以太坊的 PoS 冒險之路

買賣虛擬貨幣

撰文:Adam Bluestein

來源:《財富》雜誌

編輯:南風

隨著加密貨幣成為主流以及越來越多的人瞭解它的實際運作方式,該領域中最大的參與者比特幣和以太坊面臨著越來越多的批評,指責其為了保持區塊鏈執行而實施的挖礦操作對環境的破壞。

根據 Digiconomist 的資料,僅這兩個網路消耗的能源就超過了整個泰國 (人口: 9000萬)。今年 5 月,特斯拉 CEO 埃隆·馬斯克 (Elon Musk) 宣佈,該公司將不再接受比特幣作為支付方式,原因是擔心“用於比特幣挖礦和交易的化石燃料使用量迅速增加”。同月,綠色和平組織 (Greenpeace) 表示,將停止接受比特幣捐款,儘管該組織自 2014 年以來一直接受比特幣捐款。

最近 NFTs (非同質化代幣,也即在區塊鏈上加密的數字藝術品和其他限量版收藏品) 的蓬勃發展使以太坊成為人們關注的焦點,大多數 NFTs 都在以太坊上進行買賣。目前,一筆以太坊交易消耗的電力相當於一個美國家庭一週的平均用電量,其碳足跡相當於 140,893 筆 Visa 信用卡交易或觀看 YouTube 影片 10,595 小時。而數百萬美元的 NFT 銷售額對地球來說也付出了高昂的代價。

但在 2022 年初的某個時候,以太坊將透過一次稱為「合併」(The Merge) 的事件來推出其有史以來最重要的升級,承諾將網路能耗降低 99% 以上,將這個 2015 年啟動的區塊鏈網路定位為加密使用者和開發者的「綠色」選擇。經過五年多的研發,以太坊2.0 (即 Eth2) 的明確目標是讓這條快速增長的區塊鏈“更加可擴充套件、更加安全、更加可持續”。

這場重大轉變的背後

這次升級最重要的部分是對這個去中心化網路的交易驗證方式 (也即其「共識機制」) 進行根本性改變。與比特幣類似,當前的以太坊網路使用的是所謂的 PoW (工作量證明) 共識機制,而在 Eth2,以太坊將切換到一個全新的 PoS (權益證明) 共識機制,該機制將完全消除耗能的加密貨幣挖礦,取而代之的是「staking」(質押)。

我們知道,當你用借記卡或 Venmo 這樣的應用向某人支付時,你是在信任一個中央第三方 (比如銀行) 來驗證交易,即確認支付請求是合法的,然後從你的賬戶中正確地扣款並記錄交易。而在一個去中心化的支付系統 (比如區塊鏈) 中,交易的驗證和記錄都是由分佈在整個網路的數千個「節點」(通常被稱為「礦工」) 來進行的。理論上,這些節點並不知曉彼此,它們僅僅是個人或者團隊執行的計算機。那麼,去中心化網路是如何確保節點誠實,不會試圖執行欺詐交易或以其他方式導致網路崩潰呢?

其中一種方法就是透過 PoW。目前,隨著交易透過以太坊網路進行,網路中的礦工們會競相聚合、驗證這些交易並將它們記錄到一個新的、以加密方式進行保護的「區塊」中,每個區塊都是給定時間內網路上所有被驗證交易的永久記錄。作為這項工作的回報,以太坊的礦工們可以獲得 ETH 獎勵,以及由使用者支付的額外交易費。建立一個新區塊就像是一場高科技開鎖比賽,而這場比賽是為了解決一個有意設計的數學難題。

這種計算需要強大的計算機和大量的能源來維持執行,該計算的成本帶來了類似“遊戲面板”的功效,使之充當了一種進入障礙,阻止 (攻擊者) 對區塊鏈的隨意攻擊並使得攻擊系統變得無利可圖。一旦某個礦工挖出了新區塊 (也即解決了上述數學難題),該新區塊將傳輸給網路上的其他對等節點進行驗證。而如果礦工試圖將一個欺詐性的區塊打包上鍊,該區塊將被拒絕,且該礦工也將因此而失去區塊獎勵以及為了打包該區塊而支出的電力成本。

一個礦工的計算能力越強,他“贏得”區塊並獲得獎勵的機會就越大。ETH (從一年前的 300 美元到今年 7 月下旬的 2200 美元) 和其他加密貨幣價格的上漲引發一場「軍備競賽」,礦工們聚集專業的計算機並往往聯合起來以提高他們獲得挖礦獎勵的概率 (這對於區塊鏈技術的去中心化烏托邦理想而言是一種威脅)。

在這場低利潤的博弈中,能源成本是一個關鍵變數,因此挖礦作業往往聚集在電力便宜的地區,比如水力發電豐富的中國四川和雲南,或者是透過燃煤發電廠獲得廉價電力的新疆。在中國政府今年 5 月開始打擊加密貨幣挖礦業務之前,據估計全球 65% 至 75% 的比特幣挖礦發生在中國。《財富》雜誌採訪的內部人士表示,僅六、七家公司就處理了大部分的比特幣挖礦。

相比之下,以太坊的 PoS 新模式將依賴於一個「驗證者」(validators) 網路,而不是讓礦工競相解決數學難題來獲得建立新區塊 (並獲得區塊獎勵) 的特權,這些驗證者需要至少質押 32 ETH (截止 7 月底價值約合 72,000 美元)。演算法將以半隨機的方式選出由哪個驗證者來建立網路中的新區塊;質押了超過 32 ETH 的驗證者會增加他們被選中的機率,這有點像購買更多的抽獎券可以增加中獎率。

新建立的“候選”區塊將由網路中的其餘驗證者進行驗證,這類似於 PoW 這種舊模式,但驗證者不會像 PoW 礦工那樣對於每個挖出的區塊獲得固定的獎勵,他們獲得的年收益取決於他們的質押金規模。如果驗證者被發現建立了欺詐性區塊,則該驗證者將被「罰沒」,即該驗證者的一部分質押金會被「銷燬」且該驗證者將被驅逐出網路;而揭發惡意參與者的驗證者將獲得獎勵。

與 PoW 挖礦所需的高效能遊戲電腦或專門裝置相比,成為 PoS 驗證者的技術障礙更低:只需一臺普通的膝上型電腦以及一個可靠的、保持線上的網際網路連線即可。以太坊核心開發團隊的希望是,透過允許更多人參與保護網路,能夠使以太坊從長遠來看更加安全 (儘管 Eth2 並不阻止驗證者聯合起來建立更大的質押池)。

以太坊的全新 PoS 系統的一個測試版本,也即信標鏈,已經於 2020 年 12 月 1 日啟動,並一直在持續執行,當前有超過 16,384 個啟用的驗證者在執行模擬,儘管當前信標鏈沒有真實的交易資料。信標鏈將與當前這條儲存了以太坊交易歷史記錄的以太坊鏈進行合併,以建立以太坊2.0。

解決以太坊的其他問題

以太坊不是首個採用 PoS 共識模式的加密網路。許多年輕的競爭對手已經在使用 PoS,包括 2018 年推出的 Solana、Ava Lab 的 Avalanche 平臺、NBA Top Shot 開發商 Dapper Labs 建立的 Flow 區塊鏈以及以太坊聯合創始人 Charles Hoskinson 推出的 Cardano 平臺等。這些新興平臺緊跟以太坊的腳步,提供更低的交易費用和更快的速度,以吸引下一波基於區塊鏈的 app 開發者。

由於其在所謂的 dApps (執行在區塊鏈上的去中心化應用) 開發者中的日益流行,以太坊網路變得緩慢和擁擠。目前,以太坊每秒最多可以處理 30 筆交易;相比之下,Visa 每秒處理約 1,700 筆交易,並聲稱可以處理多達 24,000 筆交易。網路擁堵推高了使用者需要向礦工支付的交易費用。對於那些想要進行小額區塊鏈交易的人來說,以太坊上的交易費可能會超過實際轉移的金額,這促使一些人去尋找更便宜的替代方案。

DappRadar 營運長 Patrick Barile 表示:“在區塊鏈的早期,大多數活動是 (加密使用者) 在金融類 dApps 上進行的更高價值交易——數萬、數十萬甚至數百萬。今年,更多的 NFTs 和新興遊戲利用了區塊鏈。”DappRadar 是一家跟蹤多個區塊鏈平臺上的 dApps 資料採集和分析公司。

這些由使用者驅動的應用要求更快的交易速度和更低的成本。作為首個提供所謂智慧合約 (允許執行 dapps) 的區塊鏈,以太坊在開發者中擁有早期優勢。“在 2015 年,這是真正的創新,”Barile 說道。“但現在,以太坊的開發者正在將更多交易路由到其他從第一天起就支援 PoS 的鏈上,該機制讓它們變得更快、更便宜。”

今年 7 月下旬,在巴黎舉行的 EthCC (以太坊社羣大會) 上,以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 講述了這些問題,並敦促開發者將以太坊網路拓展到 DeFi 應用之外,並強調即將努力提高以太坊的可擴充套件性,解決其高交易費和擁堵問題。

然而,「合併」本身並不能做到這一點。Eth2 FAQ (常見問題) 頁面寫道:“「合併」僅限於升級以太坊的共識機制。在實踐中,它不會對當前以太坊的使用者體驗產生任何影響。”

不過,Eth2 計劃的階段二將透過引入備受期待的特性和功能,直接解決網路速度和費用問題。其中包括「Rollups」和「分片」,前者能夠將多筆交易捆綁成一筆交易並在鏈下進行處理,但會將交易記錄儲存在以太坊的區塊鏈上,後者是一種將以太坊的資料庫進行分割以便實現更快地檢索的方法。Buterin 曾表示,這二者和其他的改進方法可能最終允許以太坊網路每秒處理 100,000 筆交易。

CoinDesk 分析師 Christine Kim 表示,這些所謂的 Layer 2 方案“將幫助使用者和 dApps 在短期內過渡到一個更靈活的系統,該系統在去中心化和安全性方面有所折衷,但將為使用者提供他們所需的低費用和快速交易。”Kim 還表示,雖然當前其他鏈在交易速度和成本方面有優勢,但“以太坊積累了其他鏈沒有的 dApps 開發者和使用者生態系統。”

社羣中的爭議

即便是在「合併」發生之前,對以太坊費用市場進行變更的爭議性提案 EIP-1559 (將於 8 月 4 日的以太坊倫敦升級時實施) 也可能會帶來適度的費用降低,或者至少對以太坊網路使用者而言帶來更多的費用可預測性。EIP-1559 將取代當前以太坊交易費的「最高價拍賣」過程,而是由協議針對特定交易自動生成一個最低「基本費用」(Base Fee) 來確定交易費。

然而,或許更重要的是,EIP-1559 改變了以太坊礦工激勵機制:曾經直接流向礦工的交易費將在此提案實施後被銷燬,除了使用者選擇性地支付「小費」(Tips) 以讓自己的交易更快被處理。被銷燬的 ETH 將從流通中移除,因此有助於抑制 ETH 的通脹。(與比特幣 2100 萬的總量上限不同,以太坊對可以鑄造的 ETH 的總數沒有設定上限。)

各種估計得出結論,交易費的損失可能會使礦工的收入減少 20% 到 35%。即使在改用 PoS 機制之後,以太坊的激勵模式的變化仍然存在風險,可能會迫使一些對此不滿的礦工離開該網路,試圖破壞它或者啟動一條競爭鏈。事實上,一些大型礦工表示抗議EIP-1559 的費用變化,這促使以太坊開發者們加快了「合併」的時間表,以促使潛在的麻煩製造者更快地離開網路。

多數分析師預計,向 PoS 的轉變將推高 ETH 的價格,至少在短期內是這樣。這是因為流通中的 ETH 數量預計將下降,這是由於大量 ETH 被質押,同時一些作為交易費被“銷燬”的 ETH 將從流通中移除。CoinDesk 的建模還表明,在 PoS 系統下,新的 ETH 將會更慢地被鑄造出來。

目前還沒有正式的「合併」日期,分析師們預計將在明年年初進行。“但是,就在他們估計明年年初之前,他們說今年年底會進行合併,”Kim 說道。“其中的技術風險是很大的,所以如果合併進一步推遲,我不會感到驚訝。這種規模的升級是極其風險性的。因此,開發者將面臨很多壓力,需要反覆檢查他們的程式碼。但毫無疑問,它會發生的。”

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