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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晤临哪些羁系问题和应用层问题。

在我们推出“以太坊大合并”系列的第一篇文章里,主要为人人先容了以太坊升级的缘故原由、蹊径和当前希望。(深度 | 以太坊“大合并”之后,能治好Web3的精神内讧吗?)

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晤临哪些羁系问题和应用层问题。

2022 年8月16日,以太坊团结首创人Vitalik Buterin(V神)在推特上介入讨论“若羁系通过某些协议(如Lido、Coinbase等)的验证者者对以太坊举行协议级其余审查,以太坊社区将若何反映”这一话题时示意,会将这种审查视为对以太坊的攻击,并选择通过更普遍共识(social consensus)将这些验证者的质押权益举行销毁。

引起这个讨论的导火索在于:近期,美国财政部外洋资产控制办公室(OFAC) 将与 Tornado Cash 有关的以太坊地址添加到制裁实体的名单中。然则现在对其的制裁都是处于中央化层面的操作,对于涉及到去中央化的智能合约部门,尚无法举行手艺制裁。

这注释若是美国要想要彻底制裁 Tornado cash ,就必须要控制底层的以太坊链。那么就引出一个问题,若是美国政府对以太坊举行羁系,会晤临什么?

若是美国政府要对以太坊举行羁系,最大的可能是要求大型PoS质押服务商对以太坊举行协议级其余生意审查。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“。

简朴来说,就是监控被制裁地址发出的所有请求,并将所有包罗被制裁地址事务的区块举行拒绝出块即可,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举行回滚,这也就意味着被制裁的地址将无法举行任何操作,而且验证者不会晤临任何责罚。

停止现在,以太坊全网质押的以太币数目约莫为 1300多万 ETH,而通过 Lido 质押的以太币数目已经占了约30.9%,Coinbase占了约14.7%,Kraken占了约8.5%。

若是美国政府要求Lido、Coinabse、Kraken为代表的大型节点验证者(服务商)对以太坊举行协议级其余生意审查,作为具有美国执法实体的质押服务商很难拒绝类似要求。

图源自 Dune Analytics

针对可能泛起的上述情形,在以太坊社区在 Twitter 上提议了一项投票讨论,若是 OFAC 通过验证节点对以太坊实行羁系该怎么做。V神支持将上述情形视为对以太坊的攻击,并通过更普遍共识将这些节点的质押权益举行销毁。

下面,我们再来聊一聊应用层的问题。

我们在上一篇曾提到:根据设计,以太坊的 Merge 以“最小损坏”原则举行,使原来运行的应用客户端可以无感地切换到PoS。也就是说,只管是“最小损坏”,但在这个历程中,有一些小的转变仍然值得我们注重。本节就主要从应用开发的角度先容在合并后,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(或引擎)。这意味着 Eth1 或信标链客户端的节点运营商将需要运行客栈的“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

合并后客户端架构. 图源自Danny Ryan

- 区块结构

当合并发生时,信标节点将监视当前的 PoW 链并守候它到达预界说的total difficulty阈值,该值被称为TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY。即一旦PoW链发生了一个带有total difficulty >= TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY的块,它将被视为链上最后的一个PoW 块。

随后,PoW 块包罗的数据将成为信标链块的数据组成部门,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。

同时在举行共识验证时,信标节点将与其执行引擎(升级前的以太坊客户端)通讯,并要求它天生或验证ExecutionPayloads。ExecutionPayloads包罗了父哈希、状态根、基本用度和要执行的生意列表等信息。

一旦这些数据被天生或验证,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职员来说,这些原来PoW链上的ExecutionPayloads仍然是他们与以太坊举行直接交互的位置,事务仍将由执行层客户端处置,这使得他们可以无感切换到PoS链。下图显示了这种关系:

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图源自Danny Ryan

- 执行引擎

合并之后,执行引擎主要卖力状态治理,区块确立和验证功效,而不再包罗与共知趣关的任何操作。因此,执行引擎被举行了部门修改,这些修改在EIP-3675中举行了形貌,主要包罗以下三点:

首先,修改了区块的部门数据字段。将原有区块中几个仅与 PoW 相关的字段设置为0(或其数据结构的等效项),详细包罗与挖矿相关(difficulty, mixHash, nonce)、 叔块奖励相关(ommers, ommersHash)。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气举行出块,因此执行引擎将住手处置区块和叔块奖励。但生意手续费仍由其举行处置,即当执行引擎确立一个ExecutionPayload时,需确保所有生意的提议者至少能够支付当前baseFeePerGas的用度,而且将剩余的生意手续费发送到feeReceipient。注重,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,执行引擎将不再卖力广播区块,但仍会通过 p2p 网络举行生意的广播。详细历程为,首先用户将生意通过内陆的 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。

下图注释了以太坊合并时的历程:首先住手PoW出块,其次信标链块在合并后最先持有 ExecutionPayload。

图源自Danny Ryan

- BLOCKHASH&DIFFICULTY操作码更改

合并后,BLOCKHASH 操作码仍可使用,但由于它不再通过事情量证实天生对应的Hash值,以是此操作码提供的伪随机性将被大大削弱。

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,该值将替换 BLOCKHASH成为应用程序开发职员可使用的更好随机源(只管仍然存在误差)。

RANDOM 值将存储在 ExecutionPayload 中原有mixHash的位置,该值与事情量证实盘算相关。升级后该值被重命名为 random。

下图注释了合并前后 DIFFICULTY 和 RANDOM 操作码的事情原理:

图源自Danny Ryan

合并前,我们看到0x44操作码返回区块头里的 difficulty字段。合并后,卖力天生随机数的 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。现在在 PoW 下,平均每约 13 秒产出一个区块,但现实区块距离时间会由于网络拥堵的情形,而存在相当大的差异。但在PoS下,区块距离为牢固的12 秒,除非发生某些极端情形,如:验证者离线或未实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削减近 1 秒,这提高了生意的速率。注重:若是智能合约中存在与特定平均出块时间相关的逻辑,则在盘算时开发职员需要思量到这一点。

好了,今天的分享就竣事了,下一篇,我们探讨以太坊合并之后将面临的平安问题,迎接延续关注我们的分享。

参考文献:

《升级前夕,以太坊社区面临羁系担忧》 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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