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          以太坊PoS:成則周公三千,敗則田橫五

          孫曜 ·

          02月03日

          熱度: 34125

          若以太坊能夠脫離PoW的束縛完成向PoS的過渡,以太坊2.0的構架便真正成為可能,以太坊將兼具高效和高可擴展性,或許能再次掀起巨浪。

          PoS、PoS+PoW、Casper、Sharding、BeaconChain、ASIC、ProgPoW,2018年,以太坊相關名詞層出不窮,它正試圖進化以適應環境,而其中,人們最關心的還是以太坊PoS的進展,以及以太坊過渡到PoS后會得到什么,最重要的是,它會舍棄什么。

          以太坊:下一代智能合約和去中心化應用平臺

          2008年,比特幣白皮書給世人帶來了驚艷與憧憬;2013年,以太坊白皮書給世人帶來了振奮與展望,尤其是其白皮書的標題“以太坊:下一代智能合約和去中心化應用平臺”,其中蘊含著對區塊鏈新時代的開辟,極為引人注目。

          而以太坊的出現也確實將混亂無序的區塊鏈世界真正帶入了區塊鏈2.0時代,并通過以太坊的區塊鏈開發優勢:圖靈完備的編程語言,極大降低了創建區塊鏈智能合約(Smart Contract)和去中心化應用(dApp)的繁瑣程度。同時,以太坊作為智能合約的主要運行平臺,推動著區塊鏈行業在這個領域的發展。

          (圖靈完備:在可計算性理論里,如果一系列操作數據的規則(如指令集、編程語言、細胞自動機)可以用來模擬單帶圖靈機,那么它是圖靈完備的。)

          在以太坊智能合約蓬勃發展的這一時期,衍生出了各種應用實例,其中影響最大的是以太坊代幣協議,包括最初的ERC-20,以及后來的ERC-721、ERC-1400等不下30種代幣協議。其中我們最熟悉的ERC-20誕生于2015年,它作為基于以太坊的(fungible token)可替代通證協議在ICO中起到尤為重要的作用。據etherscan.io數據,當前共有163081只代幣基于ERC-20代幣合約的,另外還有988只代幣基于ERC-721代幣合約。

          自此,以太坊將自己從“下一代”智能合約和去中心化應用平臺的定位轉變成了區塊鏈項目公開融資平臺。ICO的興起在以太坊對智能合約的大力支持中迅速發展壯大,而以太坊也逐漸沉浸其中無法自拔。

          直到2017年9月4日中國正式禁止ICO類的融資,2018年熊市環境下大批數字貨幣“歸零”,導致ICO募資冰封,以太坊迄今最大的用例被大幅削弱。

          以太坊:上一代智能合約和去中心化應用平臺

          ICO融資斷路,以太坊猶如斷臂。而與此同時,柚子EOS和波場TRON均于2018年6月啟動主網,兩者以迅雷之勢站上了“新一代智能合約和去中心化應用平臺”的巔峰。在網絡性能大幅超越以太坊的情況下,EOS和TRON迅速擴大的dApp應用數量,以及遠超以太坊的用戶日活量都讓我們為以太坊扼腕嘆息。據火星財經(微信:hxcj24h)統計,dapp.review網站記錄的以太坊1547款dApp中只有239款有用戶活動,總日活躍用戶16123位;EOS的357款dApp中的194款有用戶活動,總日活92793位;波場181款dApp中的93款有用戶活動,總日活45914位。

          對比火星財經(微信:hxcj24h)于12月24日基于dapp.review統計的數據,以太坊無論是dApp增量還是日活用戶,都與EOS和Tron的增長相去甚遠。

          然而,當前EOS和Tron的dApp市場充斥著大量游戲、博彩dApp,這也是dApp領域當前遭受詬病的主要原因。如下圖統計,在波場Tron平臺上,這兩種類型的dApp占據了總量的70%。

          △波場Tron平臺dApp分類數據,資料來源:tron.app

          有人認為這種游戲、博彩dApp帶來的用戶日活、交易額的繁榮并不是真正的dApp領域的繁榮。不可否認,這類dApp開發門檻較低,開發者成本小,利用用戶的賭徒心理可以很快獲得較高收益,所以才有了現在游戲、博彩dApp發展壯大的情況。

          但是,我們并不能說這種繁榮就沒有價值。從產品研發的角度講,一個產品想要從無到有,從低級到高級的進化,一定會經過無數次研發、試錯、修改等流程,沒有任何開發者敢說自己的首發產品就是最好的,不需要任何修改或改進。dApp的開發也是如此,游戲、博彩類dApp雖然生產簡單,但想要留存用戶就必須在某些方面具有優勢,尤其是這兩種類型占據了70%的dApp市場,競爭尤其激烈。某些dApp提供更高的可玩性,某些提供更高的期望收益,市場競爭必然會導致優勝劣汰,在這樣一個初級市場中,優質dApp尤其易受追捧。

          除此之外,這類dApp極大的用戶吸引力也是對區塊鏈網絡的考驗,無論是在區塊鏈TPS,CPU性能,以及安全性能方面。比如EOS自上線以來漏洞頻出,除部分游戲dApp的隨機數相關漏洞外,還有部分是區塊鏈本身的漏洞,如去年5月的EOS史詩級漏洞。在這種繁榮下,dApp的快速發展在一定程度上可以區塊鏈探知隱患、更新迭代。

          作為區塊鏈智能合約鼻祖的以太坊雖有不弱的dApp用戶基礎,但相比EOS和Tron大幅增長的dApp數量和用戶日活,以太坊已經真正變成了“上一代”智能合約和去中心化應用平臺。

          以太坊 Proof of Work

          區塊鏈環境下的去中心化應用dApp被稱為區塊鏈3.0時代的敲門磚,而明明抓住了智能合約和敲門磚的以太坊為什么在砸門的時候落于下風?

          首先,新平臺的開發環境更為友好,其中EOS提供了比較完善的界面開發工具、自描述接口、自描述數據庫體系、許可方案來提升開發效率,相較以太坊“沒有特性”的開發環境,更能吸引各類型開發者,并具有效率優勢。即使有用戶表示EOS在開發成本控制方面對開發者極不友好。與以太坊只需支付gas不同,開發者在EOS研發dApp需要租賃相應的RAM、CPU等資源,并變相承擔了大量的交易、儲存成本。但對用戶來說,這點并不是他們需要考慮的,他們在EOS使用dApp并不需要支付額外交易費用,所以用戶蜂擁而至并推動EOS平臺及其dApp得到快速發展。

          當然,針對開發者和用戶的利好只是次因,導致以太坊的逐步落后的主要病癥是它的PoW共識機制。

          在以太坊設計之初,PoS機制就已經由SunnyKing于2012年8月發布,但以太坊還是選擇了更公平的PoW作為底層共識協議。這大概也是考慮到一個平臺發布之初,公平收益是吸引礦工的首要因素,而PoS共識所引入的富人更富,以及幣齡概念在項目初期顯然不能達到公平挖礦的吸引力。況且,PoS共識的幣齡機制使礦工更為依賴持幣“利息”獲取收益,極大限制了區塊鏈代幣的流通性。另外,若以太坊初期使用PoS共識機制還需要考慮初期代幣投放的問題,這又是一個不甚公平的抉擇,甚至可能導致以太坊在歷史中埋沒,難有領導區塊鏈2.0的盛況。當然,這僅僅是我們的推測,而以太坊最終選擇了PoW確是事實,V神等以太坊核心開發者對此一定有自己的考量。

          然而,以太坊的PoW共識機制已經成為阻礙其發展的最大掣肘。以太坊PoW的低效主要體現在持續的網絡擁堵,據etherscan.io數據,當前以太坊待處理交易為33932筆,而這項數據現日常維持在3.5萬左右。

          PoW共識機制給以太坊帶來了公平,但14-15秒的打包速度,或者說當前10以下的TPS,完全無法滿足其作為大規模應用平臺所需的性能,更別提未來作為大規模商用dApp的平臺所需的性能。低下的處理效率導致以太坊僅是處理當前的交易就已經不堪重負,dApp崛起后更是多次發生網絡崩潰,如以太坊dApp游戲CryptoKitties(加密貓)引發以太坊待處理交易飆升,網絡擁堵加劇等。持續的網絡擁堵使以太坊交易困難,費用攀升,同時也給以太坊上智能合約及dApp的發展帶來致命的打擊。

          以太坊要實現大規模商用,必須對其區塊鏈網絡進行擴容,類似比特幣的閃電網絡,以太坊也提出了雷電網絡的擴容、提速方案,但當前的擴容方案還遠遠不能滿足其商用化網絡的需求,而其中最大的原因,是以太坊PoW機制與其擴容需求的沖突。

          以太坊 Proof of Stake

          以太坊想要實現大規模商用,只能甩掉現在“累贅”——低效的PoW共識機制,進而引入高效的PoS共識機制。

          其實以太坊開發者V神等人早在2015年就制訂了PoW—PoS的進化路線,但區塊鏈底層共識的改變顯然不會這么容易。所以以太坊正在經歷的4個里程碑階段:前沿(Frontier)、家園(Homestead)、大都會(Metropolis)和寧靜(Serenity),可以說主要目的是將以太坊平穩過渡到PoS共識機制。而此前以太坊基金會成員Vlad Zamfir也表示他在2014年9月時就已經開始了以太坊PoS機制,即Casper的研究和設計。

          而在這大局之下,為了保證礦工最終過渡到PoS,及保證其網絡的唯一性,以太坊開發者在以太坊PoW底層代碼中設置了“難度炸彈”(Difficulty Boom),“難度炸彈”一旦實施,將使以太坊PoW機制下的挖礦難度急劇上升,最終PoW挖礦將無利可圖,礦工被迫離開。

          2017年,拜占庭硬分叉前,以太坊難度炸彈啟動

          難度炸彈被寫在代碼中,但以太坊核心開發者可以在以太坊升級過程中將其延期,此前2017年10月的拜占庭硬分叉將已經開啟的難度炸彈推遲了12個月,而原計劃于2018年10月進行的君士坦丁堡硬分叉同樣計劃將難度炸彈推遲。這主要因為以太坊PoS還沒有研發完成,以太坊并沒有準備好向PoS的過渡。

          截至目前,雖然以太坊PoS還沒有實現任何技術落地,“難度炸彈”也一再被推遲,但以太坊對PoS的追求卻沒有停止過。特別要注意的是,根據以太坊核心開發者Hsiao-Wei Wang的以太坊2.0構架圖,V神在2018年提出的PoW+PoS混合共識機制已經被純PoS機制的Casper算法取代,以太坊迫切尋求PoS的一步到位。但我們不能責怪以太坊的無情與強制調整,畢竟在當前局勢下,留給以太坊的時間不多了。

          以太坊2.0整體架構(資料來源:以太坊核心開發者Hsiao-Wei Wang)

          為了實現PoS共識,以太坊就必須摒棄現在的算力挖礦模式。與工作證明機制PoW不同的是,權益證明機制PoS衡量的是用戶持幣的數量和時長,即幣齡機制。屆時,以太坊挖礦將不需要任何算力礦機,舊礦工將被迫關礦機、賣礦機、換主機。這個轉換對現有的以太坊礦工來說有些過于殘酷,頗有兔死狗烹、鳥盡弓藏的意味。

          但以太坊PoW挖礦與比特幣不同,以太坊的PoW算法是Ethash,與比特幣算法最大的區別就是抗ASIC,因為其算法需要讀取礦機內存,而內存的讀取速度局限于硬件的發展,保證了在比特幣上價格高昂但高效的ASIC礦機并無法在以太坊使用。雖然Ethash算法限制ASIC礦機保證了以太坊挖礦的公平,但最終礦機廠商比特大陸發現了Ethash中的缺陷,推出了以太坊ASIC礦機螞蟻E3,打破了這種公平,也引發以太坊社區的聲討。1月4日以太坊核心開發者會議上,開發者們同意引入ProgPoW(Programmatic Proof-of-Work)算法來對抗ASIC礦機。

          以太坊的抗ASIC算法除了保證以太坊挖礦的公平性,更重要的目的還是確保以太坊能平穩順利的過渡到PoS共識機制。抗ASIC的公平挖礦使礦工不能通過“軍備競爭”來囤積大量Ethash算力,防止網絡算力過度中心化,保證礦工轉向PoS后的權益公平;而礦工不能使用昂貴的ASIC礦機也使他們更容易接受PoS的挖礦方式。

          (題外話:截至2019年1月19日,以太坊現社區在對ProgPoW算法的部署有較大爭議,分為支持ASIC挖礦和反對兩方,若以硬分叉方式強行部署ProgPoW將可能導致以太坊再次分裂;而以太坊開發者雖然支持ProgPoW算法,但并沒有決定采用ProgPoW,其中以太坊安全負責人Martin表示如果1年后以太坊還沒有實現PoS,可能會改為對ASIC友好的算法。)

          礦工是逐利的,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高度實施,但據amberdata.io數據,當據硬分叉實施僅剩39個小時的情況下,仍有超過50%的節點沒有完成準備工作。在這種局勢下,以太坊曝出的合約漏洞更像是以太坊核心開發者為推遲“君士坦丁堡”硬分叉而準備好的行動。

          特別的是,如果此時出現與以太坊礦機兼容且收益較高的區塊鏈,這些礦工或許會輕易的離開有算力炸彈威脅的以太坊,而去收益更高的新區塊鏈挖礦。不得不說,這對以太坊來說是極大的威脅。但好在,如果以太坊成功過渡到PoS共識機制,則將擁有上萬的天然預備節點,換句話說,任何持有ETH的賬戶都可以申請成為PoS驗證者,即便其驗證權重取決賬戶的于持幣數量。

          所以不單當前的以太坊礦工可以PoS挖礦并作為節點,以太坊積累的十多萬的賬戶均可以PoS挖礦及成為節點,這也極大降低了以太坊中心化及受到外部攻擊的風險。

          以太坊2.0:寧靜Serenity還是“寧靜”

          以太坊PoS僅是它走向真正商業化應用平臺的第一步,而這第一步往往是最難走的。從以太坊升級路線圖的四個階段,到最近的大都會Metropolis階段的兩次硬分叉均遭延期;從原定的PoS共識到PoS+PoW的Casper混合計劃,再到純PoS共識的Casper計劃,以太坊向PoS的過渡充滿艱難與挑戰,也面對著社區、行業、市場等多方面壓力。

          真的是長江后來推前浪,前浪死在沙灘上嗎,并沒有這么簡單,以太坊這個前浪也未必會這么輕易死去。若以太坊能夠脫離PoW的束縛完成向PoS的過渡,以太坊2.0的構架便真正成為可能,屆時隨著其他技術的完善與接駁,以太坊將兼具高效和高可擴展性,或許能再次掀起巨浪。

          然而,以太坊的寧靜Serenity能否到來,關鍵還在于能否度過PoS這一關。

          否則,以太坊2.0或許真的會在歷史長河中歸于“寧靜”了。

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