以太坊:深入分析以太坊合并后的监管和应用层问题

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。

在我们推出“以太坊大合并”系列的第一篇文章里，主要为大家介绍了以太坊升级的原因、路线和当前进展。

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？

Babel Finance创始人：中国投资者并未深入GME、狗狗币交易背后的“革命”中:1月30日消息，香港加密货币贷款机构Babel Finance创始人兼首席执行官Flex Yang在采访中表示，不管是GameStop（GME）事件还是狗狗币的暴涨，从加密货币贷款机构的角度来看，中国的散户投资者并没有深入或积极地参与这场交易狂潮背后的真正“革命”。（Coindesk）[2021/1/30 18:28:04]

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。

国家外汇管理局山西省分局：深入推进跨境金融区块链服务平台应用:从国家外汇管理局山西省分局了解到，今年以来，山西省外汇局系统指导银行积极挖掘市场潜力，提升跨境贸易投融资便利化水平，为中小微外贸企业跨境结算与融资扩渠道、增便利。一季度，已为16家企业办理融资业务116笔，累计放款7.67亿美元。 该局提出11条措施精准帮扶中小微外贸企业。建立了覆盖163家企业的重点中小微外贸企业库，用足用准山西省155亿元再贷款再贴现专用额度。深入推进跨境金融区块链服务平台应用，已有17家银行加入平台，为16家企业办理融资业务。指导银行机构精准对接中小微外贸企业融资需求，提供“一企一策”服务，缓解资金压力。在提升外汇质效方面，畅通外汇业务办理“绿色通道”，截至4月15日，全省借助“绿色通道”为35家疫情防疫相关企业快速办理外汇业务64笔766.19万美元。（潇湘晨报）[2020/5/16]

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。

声音 | 律师刘晔：法院可以更一步深入了解并思考比特币SV的属性:上海市海上律师事务所合伙人刘晔在微博表示：当法院进一步思考时，当知道，比特币并非虚拟财产而是真实财产。当更一步深入了解并思考时，当知道，比特币SV乃遵循比特币白皮书的原始理念，乃真正比特币，其不仅仅是真实财产，且以提供真实账本空间服务的形式在实现真实商品属性的同时（当下法律），也逐渐走向成为全球货币之路（未来法律）。据媒体报道，今日，首例比特币财产侵权纠纷案在杭州互联网法院开庭宣判。本次庭审法院确认了比特币“虚拟财产”属性。[2019/7/18]

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

声音 | 央行研究局局长：将深入研究完善金融科技监管制度框架等问题:据财联社消息，央行研究局局长王信今日在数字金融开放研究计划首届学术研讨会上表示，央行高度总是金融科技应用的相关研发，下一阶段值得深入研究的课题包括：Libra等加密数字货币有关问题，如是否会形成法定数字货币、少数数字稳定币并存格局；探索数字金融更好地支持实体经济发展，应开发多元化、全方位金融服务；完善金融科技监管制度框架，发展监管科技，如何将科技巨头纳入宏观审慎监管框架；加强数字金融基础设施建设，加强数字金融领域的国际协调合作等。[2019/7/8]

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。

北京市委书记蔡奇：深入研究区块链技术及应用，打造产业集群:昨天上午，北京市召开网络安全和信息化工作会议，北京市委书记蔡奇强调，坚持以信息化培育新动能推动新发展，使信息化成为首都发展的新动能、城市治理的新手段、公共服务的新方式，切实增强人民群众的获得感幸福感安全感。大力发展数字经济，深入实施大数据和云计算发展行动计划，深入研究区块链技术及应用，打造产业集群。优化电子政务，推进全市统一的基础公共云平台建设，进一步打破信息壁垒、提升服务效率，让百姓少跑腿、信息多跑路。[2018/5/26]

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：

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。

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DannyRyan

-BLOCKHASH&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。

好了，今天的分享就结束了，下一篇，我们探讨以太坊合并之后将面临的安全问题，欢迎持续关注我们的分享。

参考文献：

《升级前夕，以太坊社区面临监管担忧》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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