以太坊:以太坊核心开发者会议：深入探讨以太坊合并及其路线演变

原文标题：《以太坊核心开发者会议更新006》

这次更新与以往的有点不同。首先，我决定转移到Mirror发布更新。使用这个用于1559NFT项目的平台是很不错的体验，而且我一直在找机会再次使用它。我会在HackMD保留更新列表，这样便于在一个地方轻松找到它们。

第二，由于我们现在的工作重点在合并(TheMerge)上，本文其实不算是一篇「更新」，而是对走到当前架构选择的路线图演变的深入探讨。几周后，会有一篇类似的文章，详细介绍以太坊网络在合并后将如何运作。

合并史前史

合并将把以太坊目前的工作量证明(PoW)共识算法转为在信标链上运行的权益证明(PoS)机制。这个设计是「以太坊2.0」路线图多次迭代的结果。让我们回顾一下过去几年路线图的变化吧。

阶段0，1，2

几年来，权益证明和分片的研发是彼此独立的。在2018年台北的一次研讨会上，大家决定将这两项研究计划统一起来，形成一个分三个阶段的「以太坊2.0」路线图。BenEdginton在这篇文章里对当时的研讨会和总的理念作了非常好的总结。正是在这次活动中，Hsiao-Wei展示了这张现在广为人知的「以太坊2.0」简图：

Flashbots推出MEV-Share，以分配给以太坊用户部分抢跑收益:4月20日消息，以太坊基础设施服务 Flashbots 推出 MEV-Share 协议的测试版，旨在将最大可提取价值（MEV）收益的一部分分配给以太坊用户。MEV-Share 协议包含在 Flashbots Protect 中，Flashbots Protect 是一种可以与用户钱包集成的远程过程调用 (RPC) 工具，旨在抵御试图通过抢先用户交易获取利润的机器人。

Flashbots 声称，通过 MEV-Share 可以让用户能够调整隐私设置和管理订单流共享，这可以防止抢先交易，同时有选择地与操作 MEV 机器人的搜寻者共享交易信息。因此，用户有资格获得MEV 再分配奖励，同时保持基本的隐私水平。[2023/4/21 14:16:55]

来源：https://docs.google.com/presentation/d/1G5UZdEL71XAkU5B2v-TC3lmGaRIu2P6QSeF8m3wg6MU/edit#slide=id.g3c326bb661_0_298

这张图展示了当时新路线图的每个阶段将交付的内容：

阶段0将带来信标链

在阶段1，会加入数据分片

在阶段2，在每个分片加入虚拟机，以在系统里实现计算。

数据：以太坊2.0质押量已超ETH流通供应量十分之一:金色财经报道，据Glassnode官方社交媒体披露数据显示，目前以太坊2.0存款合约的质押量已经超过1300万枚ETH，约为总流通供应量的10.9%，其中Lido质押的ETH数量约为413.7万枚，占到总质押量的31.8%；Coinbase、Kraken 和 Binance 合计质押的ETH数量约为350.5万枚，约占总质押量的27%。[2022/7/10 2:02:51]

分片的数量最初定为100，然后提高到1024，最近又调低到64。

提早合并?

随着信标链的工作在2018年开启，很明显，这个分三个阶段的以太坊2.0路线图将需要几年时间才能完全交付。伴随着使用以太坊人数的快速增长带来的成长阵痛，这带来了工作量证明区块链研究计划的复苏。在2018年的DevconIV上，「Ethereum1.x」这个术语被提出，用于涵盖这些研究计划。其中最重大的一项是无状态以太坊(StatelessEthereum)，这个范式会把未被访问的状态从网络中移除，以限制状态的膨胀速度。

一方面有越来越多的关注放在让PoW链变得长期可持续上，另一方面开发者们意识到信标链可以比以太坊2.0路线图的其他部分更早实现，结合两者后出现了一个「提早合并」的提案。这份提案把现有的EVM链作为以太坊2.0系统的「分片0」来启动。这样不仅会加快搬到权益证明的速度，还会使应用层的过渡更顺滑，因为搬到权益证明不需要在应用层上做迁移。

数据：三月以来以太坊巨鲸地址增持近70万枚ETH:5月25日消息，据IntoTheBlock数据显示，以太坊巨鲸地址（持币量在1万到10万区间）从3月份以来，ETH持有总量由2830万枚增长至2900万枚，呈总体上涨趋势。此外，持币量介于1至10ETH的地址数从114万个增长至119万个。分析指出，以上数据或许说明以太坊已进入积累阶段。[2022/5/25 3:40:59]

这提案出来不久，DannyRyan在他的《Eth1+Eth2客户端关系(Eth1+Eth2clientrelationship)》的文章里探索了我们可以如何通过利用现有Eth1客户端实现提早合并。这将大大减少交付一个合并后系统和利用客户端的开发工作，因为Eth1客户端已经在主网上久经沙场了。按这条路走下去还可以给研究者更多时间解决阶段1和2的开放性问题(请看这里)，和无状态以太坊(这仍然是非常活跃的研究领域)。

以Rollup为中心的路线图?

很快到了2020年末：阶段0此时的进度已经达到99%，信标链很快就要启动了。尽管在阶段1的工作进展顺利，但将在阶段1引入的分片上实现计算功能的阶段2仍然有很多未解决的问题：

如何从当前的EVM链顺滑过渡到分片的虚拟机？

从性能上看，有哪些替代虚拟机能被部署？

我们要如何确保各种虚拟机是真的安全？

USDC Treasury在以太坊上增发超1996万枚USDC:Whale Alert数据显示，北京时间7月1日20:56，USDC Treasury在以太坊上增发19960300 USDC，增发哈希为：0x7c91f7f52ab2006db186c3b0418e6d789d2d359c5579d4180afcd6cb60906d4f。[2021/7/2 0:21:19]

如何协调所有虚拟机上的状态和余额？

......

同时，rollup(例如二层的扩容方案)方面正发生非常快速的进展。多个团队公布要上测试网，且取得令人鼓舞的早期成果。

大约在这个时候，Vitalik在EthereumMagicians论坛上发表了长文，论述我们应该把短期和中期的扩容工作集中在rollup上。它们不仅会在阶段2完成前上主网，还会是阶段1的最大受益者。Rollup会生成大量数据，而分片可以为它提供比EVM链消耗更低的存储。下面是文章的截图：

动态 | 以太坊活跃和新增地址数有所下降:据Tokenview数据显示，近24小时以太坊链上交易额为1646924.38 ETH，较前日上升6.28%；链上交易数为707070笔，较前日下降0.71%。活跃和新增地址较昨日分别下降7.31%和13.41%；较近7日均值分别下降5.11%和6.68%。[2019/8/14]

这种方法将对阶段0-2路线图产生几方面的影响。具体如下：

阶段0(信标链)当时正处于部署主网前在测试网上运行的阶段，一旦PoW链准备好，信标链就可以成为共识层引擎，而不需要等到阶段2以后；

阶段1(数据分片)的实现还需要几年时间，它从扩容的关键障碍变成一项增量改进，它会减少已经开发出来的扩容方案(例如rollup)的开销；

阶段2(分片执行)是有最多开放性研究问题且更复杂的功能，它可以在几年后推出，或完全取消，对扩容路线图没有任何影响。

研究社区快速就这个提案聚集起来，并在一个月内发表了一篇ethresear.ch文章，详细介绍了当前这个合并计划！

当前&未来的路线图?

可执行信标链

当前的合并架构在首次于2020年11月由MikhailKalinin发表的《可执行信标链(ExecutableBeaconChain)》上得到详细说明。简言之，它结合了多次迭代的以太坊2.0路线图的洞见：

信标链已经启动了，现在可以作为共识引擎来使用；

Rollup是扩展计算的最佳短期解决方案；

当前的Eth1客户端是作为合并后执行层的最佳基础；

搬到权益证明可以通过对当前运行的应用影响最小的方式实现

Mikhail提议中的一个重大变更是，与其让当前的EVM链成为」分片0」，不如直接与信标链连接。

这是一个简单但重要的见解——Eth1执行层客户端已经是以共识算法可换的方式构建的。主网使用工作量证明，而测试网和私人以太坊网络使用的是权威证明(proofofauthority)共识算法(clique、IBFT等)。

在文章里，Mikhail提议直接把权益证明作为客户端使用的新共识算法。换句话说，就是把当前的工作量证明链与信标链合并。下面由TrentVanEpps制作的这张图很好地说明这个变化：

来源：https://twitter.com/trent_vanepps/status/1415741658067517441/photo/1

这种方法将最大程度地减少PoW链上客户端团队要做的工作，同时仍然带来「提前合并」和「以Rollup为中心路线」的所有好处。

Rayonism项目

为了验证可执行信标链架构的可行性，在名为Rayonism的长达一个月的黑客松里，客户端进行了原型设计。

在几周内，Eth1和Eth2客户端的各种混合组合作为合并后的客户端在EVM上运行交易，通过信标链达成共识。

高度概括来说，现在的Eth2节点变成作为网络的共识层，而现在的Eth1节点则作为其执行层。共识层的功能扩展为把最新的链头信息发送给执行层，并向执行层请求区块。执行层仍然负责处理区块、广播交易、存储和管理状态，和处理JSONRPC请求。

这个实验验证了可执行信标链的架构是合理的，且可以用作过渡到权益证明的基础，现在这个过程被称为合并。

PoW->PoS的过渡?

Rayonsim项目里没有测试的是从真正的PoW网络过渡到运行中的Pos网络。经过几次迭代后，现在已经大致敲定了一份规范。

为了实现从工作量证明到权益证明的过渡，在客户端里需要设置一个TERMINALTOTALDIFFICULTY（终结总难度)。当发现区块上的难度超过了工作量证明链的难度时，客户端会进入过渡模式，它们会开始监听权益证明层的信息来达成共识。一旦共识层最终敲定的一个区块的难度超过了TERMINALTOTALDIFFICULTY，执行层将完全停止监听和广播PoW区块信息。这样，合并就完成了！

对于应用，这不会对合约和用户造成任何影响。有一些操作码需要更新，但就仅此而已。对于信标链节点的运行者，在合并中需要选择一个执行引擎。同样地，如果你在工作量证明网络运行一个节点，在合并中需要选择一个共识客户端。随着合并工作的开展，你可以预期会有多个开发者测试网、教程和会议来讨论这些问题。

接下来的工作

尽管合并的总体方案已经确定了，客户端团队还有一长串的事情需要在未来几个月内完成。大部分要做的事都可以在这里追踪到，值得关注的包括确定合并后的同步协议、为整个过程设置创建集成测试、上线开发者测试网并在不利条件下运行它们，以及为过渡期间的各种意外情况做计划。

如果你想深入了解实际的规范，EIP-3675详细列出执行层客户端需要的变化，而共识规范中的mergefolder详细列出了共识层的变化。

当事情稍微稳定下来，请期待另一篇深入以太坊客户端在合并后将如何工作的文章。谢谢你的阅读，下次再见！

感谢DannyRyan、TrentVanEpps和MikhailKalinin对本文草稿的反馈。

一个值得注意的变更是「无状态以太坊」不再是过渡到权益证明的先决条件。

在过渡阶段根据总难度而不是区块或slot号可以更好处理重组情况。想了解更多，请参见EIP-3675里的"Transitionprocess(过渡过程)"部分。

撰文：TimBeiko翻译：ETH中文站

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