以太坊的 PoS 冒险之路

随着加密货币成为主流以及越来越多的人了解它的实际运作方式，该领域中最大的参与者比特币和以太坊面临着越来越多的批评，指责其为了保持区块链运行而实施的挖矿操作对环境的破坏。

根据 Digiconomist 的数据，仅这两个网络消耗的能源就超过了整个泰国(人口: 9000万)。今年 5 月，特斯拉 CEO 埃隆·马斯克 (Elon Musk) 宣布，该公司将不再接受比特币作为支付方式，原因是担心“用于比特币挖矿和交易的化石燃料使用量迅速增加”。同月，绿色和平组织 (Greenpeace) 表示，将停止接受比特币捐款，尽管该组织自 2014 年以来一直接受比特币捐款。

最近 NFTs (非同质化代币，也即在区块链上加密的数字艺术品和其他限量版收藏品) 的蓬勃发展使以太坊成为人们关注的焦点，大多数 NFTs 都在以太坊上进行买卖。目前，一笔以太坊交易消耗的电力相当于一个美国家庭一周的平均用电量，其碳足迹相当于 140,893 笔 Visa 信用卡交易或观看 YouTube 视频 10,595 小时。而数百万美元的 NFT 销售额对地球来说也付出了高昂的代价。

但在 2022 年初的某个时候，以太坊将通过一次称为「合并」(The Merge) 的事件来推出其有史以来最重要的升级，承诺将网络能耗降低 99% 以上，将这个 2015 年启动的区块链网络定位为加密用户和开发者的「绿色」选择。经过五年多的研发，以太坊2.0 (即 Eth2) 的明确目标是让这条快速增长的区块链“更加可扩展、更加安全、更加可持续”。

这场重大转变的背后

这次升级最重要的部分是对这个去中心化网络的交易验证方式 (也即其「共识机制」) 进行根本性改变。与比特币类似，当前的以太坊网络使用的是所谓的 PoW (工作量证明) 共识机制，而在 Eth2，以太坊将切换到一个全新的 PoS (权益证明) 共识机制，该机制将完全消除耗能的加密货币挖矿，取而代之的是「staking」(质押)。

我们知道，当你用借记卡或 Venmo 这样的应用向某人支付时，你是在信任一个中央第三方 (比如银行) 来验证交易，即确认支付请求是合法的，然后从你的账户中正确地扣款并记录交易。而在一个去中心化的支付系统 (比如区块链) 中，交易的验证和记录都是由分布在整个网络的数千个「节点」(通常被称为「矿工」) 来进行的。理论上，这些节点并不知晓彼此，它们仅仅是个人或者团队运行的计算机。那么，去中心化网络是如何确保节点诚实，不会试图执行欺诈交易或以其他方式导致网络崩溃呢?

其中一种方法就是通过 PoW。目前，随着交易通过以太坊网络进行，网络中的矿工们会竞相聚合、验证这些交易并将它们记录到一个新的、以加密方式进行保护的「区块」中，每个区块都是给定时间内网络上所有被验证交易的永久记录。作为这项工作的回报，以太坊的矿工们可以获得 ETH 奖励，以及由用户支付的额外交易费。创建一个新区块就像是一场高科技开锁比赛，而这场比赛是为了解决一个有意设计的数学难题。

这种计算需要强大的计算机和大量的能源来维持运行，该计算的成本带来了类似“游戏皮肤”的功效，使之充当了一种进入障碍，阻止 (攻击者) 对区块链的随意攻击并使得攻击系统变得无利可图。一旦某个矿工挖出了新区块 (也即解决了上述数学难题)，该新区块将传输给网络上的其他对等节点进行验证。而如果矿工试图将一个欺诈性的区块打包上链，该区块将被拒绝，且该矿工也将因此而失去区块奖励以及为了打包该区块而支出的电力成本。

一个矿工的计算能力越强，他“赢得”区块并获得奖励的机会就越大。ETH (从一年前的 300 美元到今年 7 月下旬的 2200 美元) 和其他加密货币价格的上涨引发一场「军备竞赛」，矿工们聚集专业的计算机并往往联合起来以提高他们获得挖矿奖励的概率 (这对于区块链技术的去中心化乌托邦理想而言是一种威胁)。

在这场低利润的博弈中，能源成本是一个关键变量，因此挖矿作业往往聚集在电力便宜的地区，比如水力发电丰富的中国四川和云南，或者是通过燃煤发电厂获得廉价电力的新疆。在中国政府今年 5 月开始打击加密货币挖矿业务之前，据估计全球 65% 至 75% 的比特币挖矿发生在中国。《财富》杂志采访的内部人士表示，仅六、七家公司就处理了大部分的比特币挖矿。

相比之下，以太坊的 PoS 新模式将依赖于一个「验证者」(validators) 网络，而不是让矿工竞相解决数学难题来获得创建新区块 (并获得区块奖励) 的特权，这些验证者需要至少质押 32 ETH (截止 7 月底价值约合 72,000 美元)。算法将以半随机的方式选出由哪个验证者来创建网络中的新区块；质押了超过 32 ETH 的验证者会增加他们被选中的几率，这有点像购买更多的抽奖券可以增加中奖率。

新创建的“候选”区块将由网络中的其余验证者进行验证，这类似于 PoW 这种旧模式，但验证者不会像 PoW 矿工那样对于每个挖出的区块获得固定的奖励，他们获得的年收益取决于他们的质押金规模。如果验证者被发现创建了欺诈性区块，则该验证者将被「罚没」，即该验证者的一部分质押金会被「销毁」且该验证者将被驱逐出网络；而揭发恶意参与者的验证者将获得奖励。

与 PoW 挖矿所需的高性能游戏电脑或专门设备相比，成为 PoS 验证者的技术障碍更低：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。以太坊核心开发团队的希望是，通过允许更多人参与保护网络，能够使以太坊从长远来看更加安全 (尽管 Eth2 并不阻止验证者联合起来创建更大的质押池)。

以太坊的全新 PoS 系统的一个测试版本，也即信标链，已经于 2020 年 12 月 1 日启动，并一直在持续运行，当前有超过 16,384 个激活的验证者在运行模拟，尽管当前信标链没有真实的交易数据。信标链将与当前这条保存了以太坊交易历史记录的以太坊链进行合并，以创建以太坊2.0。

解决以太坊的其他问题

以太坊不是首个采用 PoS 共识模式的加密网络。许多年轻的竞争对手已经在使用 PoS，包括 2018 年推出的 Solana、Ava Lab 的 Avalanche 平台、NBA Top Shot 开发商 Dapper Labs 创建的 Flow 区块链以及以太坊联合创始人 Charles Hoskinson 推出的 Cardano 平台等。这些新兴平台紧跟以太坊的脚步，提供更低的交易费用和更快的速度，以吸引下一波基于区块链的 app 开发者。

由于其在所谓的 dApps (运行在区块链上的去中心化应用) 开发者中的日益流行，以太坊网络变得缓慢和拥挤。目前，以太坊每秒最多可以处理 30 笔交易；相比之下，Visa 每秒处理约 1,700 笔交易，并声称可以处理多达 24,000 笔交易。网络拥堵推高了用户需要向矿工支付的交易费用。对于那些想要进行小额区块链交易的人来说，以太坊上的交易费可能会超过实际转移的金额，这促使一些人去寻找更便宜的替代方案。

DappRadar 首席运营官 Patrick Barile 表示：“在区块链的早期，大多数活动是 (加密用户) 在金融类 dApps 上进行的更高价值交易——数万、数十万甚至数百万。今年，更多的 NFTs 和新兴游戏利用了区块链。”DappRadar 是一家跟踪多个区块链平台上的 dApps 数据采集和分析公司。

这些由用户驱动的应用要求更快的交易速度和更低的成本。作为首个提供所谓智能合约 (允许运行 dapps) 的区块链，以太坊在开发者中拥有早期优势。“在 2015 年，这是真正的创新，”Barile 说道。“但现在，以太坊的开发者正在将更多交易路由到其他从第一天起就支持 PoS 的链上，该机制让它们变得更快、更便宜。”

今年 7 月下旬，在巴黎举行的 EthCC (以太坊社区大会) 上，以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 讲述了这些问题，并敦促开发者将以太坊网络拓展到 DeFi 应用之外，并强调即将努力提高以太坊的可扩展性，解决其高交易费和拥堵问题。

然而，「合并」本身并不能做到这一点。Eth2 FAQ (常见问题) 页面写道：“「合并」仅限于升级以太坊的共识机制。在实践中，它不会对当前以太坊的用户体验产生任何影响。”

不过，Eth2 计划的阶段二将通过引入备受期待的特性和功能，直接解决网络速度和费用问题。其中包括「Rollups」和「分片」，前者能够将多笔交易捆绑成一笔交易并在链下进行处理，但会将交易记录存储在以太坊的区块链上，后者是一种将以太坊的数据库进行分割以便实现更快地检索的方法。Buterin 曾表示，这二者和其他的改进方法可能最终允许以太坊网络每秒处理 100,000 笔交易。

CoinDesk 分析师 Christine Kim 表示，这些所谓的 Layer 2 方案“将帮助用户和 dApps 在短期内过渡到一个更灵活的系统，该系统在去中心化和安全性方面有所折衷，但将为用户提供他们所需的低费用和快速交易。”Kim 还表示，虽然当前其他链在交易速度和成本方面有优势，但“以太坊积累了其他链没有的 dApps 开发者和用户生态系统。”

社区中的争议

即便是在「合并」发生之前，对以太坊费用市场进行变更的争议性提案 EIP-1559 (将于 8 月 4 日的以太坊伦敦升级时实施) 也可能会带来适度的费用降低，或者至少对以太坊网络用户而言带来更多的费用可预测性。EIP-1559 将取代当前以太坊交易费的「最高价拍卖」过程，而是由协议针对特定交易自动生成一个最低「基本费用」(Base Fee) 来确定交易费。

然而，或许更重要的是，EIP-1559 改变了以太坊矿工激励机制：曾经直接流向矿工的交易费将在此提案实施后被销毁，除了用户选择性地支付「小费」(Tips) 以让自己的交易更快被处理。被销毁的 ETH 将从流通中移除，因此有助于抑制 ETH 的通胀。(与比特币 2100 万的总量上限不同，以太坊对可以铸造的 ETH 的总数没有设定上限。)

各种估计得出结论，交易费的损失可能会使矿工的收入减少 20% 到 35%。即使在改用 PoS 机制之后，以太坊的激励模式的变化仍然存在风险，可能会迫使一些对此不满的矿工离开该网络，试图破坏它或者启动一条竞争链。事实上，一些大型矿工表示抗议 EIP-1559 的费用变化，这促使以太坊开发者们加快了「合并」的时间表，以促使潜在的麻烦制造者更快地离开网络。

多数分析师预计，向 PoS 的转变将推高 ETH 的价格，至少在短期内是这样。这是因为流通中的 ETH 数量预计将下降，这是由于大量 ETH 被质押，同时一些作为交易费被“销毁”的 ETH 将从流通中移除。CoinDesk 的建模还表明，在 PoS 系统下，新的 ETH 将会更慢地被铸造出来。

目前还没有正式的「合并」日期，分析师们预计将在明年年初进行。“但是，就在他们估计明年年初之前，他们说今年年底会进行合并，”Kim 说道。“其中的技术风险是很大的，所以如果合并进一步推迟，我不会感到惊讶。这种规模的升级是极其风险性的。因此，开发者将面临很多压力，需要反复检查他们的代码。但毫无疑问，它会发生的。”