PoS、PoS+PoW、Casper、Sharding、BeaconChain、ASIC、ProgPoW,2018 年,以太坊相关名词层出不穷,它正试图进化以适应环境,而其中,人们最关心的还是以太坊 PoS 的进展,以及以太坊过渡到 PoS 后会得到什么,最重要的是,它会舍弃什么。

以太坊:下一代智能合约和去中心化应用平台

2008 年,比特币白皮书给世人带来了惊艳与憧憬;2013 年,以太坊白皮书给世人带来了振奋与展望,尤其是其白皮书的标题“以太坊:下一代智能合约和去中心化应用平台”,其中蕴含着对区块链新时代的开辟,极为引人注目。

以太坊 PoS:成则周公三千,败则田横五百

而以太坊的出现也确实将混乱无序的区块链世界真正带入了区块链 2.0 时代,并通过以太坊的区块链开发优势:图灵完备的编程语言,极大降低了创建区块链智能合约(Smart Contract)和去中心化应用(dApp)的繁琐程度。 同时,以太坊作为智能合约的主要运行平台,推动着区块链行业在这个领域的发展。

(图灵完备:在可计算性理论里,如果一系列操作数据的规则(如指令集、编程语言、细胞自动机)可以用来模拟单带图灵机,那么它是图灵完备的。)

在以太坊智能合约蓬勃发展的这一时期,衍生出了各种应用实例,其中影响最大的是以太坊代币协议,包括最初的 ERC-20,以及后来的 ERC-721、ERC-1400 等不下 30 种代币协议。其中我们最熟悉的 ERC-20 诞生于 2015 年,它作为基于以太坊的(fungible token)可替代通证协议在 ICO 中起到尤为重要的作用。据 etherscan.io 数据,当前共有 163081 只代币基于 ERC-20 代币合约的,另外还有 988 只代币基于 ERC-721 代币合约。

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自此,以太坊将自己从“下一代”智能合约和去中心化应用平台的定位转变成了区块链项目公开融资平台。ICO 的兴起在以太坊对智能合约的大力支持中迅速发展壮大,而以太坊也逐渐沉浸其中无法自拔。

直到 2017 年 9 月 4 日中国正式禁止 ICO 类的融资,2018 年熊市环境下大批数字货币“归零”,导致 ICO 募资冰封,以太坊迄今最大的用例被大幅削弱。

以太坊:上一代智能合约和去中心化应用平台

ICO 融资断路,以太坊犹如断臂。而与此同时,柚子 EOS 和波场 TRON 均于 2018 年 6 月启动主网,两者以迅雷之势站上了“新一代智能合约和去中心化应用平台”的巅峰。在网络性能大幅超越以太坊的情况下,EOS 和 TRON 迅速扩大的 dApp 应用数量,以及远超以太坊的用户日活量都让我们为以太坊扼腕叹息。据统计,dapp.review 网站记录的以太坊 1547 款 dApp 中只有 239 款有用户活动,总日活跃用户 16123 位;EOS 的 357 款 dApp 中的 194 款有用户活动,总日活 92793 位;波场 181 款 dApp 中的 93 款有用户活动,总日活 45914 位。

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对比 12 月 24 日基于 dapp.review 统计的数据,以太坊无论是 dApp 增量还是日活用户,都与 EOS 和 Tron 的增长相去甚远。

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然而,当前 EOS 和 Tron 的 dApp 市场充斥着大量游戏、博彩 dApp,这也是 dApp 领域当前遭受诟病的主要原因。如下图统计,在波场 Tron 平台上,这两种类型的 dApp 占据了总量的 70%。

以太坊 PoS:成则周公三千,败则田横五百波场 Tron 平台 dApp 分类数据,资料来源:tron.app

有人认为这种游戏、博彩 dApp 带来的用户日活、交易额的繁荣并不是真正的 dApp 领域的繁荣。不可否认,这类 dApp 开发门槛较低,开发者成本小,利用用户的赌徒心理可以很快获得较高收益,所以才有了现在游戏、博彩 dApp 发展壮大的情况。

但是,我们并不能说这种繁荣就没有价值。从产品研发的角度讲,一个产品想要从无到有,从低级到高级的进化,一定会经过无数次研发、试错、修改等流程,没有任何开发者敢说自己的首发产品就是最好的,不需要任何修改或改进。dApp 的开发也是如此,游戏、博彩类 dApp 虽然生产简单,但想要留存用户就必须在某些方面具有优势,尤其是这两种类型占据了 70% 的 dApp 市场,竞争尤其激烈。某些 dApp 提供更高的可玩性,某些提供更高的期望收益,市场竞争必然会导致优胜劣汰,在这样一个初级市场中,优质 dApp 尤其易受追捧。

除此之外,这类 dApp 极大的用户吸引力也是对区块链网络的考验,无论是在区块链 TPS,CPU 性能,以及安全性能方面。比如 EOS 自上线以来漏洞频出,除部分游戏 dApp 的随机数相关漏洞外,还有部分是区块链本身的漏洞,如去年 5 月的 EOS 史诗级漏洞。在这种繁荣下,dApp 的快速发展在一定程度上可以区块链探知隐患、更新迭代。

作为区块链智能合约鼻祖的以太坊虽有不弱的 dApp 用户基础,但相比 EOS 和 Tron 大幅增长的 dApp 数量和用户日活,以太坊已经真正变成了“上一代”智能合约和去中心化应用平台。

以太坊 Proof of Work

区块链环境下的去中心化应用 dApp 被称为区块链 3.0 时代的敲门砖,而明明抓住了智能合约和敲门砖的以太坊为什么在砸门的时候落于下风?

首先,新平台的开发环境更为友好,其中 EOS 提供了比较完善的界面开发工具、自描述接口、自描述数据库体系、许可方案来提升开发效率,相较以太坊“没有特性”的开发环境,更能吸引各类型开发者,并具有效率优势。即使有用户表示 EOS 在开发成本控制方面对开发者极不友好。与以太坊只需支付 gas 不同,开发者在 EOS 研发 dApp 需要租赁相应的 RAM、CPU 等资源,并变相承担了大量的交易、储存成本。但对用户来说,这点并不是他们需要考虑的,他们在 EOS 使用 dApp 并不需要支付额外交易费用,所以用户蜂拥而至并推动 EOS 平台及其 dApp 得到快速发展。

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当然,针对开发者和用户的利好只是次因,导致以太坊的逐步落后的主要病症是它的 PoW 共识机制。

在以太坊设计之初,PoS 机制就已经由 SunnyKing 于 2012 年 8 月发布,但以太坊还是选择了更公平的 PoW 作为底层共识协议。这大概也是考虑到一个平台发布之初,公平收益是吸引矿工的首要因素,而 PoS 共识所引入的富人更富,以及币龄概念在项目初期显然不能达到公平挖矿的吸引力。况且,PoS 共识的币龄机制使矿工更为依赖持币“利息”获取收益,极大限制了区块链代币的流通性。另外,若以太坊初期使用 PoS 共识机制还需要考虑初期代币投放的问题,这又是一个不甚公平的抉择,甚至可能导致以太坊在历史中埋没,难有领导区块链 2.0 的盛况。当然,这仅仅是我们的推测,而以太坊最终选择了 PoW 确是事实,V 神等以太坊核心开发者对此一定有自己的考量。

然而,以太坊的 PoW 共识机制已经成为阻碍其发展的最大掣肘。以太坊 PoW 的低效主要体现在持续的网络拥堵,据 etherscan.io 数据,当前以太坊待处理交易为 33932 笔,而这项数据现日常维持在 3.5 万左右。

以太坊 PoS:成则周公三千,败则田横五百

PoW 共识机制给以太坊带来了公平,但 14-15 秒的打包速度,或者说当前 10 以下的 TPS,完全无法满足其作为大规模应用平台所需的性能,更别提未来作为大规模商用 dApp 的平台所需的性能。低下的处理效率导致以太坊仅是处理当前的交易就已经不堪重负,dApp 崛起后更是多次发生网络崩溃,如以太坊 dApp 游戏 CryptoKitties (加密猫)引发以太坊待处理交易飙升,网络拥堵加剧等。 持续的网络拥堵使以太坊交易困难,费用攀升,同时也给以太坊上智能合约及 dApp 的发展带来致命的打击。

以太坊要实现大规模商用,必须对其区块链网络进行扩容,类似比特币的闪电网络,以太坊也提出了雷电网络的扩容、提速方案,但当前的扩容方案还远远不能满足其商用化网络的需求,而其中最大的原因,是以太坊 PoW 机制与其扩容需求的冲突。

以太坊 Proof of Stake

以太坊想要实现大规模商用,只能甩掉现在“累赘”——低效的 PoW 共识机制,进而引入高效的 PoS 共识机制。

其实以太坊开发者 V 神等人早在 2015 年就制订了 PoW—PoS 的进化路线,但区块链底层共识的改变显然不会这么容易。所以以太坊正在经历的 4 个里程碑阶段:前沿(Frontier)、家园(Homestead)、大都会(Metropolis)和宁静(Serenity),可以说主要目的是将以太坊平稳过渡到 PoS 共识机制。而此前以太坊基金会成员 Vlad Zamfir 也表示他在 2014 年 9 月时就已经开始了以太坊 PoS 机制,即 Casper 的研究和设计。

而在这大局之下,为了保证矿工最终过渡到 PoS,及保证其网络的唯一性,以太坊开发者在以太坊 PoW 底层代码中设置了“难度炸弹”(Difficulty Boom),“难度炸弹”一旦实施,将使以太坊 PoW 机制下的挖矿难度急剧上升,最终 PoW 挖矿将无利可图,矿工被迫离开。

以太坊 PoS:成则周公三千,败则田横五百2017 年,拜占庭硬分叉前,以太坊难度炸弹启动

难度炸弹被写在代码中,但以太坊核心开发者可以在以太坊升级过程中将其延期,此前 2017 年 10 月的拜占庭硬分叉将已经开启的难度炸弹推迟了 12 个月,而原计划于 2018 年 10 月进行的君士坦丁堡硬分叉同样计划将难度炸弹推迟。这主要因为以太坊 PoS 还没有研发完成,以太坊并没有准备好向 PoS 的过渡。

截至目前,虽然以太坊 PoS 还没有实现任何技术落地,“难度炸弹”也一再被推迟,但以太坊对 PoS 的追求却没有停止过。特别要注意的是,根据以太坊核心开发者 Hsiao-Wei Wang 的以太坊 2.0 构架图,V 神在 2018 年提出的 PoW+PoS 混合共识机制已经被纯 PoS 机制的 Casper 算法取代,以太坊迫切寻求 PoS 的一步到位。但我们不能责怪以太坊的无情与强制调整,毕竟在当前局势下,留给以太坊的时间不多了。

以太坊 PoS:成则周公三千,败则田横五百以太坊 2.0 整体架构(资料来源:以太坊核心开发者 Hsiao-Wei Wang)

为了实现 PoS 共识,以太坊就必须摒弃现在的算力挖矿模式。与工作证明机制 PoW 不同的是,权益证明机制 PoS 衡量的是用户持币的数量和时长,即币龄机制。届时,以太坊挖矿将不需要任何算力矿机,旧矿工将被迫关矿机、卖矿机、换主机。这个转换对现有的以太坊矿工来说有些过于残酷,颇有兔死狗烹、鸟尽弓藏的意味。

但以太坊 PoW 挖矿与比特币不同,以太坊的 PoW 算法是 Ethash,与比特币算法最大的区别就是抗 ASIC,因为其算法需要读取矿机内存,而内存的读取速度局限于硬件的发展,保证了在比特币上价格高昂但高效的 ASIC 矿机并无法在以太坊使用。虽然 Ethash 算法限制 ASIC 矿机保证了以太坊挖矿的公平,但最终矿机厂商比特大陆发现了 Ethash 中的缺陷,推出了以太坊 ASIC 矿机蚂蚁 E3,打破了这种公平,也引发以太坊社区的声讨。1 月 4 日以太坊核心开发者会议上,开发者们同意引入 ProgPoW (Programmatic
Proof-of-Work)算法来对抗 ASIC 矿机。

以太坊的抗 ASIC 算法除了保证以太坊挖矿的公平性,更重要的目的还是确保以太坊能平稳顺利的过渡到 PoS 共识机制。抗 ASIC 的公平挖矿使矿工不能通过“军备竞争”来囤积大量 Ethash 算力,防止网络算力过度中心化,保证矿工转向 PoS 后的权益公平;而矿工不能使用昂贵的 ASIC 矿机也使他们更容易接受 PoS 的挖矿方式。

(题外话:截至 2019 年 1 月 19 日,以太坊现社区在对 ProgPoW 算法的部署有较大争议,分为支持 ASIC 挖矿和反对两方,若以硬分叉方式强行部署 ProgPoW 将可能导致以太坊再次分裂;而以太坊开发者虽然支持 ProgPoW 算法,但并没有决定采用 ProgPoW,其中以太坊安全负责人 Martin 表示如果 1 年后以太坊还没有实现 PoS,可能会改为对 ASIC 友好的算法。)

以太坊 PoS:成则周公三千,败则田横五百

矿工是逐利的,就像一拖再拖的“君士坦丁堡”硬分叉,原定于 1 月 17 日在 7,080,000 高度实施,但据 amberdata.io 数据,当据硬分叉实施仅剩 39 个小时的情况下,仍有超过 50% 的节点没有完成准备工作。在这种局势下,以太坊曝出的合约漏洞更像是以太坊核心开发者为推迟“君士坦丁堡”硬分叉而准备好的行动。

特别的是,如果此时出现与以太坊矿机兼容且收益较高的区块链,这些矿工或许会轻易的离开有算力炸弹威胁的以太坊,而去收益更高的新区块链挖矿。不得不说,这对以太坊来说是极大的威胁。但好在,如果以太坊成功过渡到 PoS 共识机制,则将拥有上万的天然预备节点,换句话说,任何持有 ETH 的账户都可以申请成为 PoS 验证者,即便其验证权重取决账户的于持币数量。

所以不单当前的以太坊矿工可以 PoS 挖矿并作为节点,以太坊积累的十多万的账户均可以 PoS 挖矿及成为节点,这也极大降低了以太坊中心化及受到外部攻击的风险。

以太坊 2.0:宁静 Serenity 还是“宁静”

以太坊 PoS 仅是它走向真正商业化应用平台的第一步,而这第一步往往是最难走的。从以太坊升级路线图的四个阶段,到最近的大都会 Metropolis 阶段的两次硬分叉均遭延期;从原定的 PoS 共识到 PoS+PoW 的 Casper 混合计划,再到纯 PoS 共识的 Casper 计划,以太坊向 PoS 的过渡充满艰难与挑战,也面对着社区、行业、市场等多方面压力。

真的是长江后来推前浪,前浪死在沙滩上吗,并没有这么简单,以太坊这个前浪也未必会这么轻易死去。
若以太坊能够脱离 PoW 的束缚完成向 PoS 的过渡,以太坊 2.0 的构架便真正成为可能,届时随着其他技术的完善与接驳,以太坊将兼具高效和高可扩展性,或许能再次掀起巨浪。

然而,以太坊的宁静 Serenity 能否到来,关键还在于能否度过 PoS 这一关。

否则,以太坊 2.0 或许真的会在历史长河中归于“宁静”了。

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