深入分析以太坊合并后的監管和應用層問題_以太坊

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？

G20會議：鼓勵繼續深入分析央行數字貨幣在促進跨境支付方面的潛在作用:10月31日， 二十國集團領導人第十六次峰會于10月30日至31日在意大利首都羅馬以線上線下相結合方式舉行。峰會通過了《二十國集團領導人羅馬峰會宣言》。摘要如下：

我們歡迎金融穩定理事會從金融穩定角度總結新冠肺炎疫情教訓的最終報告以及下步建議。我們鼓勵繼續深入分析央行數字貨幣在促進跨境支付方面的潛在作用及其對國際貨幣體系更廣泛的影響。（經濟日報）[2021/11/1 6:24:01]

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%。

現場 | 觀點：區塊鏈技術需要深入場景才能形成產業:金色財經現場報道，10月15日，華山論劍2020網絡安全大會于西安召開，在大會的區塊鏈安全與應用創新分論壇圓桌討論環節，

基石基金管理合伙人秦少博分享表示，區塊鏈創新型的業務需要承擔比較大的沉默成本，在區塊鏈領域創業需要考量自身能力。區塊鏈技術需要深入場景才能形成產業，過去5年由幣引發的熱潮已經越發理智。把區塊鏈作為技術、生產力討論更合適。不宜與太大的市場概念結合。

中國移動研究院安全技術研究所所長何申分享表示，從通信行業看待區塊鏈，會從系統工程高度去看，當區塊鏈從節點成網形成共識，需要考慮節點的安全。此外，可信是一種保障預期方案，區塊鏈是一種方案，兩種方案的協同，是通信領域的重點。對于區塊鏈透明性帶來的隱私問題可以通過隱私技術解決，但可能在公鏈場景里比較難實現。[2020/10/15]

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。

重慶市與華為簽署協議 在區塊鏈等領域展開深入合作:4月29日，重慶市政府與華為技術有限公司簽署全面深化戰略合作框架協議。華為將深度參與重慶數字經濟建設，重點支持重慶新一代人工智能創新發展，共同打造重慶市（兩江新區）未來智能汽車科技城，重點建設智能超算中心，共建5G工業領域聯合實驗室，在數據中心、物聯網、區塊鏈、工業互聯網、新型智慧城市、智慧水利、智能終端、5G、智慧園區、機器視覺、人才培養等領域展開全面深入合作。（證券時報）[2020/4/30]

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。

聲音 | 中國銀行支付清算部總經理：商業銀行借助區塊鏈等技術，深入分析客戶行為以提升支付效率:金色財經報道，11月28日，中國銀行支付清算部總經理范耀勝在第八屆中國支付清算論壇上指出，如今數字化轉型已經成為商業銀行共同關注融入和推動的行業趨勢，主要體現在一智能化，借助大數據、機器學習、區塊鏈等技術，深入分析客戶行為，提升支付效率，實現安全便捷的統一。[2019/11/29]

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。

聲音 | 中國科學院院士：深入貫徹落實密碼法 推動商用密碼標準制定與產業發展:中國科學院院士王小云針對深入貫徹落實密碼法、推動商用密碼標準制定與產業發展有以下幾點認識：1.密碼法準確界定了密碼的定義與內涵；2.加快推進商用密碼產業發展、頂層設計并完善商用密碼檢測認證體系；3.加大密碼核心關鍵技術的自主創新能力與標準制定，貢獻中國密碼的智慧與方案；4.加快雄安新區同步規劃與建設密碼防護體系；5.加快推進以密碼技術為支撐的區塊鏈技術研發以及試點工程，加快區塊鏈行業標準、國家標準以及國際標準制定進程；6.動密碼專業建設與學科發展，加大規模化密碼人才培養力度。（經濟參考報）[2019/11/21]

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：

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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