH1.0/ETH2.0代號

合併後原來的PoW被遺棄，取而代之的是信標鏈作爲運行節點的共識層(Consensus layer)，確保為網絡做出貢獻的所有設備都按照規則行事，並懲罰那些不遵守規則的設備；而原主鏈則成爲執行層（Execution layer），是所有智能合約和網絡規則所在的地方。

原主鏈 ETH1.0 → 執行層

合併後的信標鏈 ETH2.0 → 共識層

執行層 + 共識層 = 以太坊

MapDescription automatically generated — 網絡示意圖

但從2021年底開始，以太坊核心開發人員已經停止使用“ETH1.0”和“ETH2.0”術語，目前大多都是坊間或非正規場合使用。取而代之的就是執行層和共識層。這麽做的原因有以下幾點：

心理模型

人們會憑直覺認爲ETH1.0在前，ETH2.0在後；或者ETH2.0問世後，ETH1.0就不復存在了。但這兩種想法都不對。

包容性

隨著以太坊路線圖的演變，以太坊2.0已然無法準確代表以太坊路線圖。嚴謹準確的用詞選擇有助於讓最廣泛的受衆瞭解以太坊上的內容。

預防詐騙

惡意行爲者嘗試利用ETH2.0這一誤稱來欺騙用戶，告訴他們用ETH兌換“ETH2.0”代幣，或者要在ETH2.0升級之前必須以某種方式遷移 ETH。

權益質押澄清

有些權益質押運營商還使用“ETH2.0”代碼代表在信標鏈上質押的ETH。由于這些服務的用戶實際上並不會收到“ETH2.0”代幣，因此可能會造成混亂。不存在所謂的“ETH2.0”代幣；那僅代表用戶在特定運營商質押中的份額。

關於以太坊合併的誤讀

大衆對於理解以太坊合併有一些偏差，主要集中在以下幾點，以太坊官方也針對此解釋過：

「運行一個以太坊節點需要質押至少32個ETH」

這個理解是有偏差的。任何人都可以自由同步自己的以太坊自我驗證副本，即運行一個節點，不需要 32個ETH，合幷前後都不需要。“質押 32 ETH”是對出塊節點的要求。

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「合併將降低Gas Fee」

合幷是共識機制的改變，不是網絡容量的擴大，不會降低 Gas 費用。未來的升級才是針對網絡擴容的。

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「合幷後交易會明顯加快」

儘管存在一些細微變化，但交易速度將基本保持不變。根據以太坊官網的歷史數據，原PoW鏈每13.3秒能出一個區塊，現在PoS鏈下12秒出一個區塊。

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「一旦合幷完成就可一次性撤回質押的ETH」

這次的合幷升級尚未啓用對質押ETH的提款，以太坊的下次重大升級 – “上海升級”將啓用提款。而且出于安全原因，驗證者退出的速率將受到限制，預計每天有1350個驗證者可退出。

向互聯網規模級的網絡邁進

上文中提到以太坊公鏈一直存在的問題是手續費 (Gas Fee) 太貴、每秒交易數量 (TPS) 太低、擴展性差和能耗太高。能耗的問題已經解決，其他問題就要在合併的基礎上再更深層次的升級。

Gas Fee：網絡擁堵時，最高要支付上百美元的手續費，非常昂貴，不是大衆能承受的網絡；
TPS低：以太坊網絡當下每秒只能交易不到20筆，效率極其低下的網絡；
擴展性差：以太坊主鏈無法擴容，導致交易成本昂貴。

根據以太坊創始人Vitalik Buterin的想法，目前還沒有網絡能夠同時實現區塊鏈的三個特徵：擴展性、去中心化和安全性，這三個被稱作是區塊鏈的“不可能三角”理論 (關於更多不可能三角理論，可以在vitalik.ca閲讀)。在他看來分片技術 (Sharding) 可以相當程度上解決這個問題。所謂分片技術是將區塊鏈網絡裏的所有待處理任務進行分解，全網的節點也進行分組，每一組同時處理一個分解後的任務，這樣就從原先單一節點處理全網的所有任務變成了多組節點同時幷行處理。

DiagramDescription automatically generated — 區塊鏈網絡三個核心要素，來源: vitalik.ca

在不降低安全性和保持去中心化程度的同時，分片是一種很好的擴展方式，使用分片鏈，驗證者只需爲他們正在驗證的分片存儲/運行數據，而不是爲整個網絡存儲/運行數據。這加快了速度幷大大降低了硬件要求。分片最終會實現在個人筆記本電腦或手機上運行以太坊。會有更多的人能够在分片的以太坊中參與或運行客戶端。預計完成分片后，以太坊網絡的TPS能從目前不到20筆/秒，暴漲至10萬筆/秒，這將能達到互聯網級別的規模。