以太坊合并之后，将面临哪些监管问题和应用层问题？

随着以太坊Merge时间节点将至，今天我们将探讨以太坊合并之后会面临哪些监管问题和应用层问题。2022年8月16日，以太坊联合创始人VitalikButerin在推特上参与讨论「若监管通过某些协议的验证者者对以太坊进行协议级别的审查，以太坊社区将如何反应」这一话题时表示，会将这种审查视为对以太坊的攻击，并选择通过更广泛共识将这些验证者的质押权益进行销毁。引起这个讨论的导火索在于：近期，美国财政部海外资产控制办公室将与TornadoCash有关的以太坊地址添加到制裁实体的名单中。但是目前对其的制裁都是处于中心化层面的操作，对于涉及到去中心化的智能合约部分，尚无法进行技术制裁。这表明如果美国要想要彻底制裁Tornadocash，就必须要控制底层的以太坊链。那么就引出一个问题，假如美国政府对以太坊进行监管，会面临什么？

如果美国政府要对以太坊进行监管，最大的可能是要求大型PoS质押服务商对以太坊进行协议级别的交易审查。这并不是验证者「作恶」，而是验证者对链上地址的「针对性制裁」。简单来说，就是监控被制裁地址发出的所有请求，并将所有包含被制裁地址事务的区块进行拒绝出块即可，当一个区块无法通过66%以上权益验证投票通过时，该区块的所有事务请求将会进行回滚，这也就意味着被制裁的地址将无法进行任何操作，并且验证者不会面临任何惩罚。截至目前，以太坊全网质押的以太币数量大约为1300多万ETH，而通过Lido质押的以太币数量已经占了约30.9%，Coinbase占了约14.7%，Kraken占了约8.5%。如果美国政府要求Lido、Coinabse、Kraken为代表的大型节点验证者对以太坊进行协议级别的交易审查，作为具有美国法律实体的质押服务商很难拒绝类似要求。

以太坊完成升级后净提款数量已超1万枚ETH:金色财经报道，据TokenUnlock数据显示，自以太坊完成上海升级后，净提款数量（解除质押）已超1万枚ETH，暂无新存款存入质押。此外，当前有30.8万枚ETH处于待提款状态，价值约合5.6亿美元；网络共计24.5万名验证者，其中有348个验证者全额提款，其余为部分提款。[2023/4/13 14:00:44]

图源自DuneAnalytics针对可能出现的上述情况，在以太坊社区在Twitter上发起了一项投票讨论，如果OFAC通过验证节点对以太坊实施监管该怎么做。V神支持将上述情况视为对以太坊的攻击，并通过更广泛共识将这些节点的质押权益进行销毁。下面，我们再来聊一聊应用层的问题。我们在上一篇曾提到：按照计划，以太坊的Merge以「最小破坏」原则进行，使原来运行的应用客户端可以无感地切换到PoS。也就是说，尽管是「最小破坏」，但在这个过程中，有一些小的变化仍然值得我们注意。本节就主要从应用开发的角度介绍在合并后，我们应该关注的方面。合并后，当前的Eth1和Eth2客户端将成为以太坊的执行层和共识层。这意味着Eth1或信标链客户端的节点运营商将需要运行堆栈的「另一半」以获得完全验证的节点。下图显示了合并后完整的以太坊客户端架构。客户端架构

以太坊开发者提出EIP-3455提案，允许发送者召回代币:4月1日消息，以太坊开发者William Morriss和Baptiste Vauthey提交EIP-3455提案，该提案引入新的操作代码，允许任意的发送者地址召回发出的代币。目前，以太坊网络时常出现发送者将代币打入代币地址而不是接收者地址的情况，EIP-3455提案为恢复这些代币提供了解决方案。[2021/4/1 19:37:20]

合并后客户端架构.图源自DannyRyan区块结构

当合并发生时，信标节点将监视当前的PoW链并等待它达到预定义的totaldifficulty阈值，该值被称为TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY。即一旦PoW链产生了一个带有totaldifficulty>=TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY的块，它将被视为链上最后的一个PoW块。随后，PoW块包含的数据将成为信标链块的数据组成部分，而信标链则可以被视作为以太坊新的PoS共识层，取代之前的PoW共识层。同时在进行共识验证时，信标节点将与其执行引擎通信，并要求它生成或验证ExecutionPayloads。ExecutionPayloads包含了父哈希、状态根、基本费用和要执行的交易列表等信息。一旦这些数据被生成或验证，信标节点将与p2p网络上的其他节点共享它们。而对于终端用户和应用程序开发人员来说，这些原来PoW链上的ExecutionPayloads仍然是他们与以太坊进行直接交互的位置，事务仍将由执行层客户端处理，这使得他们可以无感切换到PoS链。下图显示了这种关系：

金色相对论丨林晗：以太坊2.0通过“信标链+多分片链”模式提高网络的可扩展性:在今日举行的金色相对论中，针对“以太坊2.0相对于以太坊1.0主要改进在哪里？”的提问，OKEx矿池运营总监林晗发言指出：以太坊2.0和现有以太坊网络的最大区别之处在于，改用PoS机制代替PoW机制来对交易顺序达成共识。PoS和PoW一个显著的区别在于，PoW机制的网络中，是算力决定话语权；而在PoS机制的网络中，是持币的数量和时间决定话语权。以太坊2.0的目标是提高以太坊的可扩展性、安全性和可编程性。通过“信标链+多分片链”模式，每一条分片链都是一条单独的链，很多条分片链由信标链统一起来，这将有效提高整个网络的可扩展性。所以以太坊2.0之所以转为PoS机制，最重要的一个原因其实是出于本身性能优化的考虑。当然，转为PoS机制的以太坊，相对于PoW机制而言，也会降低参与门槛，让更多的普通用户参与到整个区块链网络的治理中。[2020/6/17]

动态 | 去中心化交易所IDEX宣称创建“以太坊的无限扩展解决方案”:据Cointelegraph 消息，去中心化交易所IDEX声称已经为以太坊网络创建了一个“无限扩展解决方案”。在一封电子邮件中，IDEX称其名为O2Rs的系统在10分钟内达到区块最终确定性。该公司还表示，这比以太坊可伸缩性开发组织Plasma Group开发的ORs快了大约1000倍，后者在两周内实现了区块确定性。[2019/11/11]

图源自DannyRyan执行引擎

合并之后，执行引擎主要负责状态管理，区块创建和验证功能，而不再包含与共识相关的任何操作。因此，执行引擎被进行了部分修改，这些修改在EIP-3675中进行了描述，主要包含以下三点：首先，修改了区块的部分数据字段。将原有区块中几个仅与PoW相关的字段设置为0，具体包括与挖矿相关、叔块奖励相关。此外，extraData的长度在主网上也将被限制为32字节。

声音 | 以太坊开发人员：重新尝试测试网的时间范围在11月底至1月:以太坊开发者Lane Rettig推特消息称，以太坊在测试网升级失败的原因，共识算法中的一个错误导致的，它引起geth和parity进行了分叉。所以如果一直运行下去，将会产生Ropsten 链: Ropsten Classic、Ropsten geth和 Ropsten parity。据悉，以太坊reddit页面上的开发人员帖子显示，重新尝试测试网成功的目标范围目前是11月底至1月，应该2月之前。[2018/10/18]

其次，由于只有合并后的信标链才能进行出块，因此执行引擎将停止处理区块和叔块奖励。但交易手续费仍由其进行处理，即当执行引擎创建一个ExecutionPayload时，需确保所有交易的发起者至少能够支付当前baseFeePerGas的费用，并且将剩余的交易手续费发送到feeReceipient。注意，feeReceipient指的是升级前的以太坊地址，而不是信标链验证者地址。最后，一旦PoS取代PoW，执行引擎将不再负责广播区块，但仍会通过p2p网络进行交易的广播。具体过程为，首先用户将交易通过本地的RPC请求发送到共识客户端，在那里它们将被打包到信标块中。然后，共识客户端将在他们的p2p网络中广播信标块。下图表明了以太坊合并时的过程：首先停止PoW出块，其次信标链块在合并后开始持有ExecutionPayload。

图源自DannyRyanBLOCKHASH&DIFFICULTY操作码更改

合并后，BLOCKHASH操作码仍可使用，但由于它不再通过工作量证明生成对应的Hash值，所以此操作码提供的伪随机性将被大大减弱。与此同时，DIFFICULTY操作码(0x44)将会更名为RANDOM并返回由信标链提供的随机数值。因此，该值将替代BLOCKHASH成为应用程序开发人员可使用的更好随机源。RANDOM值将存储在ExecutionPayload中原有mixHash的位置，该值与工作量证明计算相关。升级后该值被重命名为random。下图解释了合并前后DIFFICULTY和RANDOM操作码的工作原理：

图源自DannyRyan合并前，我们看到0x44操作码返回区块头里的difficulty字段。合并后，负责生成随机数的RANDOM操作码则指向原有mixHash字段，该字段被重名为random。出块时间

合并将影响以太坊的平均区块时间。目前在PoW下，平均每约13秒产出一个区块，但实际区块间隔时间会由于网络拥堵的情况，而存在相当大的差异。但在PoS下，区块间隔为固定的12秒，除非发生某些极端情况，如：验证者离线或未及时提交区块而错过了某个插槽。综上，升级后网络的平均出块时间将减少近1秒，这提高了交易的速率。注意：如果智能合约中存在与特定平均出块时间相关的逻辑，则在计算时开发人员需要考虑到这一点。

参考文献：《升级前夕，以太坊社区面临监管担忧》《HowTheMergeImpactsEthereum’sApplicationLayer》原地址

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