ASH:深入分析以太坊合并后的监管和应用层问题_PowerPool

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面临哪些监管问题和应用层问题。

在我们推出“以太坊大合并”系列的第一篇文章里，主要为大家介绍了以太坊升级的原因、路线和当前进展。（深度 | 以太坊“大合并”之后，能治好Web3的精神内耗吗？）

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面临哪些监管问题和应用层问题。

2022 年8月16日，以太坊联合创始人Vitalik Buterin（V神）在推特上参与讨论“若监管通过某些协议（如Lido、Coinbase等）的验证者者对以太坊进行协议级别的审查，以太坊社区将如何反应”这一话题时表示，会将这种审查视为对以太坊的攻击，并选择通过更广泛共识（social consensus）将这些验证者的质押权益进行销毁。

引起这个讨论的导火索在于：近期，美国财政部海外资产控制办公室（OFAC） 将与 Tornado Cash 有关的以太坊地址添加到制裁实体的名单中。但是目前对其的制裁都是处于中心化层面的操作，对于涉及到去中心化的智能合约部分，尚无法进行技术制裁。

这表明如果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，假如美国政府对以太坊进行监管，会面临什么？

何宝宏：元宇宙将推动数字经济与实体经济走向深入融合:金色财经报道，中国信息通信研究院云计算与大数据研究所所长何宝宏在接受采访时表示，我国产业数字化规模仍有不小的提升空间，数字技术创新应用依然迫切，此外，元宇宙将推动数字经济与实体经济走向深入融合。当前的数字经济更像是传统经济的数字化转型，而未来的数字原生世界，元宇宙或者Web3.0里面企业的组织形态理应发生非常大的变化。

元宇宙是数字技术、数字产品、数字产业发展的必然形态，将推动数字经济与实体经济走向深入融合。何宝宏表示，当前，元宇宙概念边界仍在持续探索，技术工具还有较大优化空间，现象级应用有待开发，整体还处于起步培育的初级阶段。[2023/4/9 13:52:13]

如果美国政府要对以太坊进行监管，最大的可能是要求大型PoS质押服务商对以太坊进行协议级别的交易审查。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“。

简单来说，就是监控被制裁地址发出的所有请求，并将所有包含被制裁地址事务的区块进行拒绝出块即可，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进行回滚，这也就意味着被制裁的地址将无法进行任何操作，并且验证者不会面临任何惩罚。

中央财经大学：与中国银行在数字人民币领域深入开展合作:金色财经报道，中央财经大学近日与中国银行签署战略合作协议，双方将围绕数字经济、数字人民币等方面开展研究，推动合作项目落地实施。根据协议，双方还将进一步在银校系统对接、数字人民币等领域深入开展合作。（中央财经大学官方公众号）[2021/10/5 17:24:39]

截至目前，以太坊全网质押的以太币数量大约为 1300多万 ETH，而通过 Lido 质押的以太币数量已经占了约30.9%，Coinbase占了约14.7%，Kraken占了约8.5%。

如果美国政府要求Lido、Coinabse、Kraken为代表的大型节点验证者（服务商）对以太坊进行协议级别的交易审查，作为具有美国法律实体的质押服务商很难拒绝类似要求。

图源自 Dune Analytics

针对可能出现的上述情况，在以太坊社区在 Twitter 上发起了一项投票讨论，如果 OFAC 通过验证节点对以太坊实施监管该怎么做。V神支持将上述情况视为对以太坊的攻击，并通过更广泛共识将这些节点的质押权益进行销毁。

中国证券报：随着区块链等金融科技应用深入 需加强个人金融信息保护:5月11日，中国证券报刊文称，相关金融基础设施亟待完善，随着大数据、区块链等金融科技应用不断深入，涉及个人金融信息保护的基础网络设施、IT架构、数据结构治理等亟待监管部门协调构建。[2020/5/11]

我们在上一篇曾提到：按照计划，以太坊的 Merge 以“最小破坏”原则进行，使原来运行的应用客户端可以无感地切换到PoS。也就是说，尽管是“最小破坏”，但在这个过程中，有一些小的变化仍然值得我们注意。本节就主要从应用开发的角度介绍在合并后，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堆栈的“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。

合并后客户端架构. 图源自Danny Ryan

当合并发生时，信标节点将监视当前的 PoW 链并等待它达到预定义的total difficulty阈值，该值被称为TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY。即一旦PoW链产生了一个带有total difficulty >= TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY的块，它将被视为链上最后的一个PoW 块。

北京方正公证处杨和平：与腾讯在多个方面达成深入合作:金色财经报道，4月17日，腾讯安全领御区块链-北京方正公证取证平台正式发布。在发布会上，北京方正公证处副主任杨和平表示：“区块链作为一种可以在完全不信任的节点之间建立信任机制的技术，具有高可靠度、高透明度、可追溯、永久保存和无法篡改的特性，这些特性与公证的职业要求和行业发展需求具有天然的融合性、互补性，特别是在公证三大效力之一的证据效力方面双方高度契合。腾讯安全与北京市方正公证处联合打造的领御区块链北京方正公证取证平台，就是要在深度整合两者优势基础上通过国家公信力+技术信任力的双重增信，向社会提供电子证据安全存储、取证维权、在线公证等智能化服务，从而形成一套规范和标准的互联网数据公证服务新模式。”

此外，北京方正公证处副主任杨和平还介绍说，未来方正公证处与腾讯将在以下几方面进行深度合作：1、构件新型公证法律服务业态上进行新的探索；2、拓展公证服务领域上取得新的突破；3、提升公证服务效率上再上新台阶；4、人才培养方面积累新经验；5、体制机制建设上走出新路子；6、公证服务助力互联网方面走出新天地。[2020/4/17]

随后，PoW 块包含的数据将成为信标链块的数据组成部分，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。

Binance Labs主管Christy Choi：正与对区块链和加密货币有深入见解的基金进行合作:今日Binance Labs主管Christy Choi在reddit的Ask Me Anything环节表示，币安生态系统基金的目的是确定和支持对整个生态系统产生持久影响的项目。因此目前正在与关心整个行业、对投资负责、对区块链和加密货币有深入见解的基金进行合作。只要关心生态系统并建立一个健康的产业，BNB最终会变得更好。[2018/6/7]

同时在进行共识验证时，信标节点将与其执行引擎（升级前的以太坊客户端）通信，并要求它生成或验证ExecutionPayloads。ExecutionPayloads包含了父哈希、状态根、基本费用和要执行的交易列表等信息。

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

图源自Danny Ryan

合并之后，执行引擎主要负责状态管理，区块创建和验证功能，而不再包含与共识相关的任何操作。因此，执行引擎被进行了部分修改，这些修改在EIP-3675中进行了描述，主要包含以下三点：

首先，修改了区块的部分数据字段。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），具体包括与挖矿相关（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能进行出块，因此执行引擎将停止处理区块和叔块奖励。但交易手续费仍由其进行处理，即当执行引擎创建一个ExecutionPayload时，需确保所有交易的发起者至少能够支付当前baseFeePerGas的费用，并且将剩余的交易手续费发送到feeReceipient。注意，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，执行引擎将不再负责广播区块，但仍会通过 p2p 网络进行交易的广播。具体过程为，首先用户将交易通过本地的 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。

下图表明了以太坊合并时的过程：首先停止PoW出块，其次信标链块在合并后开始持有 ExecutionPayload。

合并后，BLOCKHASH 操作码仍可使用，但由于它不再通过工作量证明生成对应的Hash值，所以此操作码提供的伪随机性将被大大减弱。

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，该值将替代 BLOCKHASH成为应用程序开发人员可使用的更好随机源（尽管仍然存在偏差）。

RANDOM 值将存储在 ExecutionPayload 中原有mixHash的位置，该值与工作量证明计算相关。升级后该值被重命名为 random。

下图解释了合并前后 DIFFICULTY 和 RANDOM 操作码的工作原理：

合并前，我们看到0x44操作码返回区块头里的 difficulty字段。合并后，负责生成随机数的 RANDOM操作码则指向原有 mixHash字段，该字段被重名为 random。

合并将影响以太坊的平均区块时间。目前在 PoW 下，平均每约 13 秒产出一个区块，但实际区块间隔时间会由于网络拥堵的情况，而存在相当大的差异。但在PoS下，区块间隔为固定的12 秒，除非发生某些极端情况，如：验证者离线或未及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减少近 1 秒，这提高了交易的速率。注意：如果智能合约中存在与特定平均出块时间相关的逻辑，则在计算时开发人员需要考虑到这一点。

好了，今天的分享就结束了，下一篇，我们探讨以太坊合并之后将面临的安全问题，欢迎持续关注我们的分享。

参考文献：

《升级前夕，以太坊社区面临监管担忧》 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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