以太坊:深入分析以太坊合并后的監管和應用層問題_區塊鏈

隨著以太坊Merge時間節點將至，今天我們將探討以太坊合并之后會面臨哪些監管問題和應用層問題。

在我們推出“以太坊大合并”系列的第一篇文章里，主要為大家介紹了以太坊升級的原因、路線和當前進展。

隨著以太坊Merge時間節點將至，今天我們將探討以太坊合并之后會面臨哪些監管問題和應用層問題。

2022年8月16日，以太坊聯合創始人VitalikButerin在推特上參與討論“若監管通過某些協議的驗證者者對以太坊進行協議級別的審查，以太坊社區將如何反應”這一話題時表示，會將這種審查視為對以太坊的攻擊，并選擇通過更廣泛共識將這些驗證者的質押權益進行銷毀。

引起這個討論的導火索在于：近期，美國財政部海外資產控制辦公室將與TornadoCash有關的以太坊地址添加到制裁實體的名單中。但是目前對其的制裁都是處于中心化層面的操作，對于涉及到去中心化的智能合約部分，尚無法進行技術制裁。

這表明如果美國要想要徹底制裁Tornadocash，就必須要控制底層的以太坊鏈。那么就引出一個問題，假如美國政府對以太坊進行監管，會面臨什么？

姚前：區塊鏈技術值得數據跨境流動及其監管各方深入研究:《中國金融》2020年第22期，中國證監會科技監管局局長姚前刊文《數據跨境流動的制度建設與技術支撐》表示，支付標記化技術將個人數據的“匿名化”交由可信第三方負責，而區塊鏈技術則創造了用戶完全自主可控的數據隱私保護新思路。用戶的私鑰可以本地生成，通過公鑰計算發布有效的賬戶地址，從而隔斷賬戶地址和賬戶持有人真實身份的關聯。通過控制私鑰，用戶可以在區塊鏈上自主完成交易，雖然在區塊鏈網絡上能夠看到每一筆交易的細節，但無法對應到現實世界中的具體某個人。區塊鏈技術從根本上打破中心化模式下數據控制者對數據的天然壟斷，賦予用戶真正的數據隱私保護權。區塊鏈技術還可與先進密碼學技術結合，發展出各類隱私保護方案。比如，利用基于環簽名、群簽名等密碼學方案保護簽名方身份；采用高效的同態加密方案實現密文的多方處理，隱藏用戶交易金額等敏感信息；采用零知識證明方案，使交易數據能被審查和驗證，但又不能被真實探知。區塊鏈技術這一自主可控的隱私保護新思路，值得數據跨境流動及其監管各方深入研究。[2020/11/24 21:56:04]

如果美國政府要對以太坊進行監管，最大的可能是要求大型PoS質押服務商對以太坊進行協議級別的交易審查。這并不是驗證者“作惡”，而是驗證者對鏈上地址的”針對性制裁“。

央行上海總部：深入推進金融科技創新監管試點:5月12日，央行上海總部發布通知稱，下一步將加強對金融科技應用創新試點工程的組織領導，并會同上海市地方金融監管局等單位，深入推進金融科技創新監管試點，提升金融科技支撐能力。中國人民銀行于2020年4月26日支持在上海等6市（區）擴大金融科技創新監管試點，這標志著金融科技創新監管工作正式在上海啟動，也為加快推進上海金融科技中心建設再添助力。

近年來，人民銀行上海總部把大力發展金融科技作為推動上海國際金融中心和科技創新中心聯動發展的重要著力點，積極探索設計上海金融科技中心的建設與發展路徑，發布了《關于促進金融科技發展 支持上海建設金融科技中心的指導意見》（銀總部發〔2019〕67號）。

央行上海總部明確，下一步將以《發展規劃》為指引，加強對金融科技應用創新試點工程的組織領導，并會同上海市地方金融監管局等單位，深入推進金融科技創新監管試點，加大試點項目橫向交流和成果共享，深化金融市場科技應用，提升金融科技支撐能力，為把上海建設成為與國際金融中心地位相適應的金融科技中心提供有力支撐。（中新經緯APP）[2020/5/12]

簡單來說，就是監控被制裁地址發出的所有請求，并將所有包含被制裁地址事務的區塊進行拒絕出塊即可，當一個區塊無法通過66%以上權益驗證投票通過時，該區塊的所有事務請求將會進行回滾，這也就意味著被制裁的地址將無法進行任何操作，并且驗證者不會面臨任何懲罰。

聲音 | 國家醫療保障局副局長：國家醫療保障局將深入研究引入5G和區塊鏈等先進技術:11月24日，全國醫保電子憑證發布式在山東省濟南市舉行。國家醫療保障局副局長施子海表示，國家醫療保障局將不斷探索創新，深入研究引入5G和區塊鏈等先進技術，加快完善電子憑證功能和推廣應用，推進醫保治理體系和治理能力現代化，提升為民服務質量和水平，讓更多便民舉措更加廣泛地惠及人民群眾。（第一財經）[2019/11/24]

截至目前，以太坊全網質押的以太幣數量大約為1300多萬ETH，而通過Lido質押的以太幣數量已經占了約30.9%，Coinbase占了約14.7%，Kraken占了約8.5%。

如果美國政府要求Lido、Coinabse、Kraken為代表的大型節點驗證者對以太坊進行協議級別的交易審查，作為具有美國法律實體的質押服務商很難拒絕類似要求。

圖源自DuneAnalytics

針對可能出現的上述情況，在以太坊社區在Twitter上發起了一項投票討論，如果OFAC通過驗證節點對以太坊實施監管該怎么做。V神支持將上述情況視為對以太坊的攻擊，并通過更廣泛共識將這些節點的質押權益進行銷毀。

聲音 | 北郵教授：5G的本質是無限連接 將促進區塊鏈等技術的深入發展:據澎湃新聞消息，5月26日下午，2019中國國際大數據產業博覽會舉行“5G重構數字社會基礎生態”高端對話，中國信息經濟學會副會長、北京郵電大學教授呂廷杰在會上表示，5G循序漸進的發展一定會帶來一個完全不同的社會，它會使社會的效率更高，因此也會涉及到更大的安全問題。他指出，5G的本質是無限連接，連接產生了高價值的關鍵數據，未來的大數據會有全新的飛躍，將促進人工智能、區塊鏈等技術的深入發展，生產很多新的架構和生態，必將重構數字經濟的生態，在未來5-8年會滲透到生活的方方面面，也將改變10年以后的整個社會的游戲規則。[2019/5/26]

下面，我們再來聊一聊應用層的問題。

我們在上一篇曾提到：按照計劃，以太坊的Merge以“最小破壞”原則進行，使原來運行的應用客戶端可以無感地切換到PoS。也就是說，盡管是“最小破壞”，但在這個過程中，有一些小的變化仍然值得我們注意。本節就主要從應用開發的角度介紹在合并后，我們應該關注的方面。

合并后，當前的Eth1和Eth2客戶端將成為以太坊的執行層和共識層。這意味著Eth1或信標鏈客戶端的節點運營商將需要運行堆棧的“另一半”以獲得完全驗證的節點。下圖顯示了合并后完整的以太坊客戶端架構。

動態 | 貴陽青年代表團與立陶宛深入交流區塊鏈人才培養等問題:據貴陽日報消息，日前，貴陽市青年代表團赴白俄羅斯、立陶宛、波蘭進行交流訪問，在立陶宛期間，代表團考察了維爾紐斯區塊鏈研究中心，雙方就開展區塊鏈人才培養、技術合作等進行了深入交流。[2018/9/25]

-客戶端架構

合并后客戶端架構.圖源自DannyRyan

-區塊結構

當合并發生時，信標節點將監視當前的PoW鏈并等待它達到預定義的totaldifficulty閾值，該值被稱為TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY。即一旦PoW鏈產生了一個帶有totaldifficulty>=TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY的塊，它將被視為鏈上最后的一個PoW塊。

隨后，PoW塊包含的數據將成為信標鏈塊的數據組成部分，而信標鏈則可以被視作為以太坊新的PoS共識層，取代之前的PoW共識層。

同時在進行共識驗證時，信標節點將與其執行引擎通信，并要求它生成或驗證ExecutionPayloads。ExecutionPayloads包含了父哈希、狀態根、基本費用和要執行的交易列表等信息。

一旦這些數據被生成或驗證，信標節點將與p2p網絡上的其他節點共享它們。

而對于終端用戶和應用程序開發人員來說，這些原來PoW鏈上的ExecutionPayloads仍然是他們與以太坊進行直接交互的位置，事務仍將由執行層客戶端處理，這使得他們可以無感切換到PoS鏈。下圖顯示了這種關系：

圖源自DannyRyan

-執行引擎

合并之后，執行引擎主要負責狀態管理，區塊創建和驗證功能，而不再包含與共識相關的任何操作。因此，執行引擎被進行了部分修改，這些修改在EIP-3675中進行了描述，主要包含以下三點：

首先，修改了區塊的部分數據字段。將原有區塊中幾個僅與PoW相關的字段設置為0，具體包括與挖礦相關、叔塊獎勵相關。此外，extraData的長度在主網上也將被限制為32字節。

其次，由于只有合并后的信標鏈才能進行出塊，因此執行引擎將停止處理區塊和叔塊獎勵。但交易手續費仍由其進行處理，即當執行引擎創建一個ExecutionPayload時，需確保所有交易的發起者至少能夠支付當前baseFeePerGas的費用，并且將剩余的交易手續費發送到feeReceipient。注意，feeReceipient指的是升級前的以太坊地址，而不是信標鏈驗證者地址。

最后，一旦PoS取代PoW，執行引擎將不再負責廣播區塊，但仍會通過p2p網絡進行交易的廣播。具體過程為，首先用戶將交易通過本地的RPC請求發送到共識客戶端，在那里它們將被打包到信標塊中。然后，共識客戶端將在他們的p2p網絡中廣播信標塊。

下圖表明了以太坊合并時的過程：首先停止PoW出塊，其次信標鏈塊在合并后開始持有ExecutionPayload。

圖源自DannyRyan

-BLOCKHASH&DIFFICULTY操作碼更改

合并后，BLOCKHASH操作碼仍可使用，但由于它不再通過工作量證明生成對應的Hash值，所以此操作碼提供的偽隨機性將被大大減弱。

與此同時，DIFFICULTY操作碼(0x44)將會更名為RANDOM并返回由信標鏈提供的隨機數值。因此，該值將替代BLOCKHASH成為應用程序開發人員可使用的更好隨機源。

RANDOM值將存儲在ExecutionPayload中原有mixHash的位置，該值與工作量證明計算相關。升級后該值被重命名為random。

下圖解釋了合并前后DIFFICULTY和RANDOM操作碼的工作原理：

圖源自DannyRyan

合并前，我們看到0x44操作碼返回區塊頭里的difficulty字段。合并后，負責生成隨機數的RANDOM操作碼則指向原有mixHash字段，該字段被重名為random。

-出塊時間

合并將影響以太坊的平均區塊時間。目前在PoW下，平均每約13秒產出一個區塊，但實際區塊間隔時間會由于網絡擁堵的情況，而存在相當大的差異。但在PoS下，區塊間隔為固定的12秒，除非發生某些極端情況，如：驗證者離線或未及時提交區塊而錯過了某個插槽。

綜上，升級后網絡的平均出塊時間將減少近1秒，這提高了交易的速率。注意：如果智能合約中存在與特定平均出塊時間相關的邏輯，則在計算時開發人員需要考慮到這一點。

好了，今天的分享就結束了，下一篇，我們探討以太坊合并之后將面臨的安全問題，歡迎持續關注我們的分享。

參考文獻：

《升級前夕，以太坊社區面臨監管擔憂》https://www.defidaonews.com/media/6772646

《HowTheMergeImpactsEthereum’sApplicationLayer》https://blog.ethereum.org/2021/11/29/how-the-merge-impacts-app-layer/

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