以太坊:以太坊向PoS的過渡 合并會如何影響應用層？

以太坊向 POS（權益證明）的過渡——合并——已近在眼前：開發網正在建立，規范正在敲定，社區宣傳也已緊鑼密鼓展開。合并的目的是最小化對以太坊的終端用戶、智能合約和 DApp 的運作方式產生影響，也就是說，有一些小變化值得強調。在我們深入了解它們之前，這里有幾個鏈接，以提供關于整個合并架構的背景。

路線圖的演變 

合并后的客戶架構

這篇文章的其余部分將假設讀者對上述內容很熟悉。對于那些想更深入了解的人來說，可在此查閱 The Merge 的全部規格。

執行層 

共識層 

API 引擎    

合并后，POW（工作證明）區塊將不再存在于網絡中，以前 POW 鏈的內容會成為信標鏈（Beacon Chain）上創建的區塊的一部分。那么你可以認為 Beacon 鏈成為了以太坊 POS 鏈的（權益證明）共識層，取代了之前的工作證明共識層。信標鏈區塊將包含 ExecutionPayloads，它是合并后當前工作證明鏈上的區塊等價物。

以太坊鬧鐘服務漏洞已導致黑客盜取價值約26萬美元ETH:10月20日消息，以太坊鬧鐘服務（Ethereum Alarm Clock）漏洞被利用，目前已導致約 26 萬美元被盜取。

以太坊鬧鐘服務讓用戶能夠通過預先確定接收方地址、發送金額和交易時間來安排未來的交易。根據區塊鏈安全和數據分析公司派盾（PeckShield）透露，黑客設法利用預定交易過程中的漏洞，從取消交易的返還 Gas 費用中獲利。Web3 安全公司 Supremacy Inc 也提供安全更新，指出根據 Etherscan 交易歷史顯示，黑客已經獲取了 204 個 ETH，價值約 259,800 美元。（Cointelegraph）[2022/10/20 16:31:08]

下面的圖片顯示了這種關系。

法國巴黎銀行等三大巨頭利用以太坊和Tezos技術探索數字資產結算業務:11月19日消息，法國巴黎銀行、法國CA CIB銀行和法國投資公司Caisse des Depots宣布共同啟動一項探索數字銀行間貨幣（DIBC）的項目。該項目選擇利用Ethereum和Tezos區塊鏈技術來探索如何在平臺上結算涉及數字資產的金融交易。探索該項目的企業還包括標記化解決方案公司Tokeny和Blockchain Group子公司XDEV。該項目預計將于2021年完成。(AMBCrypto )[2020/11/19 21:17:50]

對于終端用戶和程序開發人員來說，這些 ExecutionPayloads 是與以太坊交互的地方。這一層的交易仍將由執行層客戶端（Besu, Erigon, Geth, Nethermind 等）處理。幸運的是，由于執行層的穩定性，合并只帶來了最小的破壞性。

合并后，以前包含在工作證明區塊頭中的幾個字段變得不能使用，因為它們與 POS（權益證明）無關。為了盡量減少對工具和基礎設施的干擾，這些字段被設置為 0，或其數據結構的等價物，而不是完全從數據結構中刪除。關于區塊字段的修改詳細內容可以參考 EIP-3675。

以太坊測試網開發者：階段0是Eth2啟動前的激勵測試階段:剛剛以太坊多客戶端測試網開發者Afri Schoedon發推稱，以太坊階段0是Eth2啟動前的激勵測試階段。[2020/9/29]

由于 POS（權益證明）并不像 POW（工作證明）那樣自然產生 omers（又稱叔叔區塊），每個區塊中的這些列表（omers）將是空的，這個列表的哈希值（omersHash）將成為一個空列表的 RLP 編碼哈希值。同樣地，由于難度和 nonce 是 POW（工作證明）的特征，考慮到它們的字節大小值，它們都將被設置為 0。

mixHash，另一個與采礦有關的字段，不會被設置為 0，而是包含信標鏈的 RANDAO 值。

關于這方面的更多詳細內容請看下面章節內容。

動態 | 企業以太坊聯盟在首爾開設區域辦事處:據ethnews報道，11月19日，企業以太坊聯盟（EEA）宣布在韓國首爾開設新的區域辦事處。EEA于去年2月在紐約成立，由數百家公司組成，致力于開發基于以太坊的企業區塊鏈解決方案的全面標準。EEA希望新的區域辦事處能夠幫助加速大規模采用EEA標準。[2018/11/22]

合并后，BLOCKHASH 操作碼仍可使用，但鑒于它不再能被通過工作證明哈希計算過程來鍛造，該操作碼提供的偽隨機性將大大減弱。

與此相關，DIFFICULTY 操作碼（0x44）將被升級并更名為 RANDOM。合并后，它將返回由信標鏈提供的隨機性信標的輸出。因此，這個操作碼將成為比 BLOCKHASH 更強大的（盡管仍有偏見）供應給程序開發人員使用的隨機性來源。

RANDOM 暴露的值將被存儲在 ExecutionPayload 中，其中 mixHash 是一個與工作證明計算相關的值。payload 的 mixHash 字段也將被重新命名為 random。

V神表示以太坊路線仍然將先Casper再分片:今日V神在王峰十問上表示：最初的計劃是將Casper創建成為以太坊上的智能合約，讓人們更輕松地設計開發，同時繼續開展分片工作。但是，在全權益認證和分片技術上，以太坊也已經取得了足夠的進展，如果繼續沿著這個路線圖，將導致更遭的產品，造成大量浪費，我們不得不重新構建Casper首個版本，然后選擇放棄。新的路線圖仍然是“先Casper后分片”，但是Casper的第一個版本將會被修改，以便它可以構成一個完整的Casper和分片部署。

Capser背后的核心思想是將基于“鏈”的權益認證的想法，和傳統拜占庭容錯（BFT）研究整合在一起，就像Lamport、Paxos、PBFT等等。許多人問我們，為什么不直接使用這些傳統算法？答案是，我們覺得這些算法既復雜又不適合區塊鏈的格式和需求，因此我們鉆研算法, 并創建了一個我們認為更簡單，更適合區塊鏈范式的版本。數據可用性問題是分片中最具挑戰性的問題之一。我也發現，許多其他項目，特別是那些擁有密碼學想法的項目，其實對于這個問題并沒有太過重視。[2018/6/22]

下面是一個關于 DIFFICULTY 和 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 操作碼返回塊頭中的 difficulty 字段。合并后，該操作碼更名為 RANDOM，指向之前包含 mixHash 的塊頭字段，現在存儲來自信標鏈狀態的 random 值。

在 EIP-4399 中正式確定的這一變化，也為鏈上應用提供了一種評估合并是否已經發生的方法。

來自 EIP：

此外，本 EIP 提出的變化允許智能合約確定是否已經升級到 PoS。這可以通過分析 DIFFICULTY 操作碼的返回值來完成，大于 2**64 的值表明交易正在 PoS 塊中執行。

合并將影響以太坊的平均區塊時間。目前在 POW（工作證明）下，平均每 13 秒就有一個區塊進入（實際區塊時間有一些差異），在 POS（權益證明）下，每 12 秒就有一個區塊進入，除非是由于驗證者離線或沒有及時提交區塊而錯過了一個時間段。在實踐中，這種情況只在<1% 的時段發生過。

這意味著網絡上的平均區塊時間將減少 1 秒，那些有計算一個特定的平均區塊時間需求的智能合約將需要考慮這一點。

在 POW（工作證明）下，總是有可能出現重排的情況，應用程序通常會等待幾個區塊在一個新的頭塊（head）上被開采出來，然后再將其視為不太可能從公認鏈中刪除，或 "確認"。在合并之后，我們反而有了 finalized（最終確定）的和 safe head（安全頭塊）的概念。這些區塊甚至可以比 "確認 "的 POW（工作證明）區塊更可靠地使用，但需要轉變觀念以正確使用。

一個最終確定的區塊是被大于 2/3 的驗證者接受為公認的區塊，要創建一個沖突的區塊，攻擊者必須燒掉至少 1/3 的總權益（stake）。在寫這篇文章的時候，這代表了以太坊上超過 100 億美元（或大于 250 萬 ETH）。

安全頭塊是指在正常的網絡條件下，我們期望被包含在公認鏈中的塊。假設網絡延遲小于 4 秒，大多數驗證者是誠實的，并且沒有對分叉選擇規則的攻擊，安全頭將永遠不會成為孤兒。

這里有一份詳細介紹在各種情況下如何計算安全頭的報告。此外，在即將發表的論文中安全頭塊的假設和保證正在被正式定義和分析。

合并后，執行層 API（如 JSON RPC）在詢問最新（latest）區塊時，將默認返回安全頭。在正常的網絡條件下，安全頭和鏈的實際頂端將是相等的（安全頭塊只落后幾秒鐘）。安全頭將比當前 POW(工作證明) 的最新（latest）區塊更不可能被重新掛起。為了暴露 POS（權益證明）鏈的實際頂端，一個不安全（unsafe）的標志將被添加到 JSON RPC 中。

最終確定區塊 (finalized) 也將通過 JSON RPC，通過一個新的最終確定的標志被公開。然后，這些可以作為工作證明確認的一個更有力的替代品。

下表對此進行了總結。

我們希望這篇文章能幫助程序開發者為備受期待的向 POS（權益證明）階段的過渡做好準備。

在接下來的幾周里，一個長期存在的測試網將被提供給更廣泛的社區進行測試，還有一個即將舉行的關于基礎設施、工具和應用程序開發人員提問的合并社區電話會議，并聽取關于合并的最新技術更新。

原文標題：《 How The Merge Impacts Ethereum’s Application Layer 》

原文作者：以太坊開發者、以太坊基金會社區經理 Tim Beiko

原文編譯：RexHuang7

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