以太坊的升级之路：会产生什么影响？

以太坊被定位为世界的计算机。 为了实现这一目标，开发商在它诞生之初就为它规划了一条升级路径，即Frontier（边境）、Homestead（家园）、Metropolis（大都市）、Serenity（宁静）四个阶段。

目前，全网已进入第三阶段。 前三个阶段属于以太坊1.0，最后一个阶段是Senerity，也就是我们经常听到的以太坊2.0的说法（为了避免误导，以太坊官方已经放弃了以太坊2.0，不过我们会在本文继续这个成语).

以太坊2.0的升级主要是为了解决以太坊发展过程中限制整个网络发展的一些问题。 主要有以下三个问题：

针对这些问题，开发者社区为以太坊2.0的升级规划了几个步骤。 下面介绍以太坊2.0的升级路线图。

以太坊 2.0 路线图

以太坊2.0的Roadmap主要包括三个步骤：平行链-信标链、合并和分片。 前两步的目的是将整个网络的共识机制从PoW改为PoS（Proof of Stake，股权证明），最后一步是为了提高整个以太坊网络的性能和可扩展性。

1. 平行链——信标链

为了实现共识机制的平稳过渡，2020 年 12 月 1 日，在当前 PoW 主网运行的同时，以太坊首先启用了一条名为 Beacon Chain 的平行链。 信标链采用PoS作为共识机制，独立于主网运行。 参与者需要向链上智能合约质押32个ETH作为权益证明，审核通过后以太坊是怎么产生的，进入验证者名单，成为信标链的验证者。 在这个链条中，验证者代替矿工的角色，成为链条的建设者。

在 PoW 机制下，节点通过计算和挖矿产生下一个区块，而在 PoS 机制的信标链中，下一个区块的产生由验证者选择。 这种选择是随机的，不是由验证者决定的，体现了去中心化的特点。 如果验证者表现良好，他们可以获得奖励。 反之，如果他们作恶，系统会扣除部分他们质押的32 ETH。 当抵押少于 16 个 ETH 时，它们将从验证者列表中删除。

在合并之前，也就是现在的阶段，以太坊处于PoW+PoS并行运行的阶段。 PoS 平行链的早期激活主要出于两方面的考虑。 首先是尽量减少对当前运行的 PoW 链的影响，减少共识转换对网络的影响。 二是给新的 PoS 网络足够的时间来收取质押的 ETH，以保证网络的安全运行。

2.合并

谈到以太坊2.0时经常提到的合并（Merge）就是将PoW主网（以太坊称为处理交易的执行层）和PoS信标链（以太坊官方称为共识层）合并。 合并以太坊需要先在测试网上进行测试。 一旦在测试过程中发现问题，将视情况对节点进行修复。

目前，以太坊测试网Ropsten和Sepolia已分别于6月9日和7月6日合并。 剩余的歌尔力测试网也将在近期合并。 如果一切顺利，以太坊官方网络将在 9 月中下旬结束合并。 之后，PoW 机制将被废弃，全网将通过 PoS 产生新的区块。

为了保证共识机制切换的成功，以太坊开发者提出实施难度炸弹来增加PoW的挖矿难度。 难度炸弹是2015年在以太坊代码中加入的，描述为：根据预定的区块数增加PoW算法中的谜题难度，使得生成区块的计算时间变长，挖矿难度加大，从而达到降低矿工的挖矿奖励，打消他们的积极性。 难度炸弹实施后，矿工将无利可图，原有的 PoW 网络将无法继续运行。

3.碎片化

共识机制的改造并不能提升以太坊的性能，性能的提升需要通过分片来实现。

分片是数据库分区的概念，用于优化存储和快速处理。 通过将组织的网络划分成更小的分区，数据库被水平划分，负载被分散。 每个分片都有自己独立的数据。 多个分片可以并行处理，从而减少网络拥塞，提高TPS，实现网络可扩展性。

以太坊早期的分片方案是将主网分成64个分片，每个分片有一个独立的区块提议者和委员会，区块提议者和委员会是随机选择和分配的。 提议者从交易池中选择要纳入区块的交易，获得委员会三分之二的赞成票后方可将区块纳入链中。

这种早期的分片方案旨在扩展以太坊主链的性能。 但是，实现起来非常复杂。 此外，经过几年，layer2 发展迅速，Rollup 蓬勃发展。 因此，以 Vitalik 为核心的以太坊开发者逐渐放弃了这种原有的解决方案，转向了新的技术选型。 即不是为了承载更多的交易而直接在以太坊主网上进行分片，而是转化为以Rollup为核心的底层链的路线图，Rollup在交易层面进行扩展，主链只为Rollup提供数据可用性.

在新方案中，以太坊的目标是作为一个可扩展的数据可用性层，可以简单理解为最终结算和记账。 主链的扩容将侧重于扩展区块的数据容量，而不是提高链上的计算效率，即：以太坊分片旨在提供更多的数据blob（二进制大对象）空间来支持Rollup，而以太坊无需解释，仅收集Rollup的计算和证明结果，保证数据可用，而更多的计算执行和交易有效性由Layer2 Rollup实现。 更具体地说，交易的计算和验证是通过 Rollup 进行的，将经过验证的多笔交易和证明结果打包成一个包，而主链上的区块只记录这些包。

由于一个区块可以包含多个 Rollups 生成的包，未来以太坊上会有多个 Rollups 来扩展整个网络。 目前主流的主要是zkRollup和Optimistic Rollup，分别对应有效性和欺诈两种证明。 方法。

以太坊2.0升级的影响

减少能源消耗

切换到PoS机制后，整个网络不再依赖耗电量大的矿工节点，更加环保。 PoS机制下节点的能效比PoW提高99%以上，因此PoS网络的能效将得到大幅提升。 当采用 PoW 机制时，矿工节点需要强大且耗能的硬件设备来执行复杂的数学计算。 谁先完成计算，谁就有资格出块并获得出块奖励。 在这种情况下，矿工只能24小时满负荷运行他们的挖矿设备，以获得最大的利润。 这些高耗能设备对电力的需求量巨大。

在 PoS 网络中，区块的提议者是随机选择的，不再需要大量的挖矿硬件来竞争出块权，也不需要巨大的电力消耗。

ETH生产

以太坊从 PoW 共识转向 PoS 后，将不再产生矿工奖励，取而代之的是质押奖励。 所以ETH的发行率会降低90%。 大家把这种情况称为“三重减半”，因为相当于比特币同时减半3次，以太坊的流通量会瞬间减少。 同时，由于质押的 ETH 无法流入市场，ETH 将进入通缩阶段。

ETH质押

合并完成后，更多的用户会选择质押自己的ETH，因为可以获得几乎无风险的质押收益。 据测算，质押ETH的年收益率约为4%。 Kraken在《2022年第一季度Staking状态》报告中预测，以太坊合并完成后，Staking用户的年化收益率可达8.5%-11.5%。

此外，由于质押需求增加，质押服务赛道有望迎来一波爆发。 目前信标链上质押的ETH超过1300万，占以太坊总量的10%以上，共有41万验证者参与质押。

由于网络要求至少要质押32个ETH以太坊是怎么产生的，同时运行节点设备有一定的技术门槛和资金门槛，所以选择质押服务商比自己质押更有吸引力。 目前Staking赛道的龙头Lido（见之前关于stETH折扣的讨论——stETH的定价、流动性和风险）已经占据了90%以上的流动性Staking市场。

矿工

以太坊合并后，原有的 PoW 链将逐渐被废弃，原有矿工的去向也成为重要关注点。 作为加密世界第二大矿业生态，矿工们将做出怎样的选择？ 是选择分叉原链，还是切换到ETC继续挖矿？ 以太经典作为以太坊的一条分叉链，可以使用以太坊矿机进行挖矿，但是以太经典能够承载的算力是有限的。 首先，由于ETC的价格相对较低，挖矿的成本和收益很难平衡。 此外，如果合并后大量算力涌入，竞争将加剧，矿工收入将进一步减少。 由于难度炸弹的设计，分叉原链的计划也可能难以实施。

结语

以太坊合并指日可待。 虽然升级方案几经变更，但到目前为止，进展基本顺利。 作为区块链世界最具影响力、开发者最多的公链，以太坊的升级无疑将带来巨大的影响。 随着以太坊2.0的到来，公链的发展也进入了新的篇章。 长期困扰以太坊用户的性能低、成本高、能耗高等问题有望通过一系列升级得到解决。 我们期待即将发生的一切。

（免责声明：请读者严格遵守当地法律法规，本文不代表任何投资建议）