ASH:深入分析以太坊合并后的監管和應用層問題

隨著以太坊 Merge 時間節點將至，今天我們將探討以太坊合并之后會面臨哪些監管問題和應用層問題。

在我們推出“以太坊大合并”系列的第一篇文章里，主要為大家介紹了以太坊升級的原因、路線和當前進展。（深度 | 以太坊“大合并”之后，能治好Web3的精神內耗嗎？）

隨著以太坊 Merge 時間節點將至，今天我們將探討以太坊合并之后會面臨哪些監管問題和應用層問題。

2022 年8月16日，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin（V神）在推特上參與討論“若監管通過某些協議（如Lido、Coinbase等）的驗證者者對以太坊進行協議級別的審查，以太坊社區將如何反應”這一話題時表示，會將這種審查視為對以太坊的攻擊，并選擇通過更廣泛共識（social consensus）將這些驗證者的質押權益進行銷毀。

引起這個討論的導火索在于：近期，美國財政部海外資產控制辦公室（OFAC） 將與 Tornado Cash 有關的以太坊地址添加到制裁實體的名單中。但是目前對其的制裁都是處于中心化層面的操作，對于涉及到去中心化的智能合約部分，尚無法進行技術制裁。

這表明如果美國要想要徹底制裁 Tornado cash ，就必須要控制底層的以太坊鏈。那么就引出一個問題，假如美國政府對以太坊進行監管，會面臨什么？

對沖基金Third Point CEO：一直在深入研究加密貨幣:美國紐約對沖基金Third Point 首席執行官Daniel Loeb表示其一直在深入研究加密貨幣。（U.Today）[2021/3/1 18:05:03]

如果美國政府要對以太坊進行監管，最大的可能是要求大型PoS質押服務商對以太坊進行協議級別的交易審查。這并不是驗證者“作惡”，而是驗證者對鏈上地址的”針對性制裁“。

簡單來說，就是監控被制裁地址發出的所有請求，并將所有包含被制裁地址事務的區塊進行拒絕出塊即可，當一個區塊無法通過 66% 以上權益驗證投票通過時，該區塊的所有事務請求將會進行回滾，這也就意味著被制裁的地址將無法進行任何操作，并且驗證者不會面臨任何懲罰。

截至目前，以太坊全網質押的以太幣數量大約為 1300多萬 ETH，而通過 Lido 質押的以太幣數量已經占了約30.9%，Coinbase占了約14.7%，Kraken占了約8.5%。

如果美國政府要求Lido、Coinabse、Kraken為代表的大型節點驗證者（服務商）對以太坊進行協議級別的交易審查，作為具有美國法律實體的質押服務商很難拒絕類似要求。

Babel Finance創始人：中國投資者并未深入GME、狗狗幣交易背后的“革命”中:1月30日消息，香港加密貨幣貸款機構Babel Finance創始人兼首席執行官Flex Yang在采訪中表示，不管是GameStop（GME）事件還是狗狗幣的暴漲，從加密貨幣貸款機構的角度來看，中國的散戶投資者并沒有深入或積極地參與這場交易狂潮背后的真正“革命”。（Coindesk）[2021/1/30 18:28:04]

圖源自 Dune Analytics

針對可能出現的上述情況，在以太坊社區在 Twitter 上發起了一項投票討論，如果 OFAC 通過驗證節點對以太坊實施監管該怎么做。V神支持將上述情況視為對以太坊的攻擊，并通過更廣泛共識將這些節點的質押權益進行銷毀。

我們在上一篇曾提到：按照計劃，以太坊的 Merge 以“最小破壞”原則進行，使原來運行的應用客戶端可以無感地切換到PoS。也就是說，盡管是“最小破壞”，但在這個過程中，有一些小的變化仍然值得我們注意。本節就主要從應用開發的角度介紹在合并后，我們應該關注的方面。

南寧市深入推進“區塊鏈+”人社應用和“打包快辦”服務改革:8月20日，南寧市人社局召開專題黨組會，傳達學習市委十二屆十次全體（擴大）會議精神，并就抓好貫徹落實作出部署。會議強調，局系統廣大黨員干部要將思想認識統一到市委決策部署上來，將學習貫徹市委十二屆十次全體（擴大）會議精神和年度工作任務相結合，扎實推進各項中心工作；抓重點攻難點，切實保障和改善民生，千方百計保就業，兜住基本民生底線，深入推進“智慧人社”工作，深化“一門式”服務改革，深入推進“區塊鏈+”人社應用和“打包快辦”服務改革，確保完成全年目標任務。（南寧日報）[2020/8/23]

合并后，當前的 Eth1 和 Eth2 客戶端將成為以太坊的執行層和共識層（或引擎）。這意味著 Eth1 或信標鏈客戶端的節點運營商將需要運行堆棧的“另一半”以獲得完全驗證的節點。下圖顯示了合并后完整的以太坊客戶端架構。

合并后客戶端架構. 圖源自Danny Ryan

當合并發生時，信標節點將監視當前的 PoW 鏈并等待它達到預定義的total difficulty閾值，該值被稱為TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY。即一旦PoW鏈產生了一個帶有total difficulty >= TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY的塊，它將被視為鏈上最后的一個PoW 塊。

報告：區塊鏈等技術深入應用為在線娛樂帶來發展機遇:7月30日，中國音像與數字出版協會游戲出版工作委員會和中國游戲產業研究院聯合發布《2020年1-6月中國游戲產業報告》，報告稱，5G、云計算、虛擬化技術、編碼技術、人工智能、區塊鏈、數據中心等一系列互聯網新技術的深入應用，將為在線娛樂和云端經濟帶來新的發展機遇。這些新技術將加快云游戲及 AR、VR等多終端游戲的發展和升級迭代，能有效提升用戶體驗。（界面）[2020/7/30]

隨后，PoW 塊包含的數據將成為信標鏈塊的數據組成部分，而信標鏈則可以被視作為以太坊新的 PoS 共識層，取代之前的 PoW 共識層。

同時在進行共識驗證時，信標節點將與其執行引擎（升級前的以太坊客戶端）通信，并要求它生成或驗證ExecutionPayloads。ExecutionPayloads包含了父哈希、狀態根、基本費用和要執行的交易列表等信息。

一旦這些數據被生成或驗證，信標節點將與 p2p 網絡上的其他節點共享它們。

而對于終端用戶和應用程序開發人員來說，這些原來PoW鏈上的ExecutionPayloads仍然是他們與以太坊進行直接交互的位置，事務仍將由執行層客戶端處理，這使得他們可以無感切換到PoS鏈。下圖顯示了這種關系：

動態 | 貴陽青年代表團與立陶宛深入交流區塊鏈人才培養等問題:據貴陽日報消息，日前，貴陽市青年代表團赴白俄羅斯、立陶宛、波蘭進行交流訪問，在立陶宛期間，代表團考察了維爾紐斯區塊鏈研究中心，雙方就開展區塊鏈人才培養、技術合作等進行了深入交流。[2018/9/25]

圖源自Danny Ryan

合并之后，執行引擎主要負責狀態管理，區塊創建和驗證功能，而不再包含與共識相關的任何操作。因此，執行引擎被進行了部分修改，這些修改在EIP-3675中進行了描述，主要包含以下三點：

首先，修改了區塊的部分數據字段。將原有區塊中幾個僅與 PoW 相關的字段設置為0（或其數據結構的等效項），具體包括與挖礦相關（difficulty, mixHash, nonce）、 叔塊獎勵相關（ommers, ommersHash）。此外，extraData的長度在主網上也將被限制為 32 字節。

其次，由于只有合并后的信標鏈才能進行出塊，因此執行引擎將停止處理區塊和叔塊獎勵。但交易手續費仍由其進行處理，即當執行引擎創建一個ExecutionPayload時，需確保所有交易的發起者至少能夠支付當前baseFeePerGas的費用，并且將剩余的交易手續費發送到feeReceipient。注意，feeReceipient指的是升級前的以太坊地址，而不是信標鏈驗證者地址。

最后，一旦 PoS 取代 PoW，執行引擎將不再負責廣播區塊，但仍會通過 p2p 網絡進行交易的廣播。具體過程為，首先用戶將交易通過本地的 RPC 請求發送到共識客戶端，在那里它們將被打包到信標塊中。然后，共識客戶端將在他們的 p2p 網絡中廣播信標塊。

下圖表明了以太坊合并時的過程：首先停止PoW出塊，其次信標鏈塊在合并后開始持有 ExecutionPayload。

合并后，BLOCKHASH 操作碼仍可使用，但由于它不再通過工作量證明生成對應的Hash值，所以此操作碼提供的偽隨機性將被大大減弱。

與此同時， DIFFICULTY 操作碼 (0x44) 將會更名為 RANDOM并返回由信標鏈提供的隨機數值。因此，該值將替代 BLOCKHASH成為應用程序開發人員可使用的更好隨機源（盡管仍然存在偏差）。

RANDOM 值將存儲在 ExecutionPayload 中原有mixHash的位置，該值與工作量證明計算相關。升級后該值被重命名為 random。

下圖解釋了合并前后 DIFFICULTY 和 RANDOM 操作碼的工作原理：

合并前，我們看到0x44操作碼返回區塊頭里的 difficulty字段。合并后，負責生成隨機數的 RANDOM操作碼則指向原有 mixHash字段，該字段被重名為 random。

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，但實際區塊間隔時間會由于網絡擁堵的情況，而存在相當大的差異。但在PoS下，區塊間隔為固定的12 秒，除非發生某些極端情況，如：驗證者離線或未及時提交區塊而錯過了某個插槽。

綜上，升級后網絡的平均出塊時間將減少近 1 秒，這提高了交易的速率。注意：如果智能合約中存在與特定平均出塊時間相關的邏輯，則在計算時開發人員需要考慮到這一點。

好了，今天的分享就結束了，下一篇，我們探討以太坊合并之后將面臨的安全問題，歡迎持續關注我們的分享。

參考文獻：

《升級前夕，以太坊社區面臨監管擔憂》 https://www.defidaonews.com/media/6772646

《How The Merge Impacts Ethereum’s Application Layer 》 https://blog.ethereum.org/2021/11/29/how-the-merge-impacts-app-layer/

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