以太坊: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。

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VitalikButerin在推特上參與討論“若監管通過某些協議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將與TornadoCash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Tornadocash，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？

Aurora CEO：彩虹橋已完全恢復，將深入審查相關問題:金色財經報道，Aurora CEO Alex Shevchenko發推稱，彩虹橋已完全恢復。用戶可以進行新的代幣跨鏈，也可以完成暫停前已經開始的代幣跨鏈。接下來將對該問題進行深入審查。

據此前報道，2月11日，Aurora CEO Alex Shevchenko發推稱，彩虹橋（Rainbow Bridge）已采取預防措施而暫停使用，沒有資金損失，團隊正在努力恢復彩虹橋。[2023/2/13 12:03:11]

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%。

中央財經大學：與中國銀行在數字人民幣領域深入開展合作:金色財經報道，中央財經大學近日與中國銀行簽署戰略合作協議，雙方將圍繞數字經濟、數字人民幣等方面開展研究，推動合作項目落地實施。根據協議，雙方還將進一步在銀校系統對接、數字人民幣等領域深入開展合作。（中央財經大學官方公眾號）[2021/10/5 17:24:39]

如果美國政府要求Lido、Coinabse、Kraken為代表的大型節點驗證者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。

圖源自DuneAnalytics

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。

下面，我們再來聊一聊應用層的問題。

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。

美國國會眾議員提出法案以深入研究商業中的區塊鏈技術:三名美國國會眾議院議員（兩名民主黨和一名共和黨）正式提出了一項新法案，以促使美國國會對區塊鏈技術進行更深入的分析。9月1日，民主黨眾議員Darren Soto、Doris Matsui及共和黨眾議員Brett Guthrie向眾議院提出了一項新法案，該法案隨后被提交給能源和商業委員會。該法案建議美國商務部長在與聯邦貿易委員會(FTC)磋商后“就區塊鏈技術的狀況以及在保護消費者和其他方面的使用情況進行研究并向國會提交報告”。（Cointelegraph）[2020/9/4]

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。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。

-客戶端架構

合并后客戶端架構.圖源自DannyRyan

-區塊結構

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totaldifficulty閾值，該值被稱為TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY。即一旦PoW鏈產生了一個帶有totaldifficulty>=TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY的塊，它將被視為鏈上最后的一個PoW塊。

工行業務總監：區塊鏈等技術在金融行業得到深入應用:工商銀行信息科技業務總監呂仲濤在接受記者采訪時表示，從技術基礎上看，中國正在躋身全球金融科技發展的“第一梯隊”，人工智能、大數據、區塊鏈等新技術在金融行業得到深入應用，很多銀行都在積極建設新技術平臺。從實踐運用上看，各行也紛紛加強金融科技的頂層設計和實施運用。他表示，經此一疫，各行業將加快生產要素、生產關系的重組升級和生產方式的變革突破，推動產業互聯網建設，進而推動金融服務供需關系的重塑。（經濟參考報）[2020/5/21]

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：

今晚8點袁煜明將做客《金色講堂》 深入解讀“什么是區塊鏈思維”:今晚20:00，火幣區塊鏈應用研究院院長袁煜明將做客《金色講堂》深入解讀“什么是區塊鏈思維”。袁煜明將從股份制的種種弊端出發對區塊鏈的出現給行業所帶來的改變進行一一講解。同時，袁煜明還會對區塊鏈機制目前所存在的問題進行全方位的解讀。詳情請關注今晚8：00的《金色講堂》。[2018/4/10]

圖源自DannyRyan

-執行引擎

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，具體包括與挖礦相關、叔塊獎勵相關。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。

圖源自DannyRyan

-BLOCKHASH&DIFFICULTY操作碼更改

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。

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：

圖源自DannyRyan

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。

-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，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

《HowTheMergeImpactsEthereum’sApplicationLayer》https://blog.ethereum.org/2021/11/29/how-the-merge-impacts-app-layer/

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