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合并于 2022 年 9 月 15 日执行, 它完成了以太坊向权益证明共识的过渡,以太坊正式弃用了工作量证明并将能源消耗减少了约 99.95%。
什么是合并?
合并是指以太坊的原有执行层(从创世块开始就一直存在的主网)加入其新的权益证明共识层,即信标链。 合并摒弃了消耗大量能源的挖矿,而是通过质押以太币来保护网络的安全。 这是实现以太坊愿景 — 可扩展性、安全性和可持续性更强 — 这一过程中真正激动人心的一步。
以太坊状态:交易、应用程序、合约、余额
信标链最初是与主网分开上线的。 以太坊主网(所有帐户、余额、智能合约和区块链状态)仍继续由工作量证明保护,即便与此同时,与之一起运行的信标链采用权益证明。 合并是指这两个系统最终整合在一起之时,而工作量证明被权益证明永久取代。
想象一下,以太坊是一艘还没有完全准备好进行星际航行的就已经起飞的宇宙飞船。 借助信标链,社区构建了新的引擎和坚固的外壳。 经过大量测试,是时候在飞行途中通过“热插拔”用新引擎更换旧引擎了。 将新的、更高效引擎装入现有飞船后,飞船就能够 开始许多光年的航行并占领整个宇宙。
与主网合并
直到合并之前,工作量证明一直保护着以太坊主网的安全。 这使得我们都习惯的以太坊区块链在 2015 年 7 月诞生,并且具有我们熟悉的所有功能 — 交易、智能合约、帐户等等。
纵观以太坊的历史,开发人员一直在为从工作量证明到权益证明的最终过渡做准备。 信标链于 2020 年 12 月 1 日创建,它作为独立的区块链与主网一起运行。
信标链最开始并不处理主网上的交易。 而是通过对活跃的验证者及其账户余额达成一致来就自己的状态达成共识。 经过广泛测试后,是时候让信标链就真实数据上达成共识了。 合并后,信标链将成为所有网络数据的共识引擎,包括执行层交易和账户余额。
合并代表正式转变成使用信标链作为区块生产引擎。 挖矿将不再是生产有效区块的手段。 而是由权益证明验证者承担这个角色,并且现在负责处理所有交易的有效性及提出区块。
历史记录不会在合并中丢失。 随着主网与信标链合并,它还合并以太坊的整个交易历史记录。
用户与持有 者
对于持有者/用户而言,合并不会带来任何变化。
再次提醒:作为以太币或以太坊上任何其他数字资产的用户或持有者,以及非节点运营的质押人,不需要在合并之前对你的资金或钱包做任何事情以加入合并。以太币还是以太币。 没有像“旧以太币”/“新以太币”或“以太坊 1”/“以太坊 2”这样说法,钱包在合并前后的工作方式一样 — 告诉你其他说法人很可能是骗子。
虽然权益证明替代了工作量证明,但是以太坊自创世块以来的全部历史记录都完整保留且没有改变。 合并前你钱包里的所有资金在合并后仍可使用。 你不需要采取任何行动来升级。
有关以太坊安全的更多内容
节点运营商与去中心化应用程序开发者
主要操作项目包括:
- 同时运行共识层客户端和执行层客户端;合并之后,获取执行数据的第三方端点将不可用。
- 使用共享 JWT 密钥对执行层和共识层客户端进行身份验证,以便它们能够安全地通信。
- 设置“费用接收人”地址,以接收你赚取的交易费的小费/矿工可提取价值。
如果没有完成上述操作的前两项,会导致你的节点被视为“离线”,直到这两层都完成同步和身份验证。
不设置“费用接收人”将仍然允许验证者像往常一样运行,但你将无法获得交易费小费和矿工可提取价值,这些你原本可以在你的验证者提出的区块中赢得。
在合并之前,执行层客户端(比如 Geth、Erigon、Besu 或 Nethermind)足以接收、正确验证和传播由网络传播的区块。 合并之后,包含在执行负载中的交易的有效性也将取决于包含它的“共识区块”的有效性。
因此,一个完整的以太坊节点现在同时需要执行层客户端和共识层客户端。 这两种客户端使用一个新的引擎应用程序接口协同工作。 该引擎应用程序接口需要使用 JWT 密钥进行身份验证,密钥提供给两种客户端以允许安全通信。
主要行动项目包括:
- 除了安装执行客户端外,还需要安装共识客户端
- 使用共享的 JWT 秘钥对执行客户端和共识客户端进行身份验证,以便它们可以安全地彼此通信。
如果不能及时完成上述项目,在合并之后你的节点会显示为“离线”,直到两层都同步并通过身份验证。
合并和能源消耗
合并标志着以太坊工作量证明的终结,从此以太坊将进入一个可持续性更强、更加环保的时代。 以太坊的能耗预计会下降 99.95%,这使得以太坊成为一个绿色环保的区块链。 了解有关以太坊能源消耗的更多信息。
合并与扩容
合并还为在工作量证明下无法实现的进一步可扩展性升级奠定了基础,使以太坊更接近实现以太坊愿景中概述的全面可扩展、安全性和可持续性。
合并的误区
以太坊节点有两种类型:可以提议区块的节点和不能提议区块的节点。
可以提议区块的节点只占以太坊节点总数的一小部分。 这类节点包括工作量证明 (PoW) 下的挖矿节点和权益证明 (PoS) 下的验证者节点。 该类别需要投入经济资源(例如工作量证明中的 GPU 哈希算力或权益证明中的质押以太币),以换取有时提出下一个区块并获得协议奖励的能力。
网络上的其他节点(例如大部分节点)不需要投入任何经济资源,只需一台有着 1 到 2 TB 的可用存储空间并且可以连接互联网的消费级计算机即可。 这些节点不提出区块,但它们仍然在网络安全中扮演着关键的角色,通过监听新的区块,在区块到达时根据网络共识机制验证它们的有效性,并对所有的区块产出负责任。 如果区块是有效的,节点将继续通过网络传播它。 如果区块出于任何原因无效,节点软件将会忽略它将他视为无效区块并停止传播。
任何人都可以在任一种共识机制下(工作量证明或权益证明)运行非区块产生节点;我们强烈鼓励所有有办法的用户这样做。 运行一个节点对以太坊非常有价值,并为任何运行节点的个人提供额外的好处,如改进的安全性、隐私性和抗审查性。
拥有运行自己独立节点的能力对于维持以太坊网络的去中心化极其重要。
[有关运行自己节点的更多信息](/运行节点/)
交易的“速度”可用多种方式衡量,既可以是入块时间,也可以是最终确定的时间。 这些变化都是很轻微的,用户不会注意到
以前,工作量证明机制的目标是每 13.3 秒产生一个新的区块。 在权益证明机制下,时隙每 12 秒精确出现一次,每个时隙都是验证者发布区块的机会。 大多数时隙都有区块产出,但不一定全部都有(即验证者离线)。 在权益证明机制下,区块的产生频率比工作量证明下提升了约 10%。 这是一个相当微不足道的变化,用户不太可能注意到。
权益证明引入了以前不存在的交易最终确定概念。 在工作量证明机制下,回滚一个区块的难度将随着在它之后因交易产生的区块数目的增加而呈指数增长,但这个难度却永远不会归零。 在权益证明机制下,区块打包在一起放入由验证者投票的时段中,时段为 6.4 分钟的时间跨度,包含 32 次出块机会。 当一个时段结束时,验证者投票来决定是否认为该时段“合理”。 如果验证者同意证明该时段的合理 性,它将在下一个时段中最终确定。 撤销最终确定的交易在经济上是不可行的,因为它需要获得并销毁超过 1/3 的质押以太币总量。
在主网没有支持取款功能时,质押的以太币和质押奖励一直被锁定。 提款功能计划在即将进行的上海升级中推出。
这似乎与上面提到的在上海升级之前不启用提款功能的做法冲突,但验证者将立即在区块提出过程中获得费用奖励/矿工可提取价值。
协议发行以太币是对为达成共识做出贡献的验证者的奖励。 共识层代表了新发行的以太币,而且每个验证者都有一个唯一的地址来保存其质押的以太币和协议奖励。 这部分以太币在“上海升级”前一直锁定。
执行层上的以太币与共识层分开计算。 当用户在以太坊主网上执行交易时,必须用以及币支付燃料费,包括给验证者的小费。 这个以太币已经在执行层并且不是由协议新发行的,因此可以立即提供给验证者(前提是正确的“费用接收”地址已提供给客户端软件)。
上海升级启用提款功能后,会激励所有验证者将其质押余额提取到超过 32 个以太币即可,因为这些资金不会增加收益并且不提取还会被锁定。 取决于年化利率(由质押的以太币总量决定),激励可能会导致验证者退出,以收回他们的全部余额,或者验证者也可能会把他们的奖励进行再质押,以赚取更多收益。
这里有一个重要说明 — 验证者完全退出的速率会受到协议限制,因此每个时段只能退出 6 个验证者(即每 6.4 分钟,因此每天可有 1350 个验证者可退出,或者说超过 1000 万个质押的以太币中,每天只有约 43200 个以太币可退出)。 速率限制会根据质押的以太币总量进行调整,以防止大量资金外流。 另外,它可以防止潜在的攻击者使用他们的质押进行可罚没的行为,并在协议能够执行罚没的同一时段提取他们的全部质押余额。
以太坊故意将年化利率设置为动态调整,这就允许市场上的质押人来权衡他们愿意为保护网络付出多少资金。 启用提款功能后,如果速率过低,验证者将以协议限制的速率退出。 逐渐地,这就会为所有留下来的验证者提高年化利率,因而吸引新的质押人或者让退出的质押人回归。
“以太坊 2”发生了什么?
“以太坊 2”一词已弃用。 在将“以太坊 1”和“以太坊 2”合并为一条链之后,将不再需要区分两个不同 的以太坊网络;只有以太坊。
为了减少混乱,社区更新了这些条款:
- “以太坊 1”现在是处理交易和执行的“执行层”。
- “以太坊 2”现在是处理权益证明共识的“共识层”。
这些术语的更新仅会改变命名约定;不会改变以太坊的目标及路线图。
了解有关“以太坊 2”重命名的更多信息
升级间的关系
以太坊所有升级都存在一些关联。 因此,让我们回顾一下合并与其他升级的关系。
合并与信标链
合并表示正式采用信标链作为原有主网执行层的新共识层。 合并之后,将分配验证者以保护以太坊主网的安全,工作量证明机制下的挖矿将不再是有效的区块生产方式。
相反,区块由验证节点提出,验证节点质押以太币以获得参与共识的权利。 这些升级为未来的可扩展性升级(包括分片)奠定了基础。
信标链合并与上海升级
为了简化并顺利过渡到权益证明,合并升级将不包括某些预期的功能,如提取质押以太币的功能。 上海升级计划在合并之后进行,以确保质押人能够提款。
请随时关注 GitHub 上的上海升级计划问题或 以太坊基金会研发博客。 如果感兴趣,请详细了解 Vitalik 在 2021 年 4 月的 ETHGlobal 活动中发表的演讲:合并后会发生什么。
合并与分片
最初的计划是在合并之前进行分片,以解决可扩展性问题。 然而,随着二层网络扩容解决方案方兴未艾,工作重点已经变成首先从工作量证明过渡到权益证明。
分片计划正在迅速发展,但随着扩展交易执行的二层网络技术的兴起和成功,分片计划已变为寻找最佳的负载分配方式,来存储来自卷叠合约中的压缩调用数据,这使得网络容量呈指数级增长。 如果不先过渡到权益证明,这是不可能的。
分片延伸阅读