以太坊的PoS之路：最后阶段Serenity能够顺利部署难度炸弹

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以太坊的PoS之路：最后阶段Serenity能够顺利部署难度炸弹

2018-07-14 16:10:05

在最早发布的发展计划中，以太坊有四个里程碑阶段；这四个阶段分别是Frontier(前沿)，Homestead(家园)，Metropolis(大都会)，Serenity(宁静)。以太坊目前处于第三阶段——Metropolis的Byzantium(拜占庭)版本。然而，以太坊现如今存在一个难度炸弹(difficulty bomb)——一种使加密货币挖矿变得更加困难的协议——这是自从Frontier阶段开始引入到以太坊区块链中的。

为什么要设计一个难度炸弹?

以太坊的最后一个里程碑阶段是Serenity。伴随着Serenity的一个重大变化是，以太坊的区块链共识算法将会从工作量证明(PoW)转变成权益证明(PoS)。在以太坊网络的共识算法能够从PoW转移到PoS之前，该网络必须将矿工从PoW区块链转移到PoS区块链上。

为了使以太坊网络在完全支持下继续运行，矿工将不得不支持PoS协议的以太坊区块链，而不是将继续使用PoW协议的链。这有点让人迷惑——这就是为什么开发人员把一个难度炸弹装入到以太坊的区块链，以消除任何矿工不使用PoS协议的区块链而继续使用PoW协议的区块链所带来的混乱。

难度炸弹

在2015年8月4日，前以太坊首席商务官Stephan Tual在一篇博客文章中宣布Frontier的第一个补丁时首次提到了这一难题。

你们很多人也许都在想我们该如何实现从PoW到PoS的转换，从而达到Serenity阶段。这将在未来的16个月内通过硬分叉而引入的难度调整计划来保证……它的工作原理如下：从区块高度200000(约17天以后)开始，以太坊的算力难度将会经历一个指数的增加，这一难度在大约一年的时间内只会变得更加明显。在在Serenity里程碑发布的时候，我们将看到难度的显著增加，这将使解决区块的时间增加。

在2016年9月7日，增加挖矿难度的协议被引入到以太坊网络。据估计，到2016年12月，验证一个块的时间将会非常缓慢，就好像以太网络上的活动被冻结了一样。

这就是难度炸弹的外号“冰河世纪的炸弹”，或者为什么它有时被称为“以太坊的冰冰河世纪”的由来。然而，到了2016年12月，解决区块的时间并没有呈指数增长。在2017年3月，以太坊的联合创始人Vitalik Buterin在Reddit上发布了一个关于难度炸弹的帖子：

事实证明，随着难度调整算法在最后一个硬分叉(Homestead)中所带来的改变，冰河世纪的到来将会非常缓慢。从第350万个区块开始，挖出10万个区块(大约1个月)的平均区块间隔25秒。
然后接下来的10万个区块(约1.4个月)的时间间隔将是35秒，然后55秒，挖出10万个区块大约需要2.2个月，再然后是95秒，大约3.8个月，以此类推，直到我们到达了区块间隔为655秒，挖出10万个区块大约26个月……最终的末日要到2021年才会到来(尽管到2017年下半年这一区块挖出时间的增长肯定会让人非常恼火)。

然而，在2017年10月，冰河世纪又被推迟了。在10月16日将网络进行硬分叉升级到Metropolis版本后，“难度炸弹”延迟了4200万秒 (1.33年)。到2018年底，矿工预计将见证30秒的区块时间。

这么做是为了避开冰河世纪么?

如果在2018年下半年以太坊网络开始感受到难度炸弹所带来的影响的话，我们很可能会看到以太坊会硬分叉到进入到下一个里程碑——Metropolis v. Constantinople(君士坦丁堡)，这将是第一个将PoS系统引入到以太坊区块链的里程碑版本。虽然以太坊网络上的大部分交易都将继续使用PoW协议，但在Constantinople版本中每一个第100笔交易将会使用PoS协议，这将为Casper奠定基础，这是在Serenity阶段使用的PoS系统——以太坊的最后一个里程碑。

工作量证明和权益证明

在PoW系统中，计算机竞相解决算法。首先解决算法并向网络广播新区块的计算机将获得新挖出的代币和来自区块的交易费用。因为奖励是给第一个计算机来解决这个算法的，所以矿工们有动力尽可能多地使用计算能力，这样他们就能解决算法并在他们的同伴可以之前得到块奖励。然而，为了拥有更多的哈希算力——解决算法更快的能力——矿商将要消耗更多的资源，并支付更多的电力成本来运行他们的挖矿设备。矿工使用的计算能力越强，运行挖矿程序的电脑所需的能量就越多。

在PoS系统中，被称为保证金验证者(bond validator)的节点可以将他们所持有的代币作为股份在添加到区块链上。相对于市场上限所占的财富百分比，他们所持有的代币的百分比代表个人创造区块并收取其中包含的交易费用的几率。

一个验证者的资金可以被认为是个人的保证金。如果他们在相应区块上的股份是有效的，他们将会收回他们的股份，如果他们进行欺诈的话，验证者将失去他们的股份。由于不良行为者因支持无效的块而受到严厉的惩罚，所以在PoS系统中，个人比在PoW系统中更有动机诚实行事。

区块链架构师David Duccini告诉Cointelegraph：

挖矿过程会给相应币种带来价格下行压力的一部分原因在于，这些进行挖矿的矿工们需要将挖出的代币换成法币来支付电费和挖矿硬件升级的费用。他们主要是向投机者出售他们的硬币。在以PoS为基础的区块链中，代币持有者得到的报酬与他们持有的代币数量成正比。

能源成本

在PoS系统中，挖矿的能源成本远低于PoW系统的能源成本；验证者把他们的资金押在区块上，而不是用他们的硬件来解决一个算法。MLG区块链的创始人Michael Gord告诉Cointelegraph：

PoS网络总是比PoW网络更高效。一个PoS网络是由在网络上持有代币的用户保护的，而不是用户贡献的用于保证PoW网络安全的计算能力。

在PoS系统中，不会存在拥有昂贵的挖矿设备能够比同行的挖矿设备更快地解决算法的情况出现。这意味着你不需要耗费很高的电费来支持网络。

Duccini认为因为PoS的效率更高，所以它比PoW要更优越：

PoS的优越性是因为它是低能量损耗的，因为挖矿‘花费’的不是电力而是币种的年龄，第二是因为股份持有者实际上有着最纯粹的动机，他们关心区块链的长期发展而不是为了赚快钱。

PoS系统也使得进行51%的攻击变得更加困难和昂贵。在PoS系统中，你需要购买51%的以太坊市值的以太币——这是一项没有多少人有资金完成的壮举。而要对PoW系统进行51%攻击的话，一个实体必须控制51%的挖矿算力——而这事实上已经发生过了：在2014年7月，一个名叫Ghash的比特币矿池在Bbitcoin网络中掌控了51%的矿业算力大约12个小时的时间。

在极端的情况下，挖矿已经变成了‘武器化’的过程——把原本合理的人变成了‘经济恐怖分子’，在那里算力不足的区块链将受到攻击。
区块链构建师David Duccini

由于Ghash控制了51%的采矿权，他们有能力控制网络上的交易，以及对币种进行双花。

PoS的共识算法是否公平?

一些人认为与PoS系统同时存在的一个问题是，在这样的系统中，富人只会变得更富有。在区块链拥有更多财富的个体比拥有较少财富的个体更有可能创建一个区块并收取交易费用。

如果你占有以太坊市值的20%股份，你有20%的机会创建一个区块并接收包含在这个区块中的交易费用，如果你只有0.005%的股份，那么你只能有0.005%的机会创建一个区块。

话虽如此，但是在经济结构方面，PoS系统真的与PoW系统有什么区别吗?在PoW系统中，那些能够负担得起更多的计算能力的人(富人)能够挖出更多的资源(比特币)，而那些买不起同样多的计算能力的人(穷人)则享受不到同样的资源。无论哪种方式，无论是PoS还是PoW，富人都变得更富有，同时贫富差距也会进一步拉大。

Serenity

当以太坊升级到Serenity的时候，PoS系统将会完全在以太坊中运行，这是以太坊路线图的最后一个里程碑。在Serenity的阶段，以太坊区块链将拥有一个巨大的商业场景，这一场景中有内置的图灵完备的编程语言，其他开发人员、公司和实体可以使用它来创建契约、应用程序和系统。在2017年的一次演示中，以太坊开发人员Hudson Jameson讨论了以太坊的路线图。尽管Hudson没有给出以太坊在什么时候会进入Serenity阶段的信息，但是他说当Serenity被释放时，“这将是你真正知道有大事情发生的时候”。

以太坊是区块链网络中的一个，与其他区块链网络和提供数字资产的区块链相关公司相比，它更像是一个商业场景。以太坊的四个阶段路线图和白皮书明确了公司的目标，以太坊白皮书写道：