The Merge 过后，没有以太坊 2.0，只有共识层

以太坊基金会今在 2022 年 1 月就官方宣布将淘汰“以太坊 2.0”的说法，在核心开发人员的共识下改称为“共识层（ Consensus Layer）”。此举是为了避免因名称所导致的混淆或是诈欺行为，希望在整个生态系统中创建一致性和清晰度，且强调改名是统一认知，对现在以太坊当前发展不会造成任何影响。

难免有朋友会问，那怎么称呼以太坊1.0 呢，根据以太坊基金会的完整说明——未来，Eth1 将被称为“执行层”，Eth2 将被称为“共识层”。执行层是所有智能合约和网路规则运作的地方；而共识层则以共识机制来确保为网路做出贡献的所有节点都按照规则行事，并惩罚那些不遵守规则的参与节点。即：

Eth1 → 执行层

Eth2 → 共识层

执行层+共识层 = 以太坊

以太坊 2.0从何而来？

作为路线图的一部分，以太坊一直计划以去中心化的方式来扩展网络，并过渡到 PoS ( 权益证明 ) ，旨在将以太坊区块链从当前的工作量证明 (PoW) 共识机制转变为旨在更快、更节能的权益证明 (PoS) 模型。但是，将第二大区块链从一个系统调整到另一个系统是一个极其复杂的多步骤过程。对每个决定进行彻底评估是很重要的。早在2015年，The Merge （合并）就被提出，以太坊2.0 也可以看作是合并后的说法。

为什么不使用 Eth 2.0？

决定要进行改名，基金会也阐述了以下几个原因：

心理认知

“Eth2 术语的一个主要问题，是它为以太坊的新用户创造了一种错误的心理模型。他们认为 Eth1 在之前，Eth2 在之后，或者 Eth2 ，Eth1 就不再存在。但这些都不是事实，通过删除 Eth2 术语，我们可以避免未来用户产生困惑。”

对抗性

“以太坊路线图，以太坊2.0并能够明确表示出以太坊路线图。精确并准确地用文字描述用户在最大程度上理解选择以太坊的发展路线图。”

预防诈骗

“恶意者必须使用 Eth2 的行为币来升级用户，告诉他们以 ETH2 代币的方式换取以太币。我们更新的术语系统更清楚地同时让这个骗局，并让这个生态安全。”

质押清晰度

“商家还在使用「代表在信标质押的 ETH 造成这两个质押链」。「ETH 的用户实际收到了 2 次质押服务」，造成了潜在的混乱。”

为什么转向 PoS？

与要求矿工根据他们可以获得的计算能力来竞争奖励的PoW（工作量证明）相比，Proof of Stake（权益证明机制）相对于他们的以太（ETH）货币的总量和时间随机选择验证者已被质押。PoS 验证者不需要挖掘块来维护网络。相反，他们需要在选择时创建新块，并在不选择时验证其他块。一旦参与者验证了最新的交易块，其他贡献者就可以证明（确认）该块是有效的。当做出足够的证明时，网络会添加一个新块。网络按照每个验证者的股份比例以区块链的本地货币以太币分配奖励。

以太坊转向 PoS 的原因从技术和市场上来看都非常明显，在以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 最新发表的文章中，表达了以太坊将从当前的 PoW 系统切换到 PoS 系统的理由——在他看来，在相同成本条件下，PoS 提供了更好的安全性，这一点无疑是公链的重要保障；而且PoS 系统在遭受攻击后能够更快恢复，最后一个优势则是 PoS 相对于 ASIC 挖矿更去中心化。

尽管成为验证者需要高超的技术知识和专业知识，但任何人只要满足 32 ETH 的最低要求就可以加入。无法达到门槛的人仍然可以通过在池中（由第三方管理）质押以太币来做出贡献并获得部分奖励。

合并后会发生什么？

从本质上讲，合并的目标是加快从 PoW 到 PoS 的过程。为了加速过渡，开发人员正在努力减少可能导致延迟的功能，并在合并完成后暂时禁止提取质押的 ETH 的能力。但是，这些可能会在合并后的“清理”升级中得到解决。

虽然合并不会立即解决可扩展性方面的挑战，但会帮助以太坊版本的辅助分片链为网络做好准备，该版本将依赖于功能齐全的 PoS 网络来运行。通过将网络的数据负载分散到 64 个区块链上，分片链为应用程序和汇总提供了额外且更便宜的层来存储数据。同时使得第 2 层系统能够提供低交易费用，并受益于以太坊主网的安全性。

其他共识机制一览

PoW：Proof of Work（工作量证明）

PoW的代表公链是比特币和以太坊（合并前）。PoW 是依赖机器进行数学运算（与或运算，计算出一个满足规则的随机数）来获得本次记账权，向全网其他节点发送本次需要记录的数据，由其他节点验证后，达成共识后对数据进行存储。一句话概括：干的越多，收的越多（有且仅有实际劳动，才能获得成果）

PoW的优点非常明显，算法简单，容易实现；节点间无需交换额外的信息即可达成共识（节点间自由进出）；破坏系统需要投入极大的成本；需要全网所有节点参与，完全去中心化。

缺点则是算力带来的安全问题和大量的资源浪费。目前比特币已经吸引全球大部分的算力，新的区块链必须找到一种不同的散列算法，很难使用与过去相同的算力得到相同的安全保障。且共识达成的周期较长，不适合商业应用（容易产生分叉，需要等待多个确认，区块的确认时间难以缩短）。

PoS：Proof of Stake（权益证明）

PoS 是 PoW 的一种升级共识机制，不需要消耗电力来进行运算，根据每个节点记账权的获得难度，令其与节点持有的权益成反比，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度。PoS 中设有验证员（Validators）。仍然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，容错性与PoW 相同。举例说明，PoS 类比成我们手中的钞票。当我们拥有的钞票越多，那在生活中所获得的权益就越多。

PoS 在一定程度上缩短了共识达成的时间，转账效率提高；不再需要大量消耗能源和算力挖矿。但其缺点也在于此，即还是需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点；所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响；去中心化程度消弱，容易出现强者恒强的情况，持币大户持币生息，从而出现垄断问题。

DPoS：Delegated Proof of Stake（委任权益证明）

DPoS 的代表公链是波卡，与 PoS 的主要区别在于节点选举若干代理人，向代理人授权选票后，由代理人验证和记账，钱包即为状态监视器。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与 PoS 相似。类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，由节点选择代理人，代理他们进行验证和记账。举例说明，如果持币者 A 支持了代理人 50 个币，持币者 B 支持了代理人 10 个币，那么 A 的投票权重是 B 的 5 倍。一句话概括：节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。

DPoS 的优点在于能够大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证；通过赞成投票制，可以确保即使一个人拥有50％的有效投票权，也不能独自选择一个出块人，保证算法安全；大多数出块人出现问题时，DPoS 仍可以继续工作。缺点在于整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的。还有弱中心化，去中心化程度不高。

PBFT：Practical ByzantineFault Tolerance（实用拜占庭容错算法）

PBFT 是一种状态机副本复制算法，一般包括三种协议：一致性协议 (agreement)、检查点协议 (checkpoint) 和视图更换协议 (view change)。在保证活性和安全性（liveness and safety）的前提下提供了 (n-1)/3 的容错性。在分布式计算上，不同的计算机透过讯息交换，尝试达成共识；但有时候，系统上协调计算机（Coordinator / Commander）或成员计算机（Member/Lieutanent）可能因系统错误并交换错的讯息，导致影响最终的系统一致性[9]。拜占庭将军问题就根据有多少错误计算机来寻找可能的解决办法，虽然无法找到一个绝对答案，但只可以用来验证一个机制是否有效。一句话概括：每个“将军”根据内部状态和新消息结合运行计算或操作，从而达成个人决定，个体将决定共享，根据全部决定确定共识决定。

优点在于系统运转可以脱离币的存在，PBFT 算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成，安全性与稳定性由业务相关方保障；共识的时延大约在 2~5 秒钟，基本达到商用实时处理的要求；共识效率高，吞吐量高，可满足高频交易量的需求；不使用工作量证明的耗电模式，更加节能环保。

缺点在于受到节点数量的限制以及节点需要选举或许可，可扩展性及去中心化程度较弱；容错性较低，当有 1/3 或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；当有 1/3 或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据。

PoC：Proof of Capacity（容量证明）

PoC 通过分配一定数量的内存或磁盘空间用于解决服务提供者所提供挑战的方式，显示了某个人对某个服务（例如发送邮件）具有合法的兴趣。虽然 Ateniese 等人的论文名称也是“Proof-of-space”，但它事实上一种采用 MHF（Memory Hard Function，一种计算代价取决内存的哈希算法）的 PoW 协议。PoC 是使用缓存大量数据的方法来对计算时间进行节省。举例说明，将彩票填满硬盘驱动器，生成一个随机数，然后检查匹配数字最多的人。如果你有最匹配的号码，你就会赢得奖励。一句话概括：储存空间越大，收的越多（有且仅有实际劳动，才能获得成果）

PoC 优点在于容量证明更加分散，因为每个人都有一个硬盘驱动器。你甚至可以从你的 Android 手机的硬盘上进行挖矿；矿商不需要不断升级设备。旧硬盘可以像新硬盘一样存储数据；完成挖矿后可以清除硬盘驱动器，并将其用于最初的目的。缺点则是产能开采的普遍证据可能会导致另一场军备竞赛；容量证明是一项相对较新的技术，在现实世界中没有经过严格的测试和挑战；已经有恶意软件在人们的电脑上挖矿比特币。如果容量证明变得流行起来，你可能会看到恶意软件在密谋人们的硬盘。

共识机制部分转自 https://anquan.baidu.com/article/1098，如需了解更多共识机制和其实现的算法流程，请参阅原文

其他参考文献：

The Merge | ethereum.org

https://ethereum.org/en/upgrades/merge/

Ethereum’s Big Day: What The Merge Means For Investors

https://www.forbes.com/sites/qai/2022/06/10/ethereums-big-day-what-the-merge-means-for-investors/?sh=8b30f2b1be39

What Is Ethereum 2.0? Understanding The Merg

https://www.forbes.com/advisor/investing/cryptocurrency/ethereum-2/

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