作者： Breeze
原文标题及链接：《以太坊合并前后5大维度数据对比》
TL;DR
1，以太坊合并是为了分片做准备，其次才是环境更友好，更高的安全性和去中心化程度。
2，主网合并的复杂度远超测试网，我们对9月19日能否如期合并持悲观态度。
3，合并完成后，ETH将减产90%，质押释放的ETH无法覆盖Gas燃烧，以太坊极有可能进入通缩时代。
4，合规将成为PoS以太坊网络的达摩克里斯之剑。
5，从短期来看，以太坊合并为质押赛道带来发展红利。从长期来看，STaaS的发展主要靠公链生态繁荣和赛道本身的创新。
以太坊合并（The Merge）近在咫尺。
根据开发者电话会议，根据开发者电话会议，3个测试网中，Ropsten、Sepolia已经成功合并，最后一个测试网Goerli的合并预计在8月第2周进行。9月初将部署Bellatrix更新。然后是为期2周的合并部署。如果一切顺利，主网合并预计在9月19日前后进行。
来源：https://blog.ethereum.org/
合并是以太坊历史上最重要的升级。作为生态最大、最复杂的区块链，它将首次完成共识机制从PoW向PoS的转换。这在区块链历史上应该是前所未有的。如果成功，以太坊合并将给其他区块链提供一个重要的范例。
为什么要合并？
我们所说的以太坊合并是指以太坊主网和信标链（Beacon Chain）合并。整个以太坊网络将继承原来主网的交易状态，信标链会被合并进去作为共识层。合并后最直观的改变就是以太坊的共识机制从PoW变成PoS。
合并前是PoW（工作量证明）机制。节点暴力计算，争夺出块权，获得收益。在这个过程中，为了确保网络安全，需要有较高比例的节点存储所有（或者大部分）数据，每个节点都要参与交易验证。节点被无差别对待，所有交易也被无差别处理。
合并后是PoS（权益证明）机制。出块节点（提案人，Proposer）和验证节点（验证委员会，Committee）被随机选出。等到合并后的下一个阶段“数据分片”实现，不同节点可以各自只存储部分数据，验证也只由被选出的Committee负责进行。
这实际上降低了节点门槛，也减轻了以太坊的数据存储压力（不必永久存储所有数据），是通过优化主网运行规则来扩容。需要注意的是，PoS并不能带来扩容，扩容依赖于分片的实现。
·为分片做准备
以太坊网络之所以转变为PoS是为了分片做准备。实际上PoS和分片的组合在官方文件中获得了认可。以太坊官网中写道“信标链（PoS）将处理/协调分片和质押人网络。”
笔者认为，合并的终极目标是扩容，扩容要通过分片+Rollup实现，为了分片，以太坊网络需要先转变为PoS，因为PoS和分片在逻辑上更为一致。PoW考虑全局性，而PoS和分片则都用到“随机数”的元素，它们都追求“最小的充分性和必要性”，减少存储/验证冗余。
其次才是为众人称道的环境更友好，以及更高的安全性和去中心化程度。
·PoS对环境更友好
PoW网络出块是算力竞争，这种竞争对机器、电力提出越来越高的要求。以最典型的PoW网络——比特币为例，根据剑桥大学此前的数据，比特币网络一年的耗电量大约是1213.6亿度，超过阿根廷、荷兰、阿拉伯联合酋长国全年耗电量。
虽然以太坊的耗电量远低于比特币，但是作为一个新兴科技领域的代表，它也在追求变得更加环境友好。
据了解，合并之后，以太坊网络的耗电量将减少99%以上。10万次Visa交易大概消耗149度电，相比之下，合并后的PoS以太坊网络进行10万次交易只消耗0.667度电。
把耗电量类比成高度，数据和图片引用自：海外独角兽
·安全性和去中心化程度
至于网络安全性和去中心化程度，Vitalik曾讨论过他认为PoS相对于PoW更具优势的原因。
整体而言，PoS节点的参与门槛更低。比特币PoW节点间的竞争已经“进化”到ASIC，除了资金外还有机器搭建、运维门槛，普通人无法参与。
PoS网络无法拒绝任何人成为节点（或者节点的一部分）。虽然32 ETH现在意味着4.5万美元左右的高资金门槛，但是已经有越来越多的服务商支持小额ETH质押，PoS在机器、操作上的门槛也更低。
此外，根据Vitalik给出的一些数据，PoS网络的攻击成本高于PoW网络。在被攻击后，PoS的恢复能力也优于PoW网络。（后文会有介绍）
在广受争议的PoS导致富者更富问题上，因为PoS支持的参与群体更广泛，节点的质押+Gas收入会被分摊（相当于以小节点的数量优势减缓巨鲸财富增长）。Vitalik认为，以太坊转成PoS后，财富集中程度的翻倍可能要花一个世纪，在这个过程中，ETH的重新分配，如消费、慈善捐赠，也会减缓财富集中趋势。
目前来看，PoW和PoS的安全性和去中心化程度到底孰优孰劣还没有定论。
合并前后的信标链
基于上述原因，以太坊确定了分片+Rollups+PoS的未来发展路径。
作为发展路径的第一步，信标链和现行以太坊主网的合并已经提上日程。合并预计在9月19日前后进行。
·合并前
就好像空间站（以太坊主网）要增加新的模块（信标链），飞船（信标链）要提前为对接（合并）做准备，信标链的准备工作至少开始于2020年12月1日。
2020年12月1日，以太坊推出信标链，从推出之日起至今，信标链一直与以太坊主网并行运行，彼此独立。
信标链是一条PoS链，负责出块的提议者（Proposers）和负责交易验证的验证委员会（Committee）从质押ETH的验证者中随机选出。
所以从上线的第一天开始，信标链就支持了ETH质押/存储功能，通过质押32个或更多ETH，你能成为验证者，获得质押利息。目前ETH的存入还是一个单向的过程，ETH和利息的提取要等到合并后的上海升级之后。
现在信标链除了质押ETH，随机选择节点出块和验证，对节点进行奖励和惩罚，维持网络正常运行之外，没有其他功能，目前它不支持账户和智能合约。
相比之下，现在的以太坊主网则是一条承载着成千上万应用，数千亿美元链上资金，以及要同时承担共识、数据可用、交易执行三个功能的PoW链。
·合并后
等到信标链合并到以太坊主网，以太坊的PoW共识层将被替换成信标链（PoS），交易状态则是继承自原以太坊主网。
来源：Danny Ryan
信标链将协调质押网络，类似于一个中枢记账本，记录验证者名单，对验证者进行奖励和惩罚，合并后信标链成为以太坊整体的一部分，应该也会同时承担交易执行、数据可用的职责。在分片实现后，信标链还将协调分片网络。
从当前的规划来看，以太坊未来的发展路径是想要通过优化主网共识（PoS），优化数据存储/验证效率来提高主网性能，同时外接“假肢”——Rollup，交易执行主要向Rollup拓展。
因此，整个过程可以看做是向Rollup承接以太坊交易执行层，以太坊Layer1作为更高效的数据有效层和共识层过渡。未来的发展不排除这种情况：以太坊Layer1退居幕后，Rollup成为交易执行的高可扩展性机器，以太坊Layer1为Rollup数据有效性和共识提供保障。
为了推动共识机制从PoW向PoS转变，以太坊还设置了“难度炸弹”。“难度炸弹”会使PoW计算难度指数上升，从而劝退矿工，确保以太坊在合并后成为“纯粹”的PoS链。对于矿工群体，已经有人预测以太坊分叉的可能。
合并现状
以太坊的合并需要由代码变动来实现。尽管合并以“最小破坏”为原则，但是因为牵扯到大量的应用和资金，这一过程必须谨慎。节点和DApp开发者可以根据https://ethereum.org/en/upgrades/merge/提示进行操作。
在主网合并前，以太坊分别在Kiln、Ropsten、Sepoli、Goerli测试网上进行合并测试。目前Kiln、Ropsten、Sepoli已经成功过渡到PoS。Goerli的合并预计在8月11日进行。
由于Goerli是最接近以太坊主网的测试网，Goerli合并测试比较重要。这之前将分别在Goerli、主网上进行影子分叉测试。影子分叉是合并的试运行，此前的影子分叉中不是没有问题。
再考虑到测试网合并并不是真正的以太坊主网合并。以太坊主网上运行着数千个节点、55万多个代币智能合约、数以万计的DeFi、NFT应用，相比之下，测试网中的应用和资金要轻便许多，以太坊主网的合并复杂度远超测试网。
再加上以太坊的合并已经经历过多次延期。江卓尔也表示，还有大量的应用没有开始测试合并。因此，我们对9月19日能否如期合并不抱乐观态度。
在信标链方面，目前验证者数量已经超过41万个，ETH质押数量超过1310万个，占到总供应量的约11%。从上线至今，信标链一直稳定运行，信标链已经为合并做好准备。
信标链现状，来源：beaconcha.in
合并前后5大维度数据对比
合并前后，以太坊网络会出现一些变化。哔哔News将从去中心化程度、安全性、节点收入、代币供应、合规风险5个维度进行对比和说明。
·去中心化程度
合并前，以太坊活跃节点数量维持在数千个，高峰期曾达到12569个（目前活跃节点处在数百个的低谷期）。这些节点分布在全球各地。无论是从数量还是地理分布上看，PoW的以太坊网络去中心化程度已经很高。
以太坊PoW节点分布，来源：etherscan.io/nodetracker
相比之下，未来将接棒PoW的信标链验证者数量更多。目前信标链验证者（质押32 ETH的客户端）超过41万个。
需要注意的是PoW网络中的节点区分大小，不同的节点算力水平不一样，而信标链中每个验证者背后都质押了32 ETH，份额相同，没有差异。可能存在大量验证者由同一个巨鲸掌控的情况。所以仅从节点数量进行对比无法完全说明问题。
当我们比较去中心化程度时，我们也该考虑网络的参与门槛。尽管以太坊PoW的竞争还主要停留在GPU阶段，但是合并后，参与门槛有望降低。
PoW时代，要参与以太坊网络，你需要有专门的机器，并且机器成本不低，机器还在经历着持续的迭代。PoS时代，以太坊网络对于机器、机器操作和维护的要求都有所降低。用户也可以直接通过质押服务商以小额ETH参与质押，能进一步免除机器配置、运维上的麻烦。
所以，以太坊合并后支持的参与群体会比PoW更加广泛，你只要有ETH就可以参与。
PoS可能会带来财富集中问题，这是很多人对以太坊合并存疑的一个重要原因。事实上，任何系统都无法阻止资源、财富的集中倾向。
考虑到以太坊的参与群体更为广泛，并且质押的代币可收回有利息，相比于机器折旧和淘汰，参与者更愿意在质押中投入成本。“小节点”的数量和持续参与能缓解巨鲸财富增长的速度。Vitalik认为以太坊网络的财富集中程度翻倍可能需要一个世纪的时间长度。
但无可否认的是，PoS的以太坊网络对于巨鲸而言确实没有门槛，他们的财富优势将得到最大程度的发挥。
·安全性
在安全性方面，Vitalik曾发文论证合并后的以太坊网络更加安全。论证从攻击成本、攻击后恢复难易程度进行说明。
1）攻击成本
假设网络每天有$1的区块奖励，攻击此网络所需的成本是多少？
基于GPU的PoW网络
你可以租到便宜的GPU，所以攻击网络的成本就只是租到足够的GPU算力以超过现有的矿工。每产生$1的区块奖励，现有矿工的成本将接近$1 (如果成本高于$1，矿工会因为无利可图而退出，反之新矿工就会加入进来)。因此，攻击网络的成本只需要高于$1/天，而且可能只需要持续几个小时。
总攻击成本：~$0.26（假设攻击6小时，攻击成本为>$1/24*6），且因为攻击者可以收到区块奖励，这个数字还有可能压到零。
基于ASIC的PoW网络
ASIC其实是资本成本：当买进ASIC时，你预期大概可以用两年，因为它会慢慢耗损或是被性能更好的硬件取代。如果一个链被51%攻击了，社群可能会更换PoW算法来做出应对，而这时你的ASIC就会失去价值。平均而言，PoW节点成本约为1/3的经常性成本和2/3的资本成本。
因此，每$1的区块奖励上，PoW节点每天会花~$0.33在电力与维护上，~$0.67在ASIC上。假设ASIC可以用大约2年，矿工会需要为单位ASIC硬件花费 $486.67。($486.67= 365天 x 2 x $0.67）
总攻击成本：$486.67 (ASIC) + $0.08 (电力与维护，0.33/24*6) = $486.75
PoS网络
权益证明的成本几乎是百分百的资本成本（质押的币）。唯一的营运成本是运行节点的成本。和ASIC不同的是，质押的币不会贬值，而且当你不想质押了你还可以在一段短时间内取回质押金。因此，参与者应该会愿意为同样程度的奖励付出比ASIC的情况更高的资本成本。
让我们假设~15%的质押利率足够吸引人们质押 (这是ETH合并后的期望APR)。因此每天$1的区块奖励会吸引相当于6.667年资金（$1 / (15%/年）的抵押，换算为金额为$2,433（$1/天 x 365 x 6.667）。
节点消耗的硬件与电力成本很小，每一千元的电脑可以抵押成千上万的资产，而且每月~$100 的电力与网费也算足够。但保守来说，我们假设这些经常性成本是抵押总成本的 ~10%。所以我们只有每天$0.90的区块奖励对应到资本成本，因此我们还要把上面的数字减少~10%。
总攻击成本：90% * $2,433（资本成本）+$0.10/24*6（电力）= $2,189
笔者补充：PoW网络中要实现攻击，需要满足>50%算力，以太坊合并后的PoS网络中，根据一些人分析，1/3的质押份额是一个比较重要的安全阈值。在这种情况下，0.26/2<486.75/2<2189/3。
从计算结果来看，PoS的以太坊网络的攻击成本高于PoW的以太坊网络。这种反脆弱性来自于市场对以太坊的信心（以太坊不太可能变得一文不值）。
相比于机器会折旧和淘汰，质押的币不会损耗，反而会生息，尤其是在质押资产有升值预期的情况下。这激励更多普通用户参与。市场的参与越是去中心化，质押的资金越多，撬动以太坊网络所需的资金成本就越是高昂。
2）更容易从攻击中恢复
在攻击恢复层面，Vitalik认为，PoS网络的恢复能力强于PoW网络。
对于GPU维护的PoW网络，一旦被攻破后，网络几乎没有抵抗和恢复能力。
对于ASIC维护的PoW网络，社群能够应对第一波攻击，通过硬分叉来更改PoW算法。但同时，所有机器（包括攻击者和诚实节点的ASIC）都将变得毫无价值。因为没有足够的时间去为新算法创造新的ASIC，攻击和抵抗情境又将回到GPU的情况（笔者注：因攻击者和诚实节点回到同一起跑线，情况会比攻击者在有准备的情况下攻击GPU网络好一些）。攻击者可以攻击再攻击，使网络无法恢复。
相比之下，在PoS网络中，对于某些51%攻击（特别指想要推翻已经敲定的区块的攻击），PoS网络有内设的罚没（slashing）机制，攻击者在攻击的同时会受到重创。对于更难侦测的攻击（特别指51%合谋截断他人信息的攻击），也有办法削弱攻击者。但如前文所述，确保攻击者质押份额<1/3是比较重要的安全阈值。
·ETH供应和节点收入
现在市场对于以太坊合并最兴奋的叙事莫过于“减产”。合并后ETH产量将减少；EIP-1559烧毁Base Gas费；用户被鼓励质押ETH，使得ETH的流通量降低。这些因素有比较大的可能使以太坊进入通缩时代。
ETH的通胀/通缩情况取决于2个要素，分别是ETH的年产量（新增量）和ETH作为Base Gas每年被燃烧的量（销毁量）。
ETH的产量来自2部分，分别是出块奖励和信标链上ETH的质押奖励。合并前出块奖励归矿工所有，平均每13.3秒产出2.08 ETH，这样一年下来的出块奖励大约为493万ETH。合并后，出块奖励将被取消。
至于ETH质押奖励，目前总共有约1300万ETH被质押，一年释放大约58.4万ETH作为质押奖励。合并前后，质押奖励都分配给信标链上的验证者。
质押奖励取决于总质押量和APR，APR逐渐降低 来源：Ultrasound.money
现在ETH的总供应量是1.197亿，所以合并前，以太坊年产量占总供应量的（493+58.4）/11970=4.6%，合并后，这个数据变为58.4/11970=0.49%。合并导致ETH减产89.4%。
ETH销毁方面，根据Watchtheburn.com数据，每天销毁的Base Gas费持续波动。自EIP-1559生效（2021年9月27日）以来，不到1年的时间，已经销毁超255万ETH。
255万ETH>58.4万ETH，可见合并后，除非ETH质押量剧增，否则质押释放的ETH奖励远不足以覆盖Gas燃烧销毁。以太坊在合并后极有可能进入通缩时代。
再加上质押激励（已经有人将ETH称为“链上国债”，因为收益稳健，用户愿意参与，目前已经有11%的ETH被质押到信标链），ETH的市场流通量应该会处于较低水平，这些都是价格提振因素。
但同时，笔者也认为，对于一个“应用货币”而言，通缩模型因为不足以满足缓慢增长的使用需求，长期来看并不可持续。（不作为投资建议）
Base Gas燃烧情况，平均每天燃烧>3000 ETH，来源：watchtheburn.com
来源：哔哔News
ETH供应曲线模拟 来源：Ultrasound.money
合并前后，由于ETH释放和分配情况调整，验证者将接手原矿工的部分收入，验证者的年收益率将从4.6%上升到9.2%。
来源：Ultrasound.money
·合规风险
以太坊是继比特币之后最接近“商品”概念的虚拟资产，但合并可能会改变这一形象。CFTC前主席Heath P. Tarbert就曾暗示“在以PoS作为共识机制的区块链上，那些用做抵押的代币将很可能会被视为证券商品”。
Stake.fish 在《2021 年质押生态系统报告》中也曾分析到“由于质押在某种意义上看起来像固定收益，这可能会招致监管者认为验证者比矿工更接近于金融实体。如果发生这种情况，那么验证者将没有办法保持合规”。
所以整体来看，合并很可能在去中心化、安全性、节点收入、ETH供应上为以太坊带来优化，但合规是潜在的达摩克里斯之剑。
Staking成新红利赛道
随着以太坊合并进入倒计时，Staking赛道获得了前所未有的关注。
直接质押ETH存在3个问题，一是金额门槛要达到32 ETH或更多，二是质押金和利息无法立刻取出，导致很高的机会成本，三是存在节点运营门槛。质押服务商（Staking as a Service，STaaS）是连接普通用户和信标链的纽带，使普通用户也能参与。
STaaS解决了上述3个核心问题：资金门槛、资金流动性、节点运营。STaaS把用户资金聚集起来，每凑足32 ETH就能作为一个运营者加入网络。
STaaS在收到用户资金的同时，向用户发放对应数量的xETH衍生品，作为赎回ETH和生息的凭证，这些xETH可以在二级市场流通，从而释放用户“押金”的流动性，把机会成本降到0。xETH也能参与DeFi乐高，提高资本效率。
有的STaaS自己运行节点，有的则是把用户的ETH质押需求和节点运营商的节点运营能力匹配起来，让普通用户省去节点配置、运行、维护的麻烦。
来源：哔哔News
整体来看，这个市场头部效应明显。
从用户数量和ETH质押量的角度来看，Lido是绝对的头部。Kraken、Binance等CEX因为离用户最近，并且易于操作，也占据了不少的份额。其次是像Stakefish、Figment这样的专业质押服务商。在去中心化质押流动池方面，Rocket Pool的数据也靠前。
因为操作、功能同质化严重，所以STaaS相互间的竞争激烈。大部分此类平台把资金门槛降到0.1 ETH（有的甚至没有资金限制），对应的服务费占比基本稳定在10-15%的水平。在这些平台上，用户的操作也大同小异。
Lido成为头部主要得益于两点，一是品牌效应，二是衍生品stETH的交易深度。Lido和Curve等DeFi应用建立了深度关系。现在Curve上的ETH/stETH池子有12亿美元的流动性，为用户换手stETH提供了充分的交易深度。
但是这些还不能作为Lido绝对的护城河。例如stETH在近期黑天鹅事件中就曾出现价格脱锚。Lido也被质疑会为以太坊带来中心化风险。目前还没有任何一家STaaS具备绝对的差异化优势。用户仍然可以舍弃一家STaaS而选择另一家，几乎没有阻力。
从根本的需求来看，STaaS间的竞争将围绕用户体验（操作便捷程度）、资金门槛、服务收费、去中心化程度（安全程度）、xETH交易深度等综合维度展开。
来源：国盛证券
从短期来看，以太坊合并事件为质押赛道带来发展红利。从长期来看，STaaS发展的最主要凭借是公链生态繁荣，以及赛道本身的创新。
赛道本身的创新可能会来自2个方面，一是xETH衍生品，这里将同时蕴含脱锚风险和DeFi可组合潜力；二是STaaS机制的创新。
Rocket Pool和SSVNetwork是哔哔News目前看到机制比较创新的STaaS。
Rocket Pool平台通过“撮合”节点运营商和用户来提供服务。与Lido通过DAO筛选节点运营商不同，任何节点运营商都可以在Rocket Pool上创建迷你池。
他们只需要质押16 ETH和价值1.6ETH的平台代币RPL。剩余的16 ETH，Rocket Pool会从用户端“凑齐”。当节点出现罚没（slashing）时，节点运营商的ETH会被优先扣除。RPL会被出售兑换ETH，来补充节点运营商的ETH。
对于每个节点运营商而言，他们聚集的用户资金上限是16 ETH。这虽然带来可拓展性的限制，但是却能带来很好的去中心化效果。
SSV Network则采用了去中心化验证者技术（Decentralized Validator Technology, DVT）。用户质押涉及到2种私钥，分别是取款私钥和验证者签名私钥，其中验证者签名私钥需要不断地进行签名，离线或者恶意行为会造成罚款，所以当用户委托节点运营商或者流动性服务提供商质押ETH时，需要把验证者签名私钥给对方。
通过DVT，用户可以把验证者签名私钥加密后分成多份，分配给不同的节点运营商。这种情况下，当有小部分节点运营商离线或者有恶意行为时，整个验证结果不会受到影响，ETH不会被罚没。这也将带来更加去中心化的以太坊网络。这种思路也可以被应用到其他有Slashing机制的PoS网络。
参考文章：
《以太坊创始人Vitalik详解：POS安全性优于POW的三点关键因素》by 链得得
《以太坊在合并后将面临哪些潜在的中心化风险？》by TJ Keel
《以太坊转PoS在即：Staking赛道及代表项目深度解析》by Mint Ventures
《区块链行业大转换——以太坊合并，从显卡跌价说起》by 国盛证券
注：本文不作为投资建议
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