以太坊PoW&PoS合并The Merge在即，應用層會受到哪些影響？_以太坊

來源：以太坊官方博客

作者：以太坊開發者、以太坊基金會社區經理TimBeiko

以太坊網絡向權益證明的過渡即將到來：目前開發網絡正在建立，規范也進入最終確定，社區外展準備工作已經認真開始。TheMerge旨在過渡過程中對最終用戶、智能合約和dapps的運作方式產生最小的影響。也就是說，在這個過程中，有一些小的變化值得強調。在我們深入研究這些變化之前，下面有一些鏈接可以提供有關TheMerge整體架構的一些了解：

路線圖演變?合并后客戶端架構?本文的其余部分將假設讀者熟悉上述內容。對于那些想要更深入挖掘的人，下面可獲得TheMerge的完整規范：

執行層?共識層?引擎API?

區塊結構

以太坊合并之后，網絡上將不再存在工作量證明。相反，以前的PoW部分將成為信標鏈上創建的區塊的組成部分。然后，您可以將信標鏈視為以太坊新的PoS共識層，取代之前的PoW共識層。信標鏈區塊將包含ExecutionPayloads，這是當前PoW鏈上區塊的合并后等價物。下圖顯示了這種關系：

O(1) Labs和RISC Zero提出在Optimism上??添加兩項 zk-proofs 的提案:7月21日消息，O(1) Labs 和 RISC Zero 的兩項提案正在 Optimism 推進，以向 OP 鏈添加 zk-proofs。這些提交是為了響應旨在實現安全高效的跨鏈通信的提案請求。Optimism 基金會正在直接聯系 O(1) 實驗室和 RISC Zero，以“啟動該項目并更詳細地討論期望”。

據悉，Zk-proof 基礎設施和工具公司 RISC Zero 建議升級 Optimism 現有的故障協議，使用零知識證明來確保 Optimism 上狀態更改的正確性，減少實現最終確定的時間。孵化 Mina 協議的 O(1) Labs 提議使用 Kimchi（Mina 協議目前使用的 zk 證明系統）創建一種新的防錯解決方案，以有效地證明交易的正確執行。然后，這些證明用于通過智能合約更新以太坊網絡的狀態。[2023/7/22 15:51:32]

對于最終用戶和應用開發人員來說，這些ExecutionPayloads是與以太坊進行交互的地方。該層上的交易仍將由執行層客戶端處理。幸運的是，由于執行層的穩定性，TheMerge只引入了最少的破壞性更改。

數據：3月份NFT銷售額約為8.82億美元，環比下降約31%:4月3日消息，據CryptoSlam數據，3月份NFT銷售額環比下降31.42%，從2月份的10.3億美元銷售額下降至8.8289億美元。在這些銷售額中，有5.3789億美元是在以太坊區塊鏈上結算的，該區塊鏈占據了3月份銷售額的60%以上。基于Solana的NFT銷售額占3月份銷售額的10.57%，錄得9336萬美元，其次是Polygon（3616萬美元）、Immutable X（2882萬美元）和Cardano（1008萬美元）。

3月份最暢銷的NFT系列是Bored Ape Yacht Club (BAYC)，其銷售額為3581萬美元，盡管這一數字比上個月下降了48.19%。Cryptopunks是銷售額第二大的NFT系列，銷售額為3011萬美元，比2月份增長了87.95%。（Bitcoin.com）[2023/4/3 13:41:54]

挖礦和Ommer區塊字段

加密黑客在2022年的三個季度內盜取了超過25億美元:金色財經報道，根據Atlas進行的分析結果，在2022年第三季度，盡管最近一個季度的區塊鏈黑客數量與第二季度相比下降了43%，但黑客成功竊取了總計約4.83億美元的資金，在三個季度中，區塊鏈黑客損失的總金額為 2,570,117,825 美元，損失的金額是根據黑客或欺詐發生時特定加密貨幣的兌換率確定的。[2022/10/26 11:45:44]

合并后，之前包含在PoW區塊頭中的幾個字段不再使用，因為它們與PoS無關。為了最大限度地減少對工具和基礎設施的破壞，這些字段被設置為0，或者它們的數據結構的等效項，而不是從數據結構中完全刪除。你可以在EIP-3675中找到對區塊字段的完整更改內容。

因為PoS不會像PoW那樣自然產生ommers，所以每個叔塊中的這些列表將為空，這個列表的哈希將成為RLP編碼哈希的一個空列表。同樣，因為PoW還包含了難度和隨機數，所以此后它們將被設置為0，同時賦予它們字節大小值。

英國保守黨黨首競選完成第四輪投票 進入第五輪投票候選人名單公布:7月19日消息，當地時間7月19日，英國保守黨議員完成對競選保守黨黨首的4名候選者的第四輪投票。進入第五輪投票的候選人名單出爐，他們是：前財政大臣里希·蘇納克（118票）、前國防大臣彭妮·莫當特（92票）和外交大臣伊麗莎白·特拉斯（86票）。這些候選人還將面臨1輪投票，直到剩下最后2名角逐者。之后，約16萬名保守黨成員將對最后2名候選人進行投票，結果將于9月5日宣布，屆時鮑里斯·約翰遜將移交首相辦公室的鑰匙。（央視新聞）[2022/7/20 2:24:24]

另一個與挖礦相關的字段mixHash不會設置為0，而是包含信標鏈的RANDAO值。下文將會對此進行更多介紹。

BLOCKHASH&DIFFICULTY操作碼更改

合并后，BLOCKHASH操作碼仍可使用，但考慮到它不再通過PoW哈希程序偽造，此操作碼提供的偽隨機性將弱得多。

研究表明：缺乏對比特幣的了解是使用比特幣的最大障礙:金色財經報道，Cash App母公司 Block. Inc的一項新的國際研究表明，缺乏對比特幣的了解是人們不購買它的主要原因。該調查于 1 月和 2 月進行，重點關注 14 個國家，51% 的受訪者表示，他們不購買比特幣的主要原因是他們“對比特幣了解不夠”。其他主要原因包括網絡安全和盜竊風險 (32%) 以及價格波動過大 (30%)。?在至少對加密貨幣有相當了解的受訪者中，不購買比特幣的主要原因是價格波動（30%）和不確定的監管前景（29%）。?(the block)[2022/5/27 3:44:41]

相關地，DIFFICULTY操作碼(0x44)將被更新并重命名為RANDOM。合并后，它將返回信標鏈提供的隨機信標的輸出。因此，與BLOCKHASH相比，盡管仍然存在偏差，此操作碼將成為應用程序開發人員使用的更強大的隨機源。

RANDOM公開的值將存儲在ExecutionPayload中，其中存儲了與PoW計算相關的值mixHash。Payload的mixHash字段也將被重命名為random。

這是DIFFICULTY&RANDOM操作碼在合并前和合并后如何工作的說明：

合并前，我們看到0x44操作碼返回區塊頭中的難度字段。合并后，重命名為RANDOM的操作碼指向先前包含mixHash的區塊頭字段，現在存儲來自信標鏈狀態的隨機值。

這一變化在EIP-4399中得到正式化，也為鏈上應用程序提供了一種評估合并是否發生的方法。根據這個EIP的介紹：

此外，此EIP提出的更改允許智能合約確定是否已升級到PoS。這可以通過分析DIFFICULTY操作碼的返回值來完成。如果值大于2**64，則表示交易正在PoS區塊中執行。

出塊時間

合并將影響以太坊的平均區塊時間。目前在PoW下，平均每約13秒產出一個區塊，實際區塊間隔時間有相當大的差異。在權益證下，區塊間隔將恰好為12秒，除非由于驗證者離線或因為他們沒有及時提交區塊而錯過了某個時隙。在實踐中，發生這種情況的插槽<1%。

這意味著網絡上的平均出塊時間減少了約1秒。在計算中假設特定平均區塊時間的智能合約需要考慮到這一點。

安全頭區塊和最終區塊

在PoW下，區塊重組在一直都可能出現。應用通常會等待在新頭區塊上挖出幾個區塊，然后再將其視為該區塊已不太可能從規范鏈中被刪除，或已經得到“確認”。在合并之后，我們有了最終和安全的頭部區塊的概念。這些區塊可以比“已確認”的PoW區塊更可靠地使用，但需要改變理解才能正確使用。

最終確定的區塊是指被超過2/3的驗證者接受為規范的區塊。要創建一個沖突區塊，攻擊者必須至少銷毀ETH總質押數量的1/3，在撰寫本文時，這意味著超過100億美元的ETH。

安全頭區塊是指在正常網絡條件下，我們希望包含在規范鏈中的區塊。假設網絡延遲小于4秒，大多數驗證者都是誠實的，并且沒有對分叉選擇規則的攻擊，那么safehead將永遠不會成為孤兒塊。此處提供了詳細介紹如何在各種情況下計算safehead的演示文稿。此外，safehead的假設和保證將在即將發表的論文中得到正式定義和分析。

合并后，執行層API在要求提供最新區塊時將默認返回安全頭。在正常的網絡條件下，safehead和鏈的實際頂端將是等效的。與當前的PoW最新區塊相比，safehead不太可能被重組。為了公開PoW鏈的實際提示，將向JSONRPC添加一個unsafe標志。

最終區塊也將通過JSONRPC公開，通過一個新的finalized標志。然后，這些可以作為PoW證明的更強大的替代品。下表總結了這一點：

區塊類型共識機制JSONRPC發生重組的條件headPoWlatest可以預料到，必須小心使用headPoSunsafe可以預料到，必須小心使用safeheadPoSlatest可能發生，但需要大的網絡延遲或對網絡的攻擊才能實現。confirmedPoWN/A不太可能發生，因為需要大部分算力來挖一個深度>#確認的競爭鏈。finalizedPoSfinalized極不可能發生，因為需要超過2/3的驗證者來完成一個競爭鏈，需要至少1/3被削減。

下一步

我們希望這篇文章可以幫助應用程序開發人員為備受期待的PoS過渡做好準備。在接下來的幾周內，有一個測試網將可供更廣泛的社區進行測試。還有一個即將到來的TheMerge社區呼吁基礎設施、工具和應用程序開發人員提出問題并聽取有關TheMerge的最新技術更新。

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感謝MikhailKalinin提供“SafeHead”部分的核心內容，感謝DannyRyan和MattGarnett審閱這篇文章的草稿。

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