以太坊合併前後5大維度數據對比

1,以太坊合併是為了分片做準備,其次才是環境更友好,更高的安全性和去中心化程度。

2,主網合併的複雜度遠超測試網,我們對9月19日能否如期合併持悲觀態度。

3,合併完成後,ETH將減產90%,質押釋放的ETH無法覆蓋Gas燃燒,以太坊極有可能進入通縮時代。

4,合規將成為PoS以太坊網絡的達摩克里斯之劍。

5,從短期來看,以太坊合併為質押賽道帶來發展紅利。從長期來看,STaaS的發展主要靠公鏈生態繁榮和賽道本身的創新。

以太坊合併(The Merge)近在咫尺。

根據開發者電話會議,3個測試網中,Ropsten、Sepolia已經成功合併,最後一個測試網Goerli的合併預計在8月第2週進行。 9月初將部署Bellatrix更新。然後是為期2週的合併部署。如果一切順利,主網合併預計在9月19日前後進行。

來源:https://blog.ethereum.org/

合併是以太坊歷史上最重要的升級。作為生態最大、最複雜的區塊鏈,它將首次完成共識機制從PoW向PoS的轉換。這在區塊鏈歷史上應該是前所未有的。如果成功,以太坊合併將給其他區塊鏈提供一個重要的範例。

為什麼要合併?

我們所說的以太坊合併是指以太坊主網和信標鏈(Beacon Chain)合併。整個以太坊網絡將繼承原來主網的交易狀態,信標鏈會被合併進去作為共識層。合併後最直觀的改變就是以太坊的共識機制從PoW變成PoS。

合併前是PoW(工作量證明)機制。節點暴力計算,爭奪出塊權,獲得收益。在這個過程中,為了確保網絡安全,需要有較高比例的節點存儲所有(或者大部分)數據,每個節點都要參與交易驗證。節點被無差別對待,所有交易也被無差別處理。

合併後是PoS(權益證明)機制。出塊節點(提案人,Proposer)和驗證節點(驗證委員會,Committee)被隨機選出。等到合併後的下一個階段“數據分片”實現,不同節點可以各自只存儲部分數據,驗證也只由被選出的Committee負責進行。

這實際上降低了節點門檻,也減輕了以太坊的數據存儲壓力(不必永久存儲所有數據),是通過優化主網運行規則來擴容。需要注意的是,PoS並不能帶來擴容,擴容依賴於分片的實現。

  • 為分片做準備

以太坊網絡之所以轉變為PoS是為了分片做準備。實際上PoS和分片的組合在官方文件中獲得了認可。以太坊官網中寫道“信標鏈(PoS)將處理/協調分片和質押人網絡。”

筆者認為,合併的終極目標是擴容,擴容要通過分片+Rollup實現,為了分片,以太坊網絡需要先轉變為PoS,因為PoS和分片在邏輯上更為一致。 PoW考慮全局性,而PoS和分片則都用到“隨機數”的元素,它們都追求“最小的充分性和必要性”,減少存儲/驗證冗餘。

其次才是為眾人稱道的環境更友好,以及更高的安全性和去中心化程度。

  • PoS對環境更友好

PoW網絡出塊是算力競爭,這種競爭對機器、電力提出越來越高的要求。以最典型的PoW網絡——比特幣為例,根據劍橋大學此前的數據,比特幣網絡一年的耗電量大約是1213.6億度,超過阿根廷、荷蘭、阿拉伯聯合酋長國全年耗電量。

雖然以太坊的耗電量遠低於比特幣,但是作為一個新興科技領域的代表,它也在追求變得更加環境友好。

據了解,合併之後,以太坊網絡的耗電量將減少99%以上。 10萬次Visa交易大概消耗149度電,相比之下,合併後的PoS以太坊網絡進行10萬次交易只消耗0.667度電。

把耗電量類比成高度,數據和圖片引用自:海外獨角獸

  • 安全性和去中心化程度

至於網絡安全性和去中心化程度,Vitalik曾討論過他認為PoS相對於PoW更具優勢的原因。

整體而言,PoS節點的參與門檻更低。比特幣PoW節點間的競爭已經“進化”到ASIC,除了資金外還有機器搭建、運維門檻,普通人無法參與。

PoS網絡無法拒絕任何人成為節點(或者節點的一部分)。雖然32 ETH現在意味著4.5萬美元左右的高資金門檻,但是已經有越來越多的服務商支持小額ETH質押,PoS在機器、操作上的門檻也更低。

此外,根據Vitalik給出的一些數據,PoS網絡的攻擊成本高於PoW網絡。在被攻擊後,PoS的恢復能力也優於PoW網絡。 (後文會有介紹)

在廣受爭議的PoS導致富者更富問題上,因為PoS支持的參與群體更廣泛,節點的質押+Gas收入會被分攤(相當於以小節點的數量優勢減緩巨鯨財富增長)。 Vitalik認為,以太坊轉成PoS後,財富集中程度的翻倍可能要花一個世紀,在這個過程中,ETH的重新分配,如消費、慈善捐贈,也會減緩財富集中趨勢。

目前來看,PoW和PoS的安全性和去中心化程度到底孰優孰劣還沒有定論。

合併前後的信標鏈

基於上述原因,以太坊確定了分片+Rollups+PoS的未來發展路徑。

作為發展路徑的第一步,信標鍊和現行以太坊主網的合併已經提上日程。合併預計在9月19日前後進行。

  • 合併前

就好像空間站(以太坊主網)要增加新的模塊(信標鏈),飛船(信標鏈)要提前為對接(合併)做準備,信標鏈的準備工作至少開始於2020年12月1日。

2020年12月1日,以太坊推出信標鏈,從推出之日起至今,信標鏈一直與以太坊主網並行運行,彼此獨立。

信標鍊是一條PoS鏈,負責出塊的提議者(Proposers)和負責交易驗證的驗證委員會(Committee)從質押ETH的驗證者中隨機選出。

所以從上線的第一天開始,信標鏈就支持了ETH質押/存儲功能,通過質押32個或更多ETH,你能成為驗證者,獲得質押利息。目前ETH的存入還是一個單向的過程,ETH和利息的提取要等到合併後的上海昇級之後。

現在信標鏈除了質押ETH,隨機選擇節點出塊和驗證,對節點進行獎勵和懲罰,維持網絡正常運行之外,沒有其他功能,目前它不支持賬戶和智能合約。

相比之下,現在的以太坊主網則是一條承載著成千上萬應用,數千億美元鏈上資金,以及要同時承擔共識、數據可用、交易執行三個功能的PoW鏈。

  • 合併後

等到信標鏈合併到以太坊主網,以太坊的PoW共識層將被替換成信標鏈(PoS),交易狀態則是繼承自原以太坊主網。

來源:Danny Ryan

信標鏈將協調質押網絡,類似於一個中樞記賬本,記錄驗證者名單,對驗證者進行獎勵和懲罰,合併後信標鏈成為以太坊整體的一部分,應該也會同時承擔交易執行、數據可用的職責。在分片實現後,信標鏈還將協調分片網絡。

從當前的規劃來看,以太坊未來的發展路徑是想要通過優化主網共識(PoS),優化數據存儲/驗證效率來提高主網性能,同時外接“假肢”——Rollup,交易執行主要向Rollup拓展。

因此,整個過程可以看做是向Rollup承接以太坊交易執行層,以太坊Layer1作為更高效的數據有效層和共識層過渡。未來的發展不排除這種情況:以太坊Layer1退居幕後,Rollup成為交易執行的高可擴展性機器,以太坊Layer1為Rollup數據有效性和共識提供保障。

為了推動共識機制從PoW向PoS轉變,以太坊還設置了“難度炸彈”。 “難度炸彈”會使PoW計算難度指數上升,從而勸退礦工,確保以太坊在合併後成為“純粹”的PoS鏈。對於礦工群體,已經有人預測以太坊分叉的可能。

合併現狀

以太坊的合併需要由代碼變動來實現。儘管合併以“最小破壞”為原則,但是因為牽扯到大量的應用和資金,這一過程必須謹慎。節點和DApp開發者可以根據https://ethereum.org/en/upgrades/merge/提示進行操作。

在主網合併前,以太坊分別在Kiln、Ropsten、Sepoli、Goerli測試網上進行合併測試。目前Kiln、Ropsten、Sepoli已經成功過渡到PoS。 Goerli的合併預計在8月11日進行。

由於Goerli是最接近以太坊主網的測試網,Goerli合併測試比較重要。這之前將分別在Goerli、主網上進行影子分叉測試。影子分叉是合併的試運行,此前的影子分叉中不是沒有問題。

再考慮到測試網合併並不是真正的以太坊主網合併。以太坊主網上運行著數千個節點、55萬多個代幣智能合約、數以萬計的DeFi、NFT應用,相比之下,測試網中的應用和資金要輕便許多,以太坊主網的合併複雜度遠超測試網。

再加上以太坊的合併已經經歷過多次延期。江卓爾也表示,還有大量的應用沒有開始測試合併。因此,我們對9月19日能否如期合併不抱樂觀態度。

在信標鏈方面,目前驗證者數量已經超過41萬個,ETH質押數量超過1310萬個,占到總供應量的約11%。從上線至今,信標鏈一直穩定運行,信標鏈已經為合併做好準備。

信標鏈現狀,來源:beaconcha.in

合併前後5大維度數據對比

合併前後,以太坊網絡會出現一些變化。嗶嗶News將從去中心化程度、安全性、節點收入、代幣供應、合規風險5個維度進行對比和說明。

·去中心化程度

合併前,以太坊活躍節點數量維持在數千個,高峰期曾達到12569個(目前活躍節點處在數百個的低谷期)。這些節點分佈在全球各地。無論是從數量還是地理分佈上看,PoW的以太坊網絡去中心化程度已經很高。

以太坊PoW節點分佈,來源:etherscan.io/nodetracker

相比之下,未來將接棒PoW的信標鏈驗證者數量更多。目前信標鏈驗證者(質押32 ETH的客戶端)超過41萬個。

需要注意的是PoW網絡中的節點區分大小,不同的節點算力水平不一樣,而信標鏈中每個驗證者背後都質押了32 ETH,份額相同,沒有差異。可能存在大量驗證者由同一個巨鯨掌控的情況。所以僅從節點數量進行對比無法完全說明問題。

當我們比較去中心化程度時,我們也該考慮網絡的參與門檻。儘管以太坊PoW的競爭還主要停留在GPU階段,但是合併後,參與門檻有望降低。

PoW時代,要參與以太坊網絡,你需要有專門的機器,並且機器成本不低,機器還在經歷著持續的迭代。 PoS時代,以太坊網絡對於機器、機器操作和維護的要求都有所降低。用戶也可以直接通過質押服務商以小額ETH參與質押,能進一步免除機器配置、運維上的麻煩。

所以,以太坊合併後支持的參與群體會比PoW更加廣泛,你只要有ETH就可以參與。

PoS可能會帶來財富集中問題,這是很多人對以太坊合併存疑的一個重要原因。事實上,任何系統都無法阻止資源、財富的集中傾向。

考慮到以太坊的參與群體更為廣泛,並且質押的代幣可收回有利息,相比於機器折舊和淘汰,參與者更願意在質押中投入成本。 “小節點”的數量和持續參與能緩解巨鯨財富增長的速度。 Vitalik認為以太坊網絡的財富集中程度翻倍可能需要一個世紀的時間長度。

但無可否認的是,PoS的以太坊網絡對於巨鯨而言確實沒有門檻,他們的財富優勢將得到最大程度的發揮。

  • 安全性

在安全性方面,Vitalik曾發文論證合併後的以太坊網絡更加安全。論證從攻擊成本、攻擊後恢復難易程度進行說明。

1)攻擊成本

假設網絡每天有$1的區塊獎勵,攻擊此網絡所需的成本是多少?

基於GPU的PoW網絡

你可以租到便宜的GPU,所以攻擊網絡的成本就只是租到足夠的GPU算力以超過現有的礦工。每產生$1的區塊獎勵,現有礦工的成本將接近$1 (如果成本高於$1,礦工會因為無利可圖而退出,反之新礦工就會加入進來)。因此,攻擊網絡的成本只需要高於$1/天,而且可能只需要持續幾個小時。

總攻擊成本:~$0.26(假設攻擊6小時,攻擊成本為>$1/24*6),且因為攻擊者可以收到區塊獎勵,這個數字還有可能壓到零。

基於ASIC的PoW網絡

ASIC其實是資本成本:當買進ASIC時,你預期大概可以用兩年,因為它會慢慢耗損或是被性能更好的硬件取代。如果一個鏈被51%攻擊了,社群可能會更換PoW算法來做出應對,而這時你的ASIC就會失去價值。平均而言,PoW節點成本約為1/3的經常性成本和2/3的資本成本。

因此,每$1的區塊獎勵上,PoW節點每天會花~$0.33在電力與維護上,~$0.67在ASIC上。假設ASIC可以用大約2年,礦工會需要為單位ASIC硬件花費$486.67。 ($486.67 = 365天x 2 x $0.67)

總攻擊成本:$486.67 (ASIC) + $0.08 (電力與維護,0.33/24*6) = $486.75

PoS網絡

權益證明的成本幾乎是百分百的資本成本(質押的幣)。唯一的營運成本是運行節點的成本。和ASIC不同的是,質押的幣不會貶值,而且當你不想質押了你還可以在一段短時間內取回質押金。因此,參與者應該會願意為同樣程度的獎勵付出比ASIC的情況更高的資本成本。

讓我們假設~15%的質押利率足夠吸引人們質押(這是ETH合併後的期望APR)。因此每天$1的區塊獎勵會吸引相當於6.667年資金($1 / (15%/年)的抵押,換算為金額為$2,433($1/天x 365 x 6.667)。

節點消耗的硬件與電力成本很小,每一千元的電腦可以抵押成千上萬的資產,而且每月~$100 的電力與網費也算足夠。但保守來說,我們假設這些經常性成本是抵押總成本的~10%。所以我們只有每天$0.90的區塊獎勵對應到資本成本,因此我們還要把上面的數字減少~10%。

總攻擊成本:90% * $2,433(資本成本)+$0.10/24*6(電力)= $2,189

筆者補充:PoW網絡中要實現攻擊,需要滿足>50%算力,以太坊合併後的PoS網絡中,根據一些人分析,1/3的質押份額是一個比較重要的安全閾值。在這種情況下,0.26/2<486.75/2<2189/3。

從計算結果來看,PoS的以太坊網絡的攻擊成本高於PoW的以太坊網絡。這種反脆弱性來自於市場對以太坊的信心(以太坊不太可能變得一文不值)。

相比於機器會折舊和淘汰,質押的幣不會損耗,反而會生息,尤其是在質押資產有升值預期的情況下。這激勵更多普通用戶參與。市場的參與越是去中心化,質押的資金越多,撬動以太坊網絡所需的資金成本就越是高昂。

2)更容易從攻擊中恢復

在攻擊恢復層面,Vitalik認為,PoS網絡的恢復能力強於PoW網絡。

對於GPU維護的PoW網絡,一旦被攻破後,網絡幾乎沒有抵抗和恢復能力。

對於ASIC維護的PoW網絡,社群能夠應對第一波攻擊,通過硬分叉來更改PoW算法。但同時,所有機器(包括攻擊者和誠實節點的ASIC)都將變得毫無價值。因為沒有足夠的時間去為新算法創造新的ASIC,攻擊和抵抗情境又將回到GPU的情況(筆者註:因攻擊者和誠實節點回到同一起跑線,情況會比攻擊者在有準備的情況下攻擊GPU網絡好一些)。攻擊者可以攻擊再攻擊,使網絡無法恢復。

相比之下,在PoS網絡中,對於某些51%攻擊(特別指想要推翻已經敲定的區塊的攻擊),PoS網絡有內設的罰沒(slashing)機制,攻擊者在攻擊的同時會受到重創。對於更難偵測的攻擊(特別指51%合謀截斷他人信息的攻擊),也有辦法削弱攻擊者。但如前文所述,確保攻擊者質押份額<1/3是比較重要的安全閾值。

  • ETH供應和節點收入

現在市場對於以太坊合併最興奮的敘事莫過於“減產”。合併後ETH產量將減少;EIP-1559燒毀Base Gas費;用戶被鼓勵質押ETH,使得ETH的流通量降低。這些因素有比較大的可能使以太坊進入通縮時代。

ETH的通脹/通縮情況取決於2個要素,分別是ETH的年產量(新增量)和ETH作為Base Gas每年被燃燒的量(銷毀量)。

ETH的產量來自2部分,分別是出塊獎勵和信標鏈上ETH的質押獎勵。合併前出塊獎勵歸礦工所有,平均每13.3秒產出2.08 ETH,這樣一年下來的出塊獎勵大約為493萬ETH。合併後,出塊獎勵將被取消。

至於ETH質押獎勵,目前總共有約1300萬ETH被質押,一年釋放大約58.4萬ETH作為質押獎勵。合併前後,質押獎勵都分配給信標鏈上的驗證者。

質押獎勵取決於總質押量和APR,APR逐漸降低來源:Ultrasound.money

現在ETH的總供應量是1.197億,所以合併前,以太坊年產量佔總供應量的(493+58.4)/11970=4.6%,合併後,這個數據變為58.4/11970=0.49%。合併導致ETH減產89.4%。

ETH銷毀方面,根據Watchtheburn.com數據,每天銷毀的Base Gas費持續波動。自EIP-1559生效(2021年9月27日)以來,不到1年的時間,已經銷毀超255萬ETH。

255萬ETH>58.4萬ETH,可見合併後,除非ETH質押量劇增,否則質押釋放的ETH獎勵遠不足以覆蓋Gas燃燒銷毀。以太坊在合併後極有可能進入通縮時代。

再加上質押激勵(已經有人將ETH稱為“鏈上國債”,因為收益穩健,用戶願意參與,目前已經有11%的ETH被質押到信標鏈),ETH的市場流通量應該會處於較低水平,這些都是價格提振因素。

但同時,筆者也認為,對於一個“應用貨幣”而言,通縮模型因為不足以滿足緩慢增長的使用需求,長期來看並不可持續。 (不作為投資建議)

Base Gas燃燒情況,平均每天燃燒>3000 ETH,來源:watchtheburn.com

來源:嗶嗶News

ETH供應曲線模擬來源:Ultrasound.money

合併前後,由於ETH釋放和分配情況調整,驗證者將接手原礦工的部分收入,驗證者的年收益率將從4.6%上升到9.2%。

來源:Ultrasound.money

  • 合規風險

以太坊是繼比特幣之後最接近“商品”概念的虛擬資產,但合併可能會改變這一形象。 CFTC前主席Heath P. Tarbert就曾暗示“在以PoS作為共識機制的區塊鏈上,那些用做抵押的代幣將很可能會被視為證券商品”。

Stake.fish 在《2021 年質押生態系統報告》中也曾分析到“由於質押在某種意義上看起來像固定收益,這可能會招致監管者認為驗證者比礦工更接近於金融實體。如果發生這種情況,那麼驗證者將沒有辦法保持合規”。

所以整體來看,合併很可能在去中心化、安全性、節點收入、ETH供應上為以太坊帶來優化,但合規是潛在的達摩克里斯之劍。

Staking成新紅利賽道

隨著以太坊合併進入倒計時,Staking賽道獲得了前所未有的關注。

直接質押ETH存在3個問題,一是金額門檻要達到32 ETH或更多,二是質押金和利息無法立刻取出,導致很高的機會成本,三是存在節點運營門檻。質押服務商(Staking as a Service,STaaS)是連接普通用戶和信標鏈的紐帶,使普通用戶也能參與。

STaaS解決了上述3個核心問題:資金門檻、資金流動性、節點運營。 STaaS把用戶資金聚集起來,每湊足32 ETH就能作為一個運營者加入網絡。

STaaS在收到用戶資金的同時,向用戶發放對應數量的xETH衍生品,作為贖回ETH和生息的憑證,這些xETH可以在二級市場流通,從而釋放用戶“押金”的流動性,把機會成本降到0。 xETH也能參與DeFi樂高,提高資本效率。

有的STaaS自己運行節點,有的則是把用戶的ETH質押需求和節點運營商的節點運營能力匹配起來,讓普通用戶省去節點配置、運行、維護的麻煩。

來源:嗶嗶News

整體來看,這個市場頭部效應明顯。

從用戶數量和ETH質押量的角度來看,Lido是絕對的頭部。 Kraken、Binance等CEX因為離用戶最近,並且易於操作,也佔據了不少的份額。其次是像Stakefish、Figment這樣的專業質押服務商。在去中心化質押流動池方面,Rocket Pool的數據也靠前。

因為操作、功能同質化嚴重,所以STaaS相互間的競爭激烈。大部分此類平台把資金門檻降到0.1 ETH(有的甚至沒有資金限制),對應的服務費佔比基本穩定在10-15%的水平。在這些平台上,用戶的操作也大同小異。

Lido成為頭部主要得益於兩點,一是品牌效應,二是衍生品stETH的交易深度。 Lido和Curve等DeFi應用建立了深度關係。現在Curve上的ETH/stETH池子有12億美元的流動性,為用戶換手stETH提供了充分的交易深度。

但是這些還不能作為Lido絕對的護城河。例如stETH在近期黑天鵝事件中就曾出現價格脫錨。 Lido也被質疑會為以太坊帶來中心化風險。目前還沒有任何一家STaaS具備絕對的差異化優勢。用戶仍然可以捨棄一家STaaS而選擇另一家,幾乎沒有阻力。

從根本的需求來看,STaaS間的競爭將圍繞用戶體驗(操作便捷程度)、資金門檻、服務收費、去中心化程度(安全程度)、xETH交易深度等綜合維度展開。

來源:國盛證券

從短期來看,以太坊合併事件為質押賽道帶來發展紅利。從長期來看,STaaS發展的最主要憑藉是公鏈生態繁榮,以及賽道本身的創新。

賽道本身的創新可能會來自2個方面,一是xETH衍生品,這裡將同時蘊含脫錨風險和DeFi可組合潛力;二是STaaS機制的創新。

Rocket Pool和SSV Network是嗶嗶News目前看到機制比較創新的STaaS。

Rocket Pool平台通過“撮合”節點運營商和用戶來提供服務。與Lido通過DAO篩選節點運營商不同,任何節點運營商都可以在Rocket Pool上創建迷你池。

他們只需要質押16 ETH和價值1.6 ETH的平台代幣RPL。剩餘的16 ETH,Rocket Pool會從用戶端“湊齊”。當節點出現罰沒(slashing)時,節點運營商的ETH會被優先扣除。 RPL會被出售兌換ETH,來補充節點運營商的ETH。

對於每個節點運營商而言,他們聚集的用戶資金上限是16 ETH。這雖然帶來可拓展性的限制,但是卻能帶來很好的去中心化效果。

SSV Network則採用了去中心化驗證者技術(Decentralized Validator Technology, DVT)。用戶質押涉及到2種私鑰,分別是取款私鑰和驗證者簽名私鑰,其中驗證者簽名私鑰需要不斷地進行簽名,離線或者惡意行為會造成罰款,所以當用戶委託節點運營商或者流動性服務提供商質押ETH時,需要把驗證者簽名私鑰給對方。

通過DVT,用戶可以把驗證者簽名私鑰加密後分成多份,分配給不同的節點運營商。這種情況下,當有小部分節點運營商離線或者有惡意行為時,整個驗證結果不會受到影響,ETH不會被罰沒。這也將帶來更加去中心化的以太坊網絡。這種思路也可以被應用到其他有Slashing機制的PoS網絡。

參考文章:

《以太坊創始人Vitalik詳解:POS安全性優於POW的三點關鍵因素》by 鏈得得

《以太坊在合併後將面臨哪些潛在的中心化風險? 》by TJ Keel

《以太坊轉PoS在即:Staking賽道及代表項目深度解析》by Mint Ventures

《區塊鏈行業大轉換——以太坊合併,從顯卡跌價說起》by 國盛證券

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