以太坊伦敦升级EIP及其潜在影响

以太坊共有四个发展阶段，分别是前沿（Frontier）、家园（Homestead）、大都会（Metropolis）和宁静（Serenity）。其中宁静是以太坊的最终阶段，标志以太坊达到了 2.0 阶段。以太坊 2.0 与 1.0 版本有很大不同，包括共识机制从 PoW 转向 PoS，区块结构从单链转向多链分片等。这是早已规划好的发展路线，可以减少挖矿的能源消耗，以及在保证安全的情况下实现更高的效率。为了提高系统的可用性以及走向以太坊 2.0 的目标，以太坊网络需要不断升级，预计 8 月 4 日在区块高度 12965000 进行的伦敦硬分叉就是一次网络升级。

以太坊的网络升级通过链下治理实施，社区成员提出 EIP （以太坊升级提案，Ethereum Improvement Proposal）并对升级所要采用的 EIP 内容达成一致，由开发团队更新客户端，最后矿工使用最新版的以太坊客户端并通过硬分叉升级。从 2015 年诞生起，以太坊经历了数次升级，时间和名称如下表所示，他们帮助以太坊不断完善并走向最终阶段。

表 1：历次以太坊硬分叉升级的时间和名称

在这次的伦敦硬分叉升级共包含了 5 项 EIP，主题分别为修改手续费收取规则、修改智能合约操作码的相关内容和推迟难度炸弹等，其中 EIP 1559 和 EIP 3554 对网络的影响最大。

表 2：伦敦硬分叉升级名称

EIP 1559 最早在 2019 年提出，在经过多次讨论和代码实现后，终于将在伦敦分叉后应用。EIP 1559 将采用与现在完全不同的 gas 费收取方式，旨在赋予以太坊网络更多价值。在当前的收费规则中，手续费由用户自行设置，全部为矿工收入，手续费越高的交易被打包进区块的速度越快。以太坊资源有限，手续费采用竞拍的方式收取，在网络拥堵时手续费会水涨船高，而且待确认交易数量也会增长。

在 EIP 1559 提出的新的规则中，手续费分为两部分，基础费和矿工小费。其中基础费是交易所需的最少花费，由系统直接销毁，小费归矿工所有。新规则没有规定区块的 Gas Limit，大小可以弹性变化，并且根据变化调整基础费。目前区块的 Gas Limit 是 1500 万，未来虽然没有 Gas Limit 的限制，但目标值是 1500 万，区块容量可以在 0 至 3000 万范围内波动。如果区块包含的 gas 超过 1500 万，基础费将提高 12.5%，反之如果低于 1500 万，将降低 12.5%，直至趋于零。在网络拥堵时，基础手续费会指数上涨，如果区块大小连续超过目标值近 5 分钟（大约 21 个区块），用户需要支付的基础费就要上涨十倍，近 10 分钟的话上涨 100 倍。用户只能等待区块容量下降来降低基础费，这种收费方式看似可以缓解网络拥堵，但治标不治本，还是需要网络扩容来提高性能。

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EIP 1559 提高了手续费的效率，主要体现于用户方面。过去用户在支付手续费时，需要根据网络拥堵情况和近期 gas price 估算手续费多少。如果过少等待时间会变长，过多则造成浪费。从区块层面看，EIP 1559 的方案每次区块之间的基础费变化幅度最多为 12.5%，根据规则用户能预测并支付相对准确的手续费，以提高用户体验。

对以太坊生态来说，销毁基础费的影响更大，ETH 代币的通胀速度将减缓。现在每天 ETH 的产出是 13000 枚左右，年通胀率约为 4%。Dune Analytics 的数据显示，如果按照 EIP 1559 的方式，一年内预计销毁 2937123 枚以太坊，占增发量的 61.9%，可以把通胀率降低到 1.5%。这个数值要比比特币 1.8% 的通胀率更低，在销毁过多的情况下通胀率还可能变为负值。通过销毁基础费，可以将网络的使用价值与 ETH 价值更深地绑定在一起，在一定程度上会提升 ETH 的价值。

与此相对的，EIP 1559 的实施必然会损失矿工收入。以太坊网络越拥堵，矿工的手续费收入越高，最多时手续费的收入可以占据总体收入的一半以上，未来矿工将主要依赖区块奖励。EIP 1559 对矿工的 MEV 收入不会造成影响，随着 DeFi 应用的扩张，这一部分收入将占据一定比重。

外界对 EIP 1559 实施的阻力主要有两点猜测，一是操纵问题，二是分叉问题，但这两者实现的可能性很小。基础费的定价受到区块大小影响，只有矿工能对基础费进行操纵。但由于基础费全部销毁，不会归为矿工所有，所以矿工没有动力去操纵区块大小，而且矿工团体是分散的组织，不可能实施统一的操纵行为，最终基础费还会由市场决定。此次升级是以硬分叉的形式进行，存在矿工对此不满进行分叉的可能，但矿工不是社区的全部，没有社区支持的情况下分叉很难出现。

以太坊 2.0 要经历 3 个阶段，Phase 0，1 和 2。这三个阶段需要实现的任务分别是 PoS 共识，数据分片和交易分片。以太坊 2.0 的分片结构是由信标链和分片链组成，其中信标链负责分片链之间的通信，也是整个框架中的核心。目前以太坊已经上线了信标链并且开始 PoS 挖矿，同时 PoW 挖矿依然存在，等待以太坊 2.0 有足够的准备时，PoW 才会退出历史舞台。正常条件下，PoW 的矿工由于已经付出了矿机等硬件设施的成本，不会主动退出挖矿。以太坊通过减少区块奖励和设置难度炸弹，实现 PoS 共识转变。

图 1：以太坊 2.0 的框架

减少区块奖励可以直接减少矿工的挖矿奖励，区块奖励已经从最初的 5 个 ETH 在君士坦丁堡升级后降低为 2 个。难度炸弹的设置目的是为了增加挖矿难度，让 PoW 出块越来越难，进而将共识转移到 PoS 网络中。因此难度炸弹所选择的时间点非常重要，需要在以太坊信标链完全能承接全网交易后才可以施行，提前爆炸会影响 PoW 网络安全。至今为止难度炸弹已经推迟了三次，最后在区块高度为 9200000 的缪尔冰川升级中，将难度炸弹推迟了 4000000 个区块，将于今年 8 月份爆发。这次伦敦硬分叉的 EIP 3554 的内容就是推迟难度炸弹到今年 12 月份。

图 2：以太坊的网络难度，红框代表推迟难度炸弹的升级

在接下来的上海硬分叉升级中，预计包括 ETH 1 与 ETH 2 合并的内容，如果能按时完成，那么难度炸弹会按照预定的时间出现，但难度炸弹在短时间内不会造成很明显的影响。矿工成本与币价有很大关系，从以太坊历史算力的变化来看，算力没有因为区块奖励减少或者网络难度上升而暴跌过，反而以太坊价格下跌是导致全网算力下跌的主因。如果要限制 PoW 挖矿，让矿工主动退出，还需要难度炸弹实施较长时间或者大幅调低区块奖励。

图 3：以太坊网络算力，主要受以太坊价格影响

EIP 3198 是为了辅助 EIP 1559 而实施的，添加了 BASEFEE 操作码，目的是返回当前区块的基础费。EIP 3541 实施后，网络将拒绝以 0xEF 开头的新智能合约，已经存在的智能合约不受影响。这是为了接下来对 EVM 对象格式的提案做准备，如果下一步的提案没有部署，这个方案也可以用于其他用途。

EIP 3529 修改了某些操作码对 gas 的退款，这会影响 Gas Token 使用。以太坊在 gas 定价中，涉及到清理状态和存储插槽以及删除带有自毁操作码的合约时 gas 收费为负值，也就是会有 gas 退回，最高退款为创造时消耗量的一半。根据这个特征，用户可以在 Gas Price 低的时候花费 gas 创建这些智能合约，在价格高的时候清理和删除来获得 gas 再用于其他交易，以此实现 gas 费的套利。例如 GST1，GST2 以及 1inch 开发的 CHI 就是使用了不同机制的 Gas Token。EIP 3529 取消 SELFDESTRUCT 操作码对 gas 的退款，并降低 SSTORE 操作码对 gas 的退款，这会导致 Gas Token 失效。减少 Gas Token 有利于减少不必要的 gas 使用占用网络资源，也避免退还 gas 后造成区块大小的变动。

在伦敦硬分叉升级之前，以太坊已经进行过数次硬分叉升级，下次上海硬分叉实施之后，有望实现以太坊 1.0 与信标链的合并。伦敦升级共包括 5 个 EIP 内容，其中 EIP 1559 调整手续费收取方式和 EIP 3554 推迟难度炸弹的影响较大。

EIP 1559 让手续费更有效率来提升用户体验，总体上可以增加以太坊网络的生态价值。但不能从根本上解决网络拥堵和高手续费的问题，这需要通过二层扩容或者以太坊 2.0 来实现。EIP 3554 对难度炸弹的推迟可以让其在信标链 PoS 完全准备好的时候实施，以促使矿工放弃 PoW 链。除此之外，伦敦硬分叉还会影响 Gas Token 的使用，之后 Gas Token 会失效，但有利于非必要网络空间的释放。

以太坊网络升级通常采用硬分叉的形式，硬分叉相对于软分叉来说，最大的区别在于是否兼容旧版本。硬分叉能保证全部节点都升级为最新版本，否则不会被其他已升级的节点接受。以太坊在向 2.0 阶段的升级中改动很大，需要所有节点都保持一致，使用同一版本。比特币为了防止社区分裂，通常使用软分叉的方式升级，例如隔离见证。为了避免硬分叉造成社区分裂，很多公链采用提案通过后自动升级的方式。以太坊强大的社区共识则防止了真正分叉，一般情况下创始人 Vitalik 支持的提案都会获得社区支持。即使伦敦硬分叉中的某些内容会受到矿工反对，造成社区分裂的可能性也很小。

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