ETH升级全面解读：从PoW到PoS的技术革命

本文全面解读了以太坊从工作量证明（PoW）机制向权益证明（PoS）机制的重大升级。  由于PoW机制存在高能耗、低效率等局限性，且无法满足行业发展对区块链可扩展性、速度和效率日益增长的需求，以太坊启动了这一升级。文章对比了PoW和PoS两种机制的原理和优缺点，详细阐述了“合并”（The Merge）、Dencun升级以及未来分片等关键升级历程，并分析了此次升级对经济模型、生态系统以及开发者、用户和矿工等方面的影响，最后探讨了升级过程中面临的技术、社区和监管等方面的挑战。

升级背景

• PoW 的局限1
  • 能耗问题：在 PoW 机制下，矿工需通过计算难解的数学问题竞争记账权，能耗极高，与当前可持续性和环保的趋势相悖。
  • 性能瓶颈：以太坊 PoW 每秒仅能处理约 15 笔交易，面对去中心化应用爆发式增长，交易拥堵、Gas 费飙升等问题凸显。
• 行业发展需求：区块链行业不断发展，大规模商用对区块链的可扩展性、交易速度和能源效率提出更高要求，以太坊需要升级以保持领先地位。

PoW 与 PoS 机制对比1

• 原理不同
  • PoW：依靠矿工投入算力解决数学难题来竞争记账权和获得区块奖励，谁的算力强大、解决问题速度快，谁就有更大机会获得记账权和奖励。
  • PoS：根据参与者持有的以太币数量和持有时间来分配记账权，持有币越多、时间越长，获得记账权的概率越高。
• 优缺点各异
  • PoW：优点是经过长时间实践检验，安全性高，能有效抵御 51% 攻击，去中心化程度高。缺点是能源浪费严重，交易处理速度慢，难以满足大规模商业应用需求。
  • PoS：优点是能源消耗极低，可扩展性强，能支持更高的交易吞吐量，减少挖矿中心化风险。缺点是存在权益集中问题，可能导致少数持币大户掌握过多话语权，需要参与者锁定一定数量的货币，降低了资金流动性。

升级历程

• The Merge（合并）：2022 年 9 月，以太坊完成了从 PoW 到 PoS 的过渡，这一升级将以太坊的能耗降低了 99%，为后续升级奠定了基础。
• Dencun 升级：2023 年推出，其中 EIP - 4844 通过引入 “blob” 数据存储机制，大幅降低了 Layer 2 网络的交易成本，为分片技术铺平了道路。
• 未来分片：分片是以太坊 2.0 的最终目标之一，它将以太坊网络分割成多个 “分片”，并行处理交易，从而大幅提升网络吞吐量。

升级影响

• 经济模型1
  • 通胀变通缩：合并前每天 ETH 增发数量约 13000 个，合并后降至 1600 个，且燃烧数量超增发，ETH 进入通缩阶段。
  • 衍生品变化：合并前 stETH 和 rETH 等衍生品因无法即时赎回存在折价，合并六个月后开放赎回，价格有望回归 1：1。
• 生态系统1
  • 开发者：提供更高效、低成本的开发环境，吸引更多人在以太坊上构建应用，推动去中心化金融、数字身份验证、元宇宙等领域发展。
  • 用户：交易速度提升和交易成本降低，改善用户使用体验，吸引更多普通用户参与以太坊生态。
  • 矿工：PoW 矿工失去挖矿收益，不得不将算力转移至其他区块链，部分可能选择以太坊经典 ETC 等项目。

升级挑战1

• 技术层面：升级过程复杂，涉及共识层、执行层等多方面更新和协调，任何技术故障或漏洞都可能影响升级进程和网络安全。
• 社区层面：社区内对升级方案可能存在分歧，如 PoW 矿工群体利益受损，可能推动硬分叉，影响以太坊网络的一致性和稳定性。
• 监管层面：随着以太坊影响力增大，转型可能引发监管机构关注，面临更严格的监管要求，给升级带来不确定性。

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