以太坊主网 2021 年终回顾 Golden Finance

以太坊基金会的蒂姆·贝科 (Tim Beiko) 于 11 月发表了题为“了解转换为权益证明的过程”的演讲。 在本次分享中，他回顾并梳理了2021年以太坊主网的四次硬分叉，概述了所做的改进； 他梳理了以太坊2.0路线图的演进，并解释了为什么目前以rollup为中心，采用可执行信标链的架构； 详细分析了合并后的以太坊架构和过渡过程； 最后回顾了客户团队在2021年探索合并的实施和测试的过程，并对目前的进展和未来的实施计划进行了说明。

这篇演讲非常适合作为过去一年以太坊主网的总结。 ECN特此翻译本视频的演讲部分，并附上相关文章资源作为补充和索引，供读者查阅整理。

以太坊 2021 年的四次硬分叉

柏林升级（4 月）

包含的 EIP：

EIP-2565：ModExp Gas 成本

EIP-198（Modular Exponentiation of Large Numbers）的重新定价，之前引入了模幂预编译模块，这让我们可以引入很多需要模幂的密码算法，比如RSA签名验证。 EIP-2565 建议将模块的 ModExp (0x00..05) 的 gas 开销降低到与执行其他操作类似的水平。

EIP-2718：类型化交易信封

该提案引入了一种新的交易类型，它是一种交易信封，可以更轻松地支持多种交易类型。 以太坊刚上线主网时只有一种交易类型，字段为“To”（指定交易的目的地）和“Data”（包括交易中的任意数据），这使得以太坊客户端必须是在步骤中，确保在完全相同的时间进行完全相同的更改。 后来，随着交易类型的改变，EIP-155（针对重放攻击的简单保护）被包含在 Spurious Dragon 硬分叉中，允许客户以不同的方式解释字段。 EIP-2718 并没有解决 EIP-155 引入的复杂性，而是防止未来引入更多的复杂性，从而更容易添加新的交易类型，例如 EIP-1559 类型的交易。

EIP-2929：状态访问操作码的 Gas 成本增加

该 EIP 会在首次调用 SLOAD、CALL、BALANCE、EXT 和 SELFEDESTRUCT 时增加交易的 gas 成本。 但值得注意的是，对于每个地址或存储槽，如此高的开销只发生在第一次触发时，后续的多次调用每次只消耗100 gas。 增加这些 gas 开销，一方面可以解决以太坊协议上仍然保留的最大 DoS 攻击向量的影响，另一方面可以限制未来无状态以太坊实现的见证数据的大小。

EIP-2930：可选访问列表（Optional access lists）

该提案的目的是纠正 EIP-2929 对现有合约造成的损害，缓解 gas 开销增加带来的问题。 该提案增加了一个新的交易类型，其中包含交易计划将访问的访问列表（内容是地址和存储项密钥）。 通过指定访问列表，客户端可以更轻松地处理交易，从而可以安全地减少 gas 消耗。

“柏林硬分叉后的天然气成本”

《以太坊柏林升级公告》

伦敦升级（8 月）

包含的 EIP：

EIP-1559: Eth1.0 fee market change (Fee market change for ETH1.0 chain)

EIP-1559是以太坊历史上最值得期待的变化之一，也是此次伦敦升级带来最大变化的EIP。 该 EIP 将在网络区块中引入“基本费用”，该费用将跟踪网络根据区块空间需求接受的交易的天然气价格。 这意味着钱包和用户将能够更轻松地预测他们的交易价格。 此外，EIP-1559 增加了一种交易类型，用户可以在其中指定他们愿意支付的最大金额。 当他们将这个最高费用发送给矿工时，他们将获得最高费用减去基本费用和矿工小费的总和。 差价退款。 最后，这个 EIP 也会导致一些交易费用被烧毁，这被大多数社区认为是以太坊网络经济的重要改进。

EIP-3198：基本费用操作码（BASEFEE opcode）

该 EIP 与 EIP-1559 配对。 它只是添加了一个 BASEFEE 操作码，该操作码返回执行交易的区块的基本费用。 这将允许智能合约访问链上的这个价值，这对于提交欺诈证明和创建无需信任的 gas 价格衍生品很有用。

EIP-3529：减少退款

伦敦引入的另一个突破性变化是取消了操作码 SELFDESTRUCT 的 gas 退款，并减少了操作码 SSTORE 的 gas 退款。 虽然设置返还的初衷是为了鼓励开发者在可能的情况下清空状态，但实际情况是这导致了 Gas Token 的出现，增加了状态的大小。 使用这些返回的gas，Gas Token可以在gas价格低的时候填满状态，然后在gas价格上涨的时候执行这些交易获得退款。 另外，gas回流也会引起区块执行时间的变化。 EIP-3529 将“执行气体返回”从 50% 降低到最大 20%。 这一变化将有助于抵消 EIP-1559 引入的额外区块大小变化，该变化允许区块使用今天两倍的气体限制。

EIP-3541: Reject new contracts starting with the 0xEF byte（拒绝以0xEF字节开头的新合约）

该 EIP 将导致伦敦升级后无法部署以 0xEF 字节开头的新合约，它们将被保留作为识别 EIP-3540 语义的方式。 EIP-3540 提出的 EVM 对象格式 (EOF) 是一种可扩展和版本化的 EVM 字节码容器格式，将在部署时验证一次。 因此，EIP-3541是为未来更广泛的EVM改进打下基础。

EIP-3554：难度炸弹延迟至 2021 年 12 月 1 日

EIP-3554 延迟难度炸弹，也称为冰河时代。 难度炸弹或冰河时代是以太坊引入的一种机制，用于在网络过渡到权益证明时“冻结”挖矿。 由于股权证明过渡尚未准备就绪，我们需要延迟炸弹的“爆炸”。 这在过去已经完成了三次：在 Metropolis (EIP-649)、Constantinople (EIP-1234) 和 Muir Glacier (EIP-2384)。

“伦敦升级概述”

《伦敦主网升级公告及相关代码变更》

“为什么需要 1559”

“为什么我认为 EIP-1559 区块大小的变化无需担心”

“MEV 和 EIP-1559”

《从MEV角度分析EIP-1559下的交易打包市场》

《当以太坊伦敦升级完成（第37期以太坊七日谈）》

“EIP-3529：减少气体回流”

信标链 Altair 升级（10 月）

Altair 是信标链的升级版，其新特性包括：

《Altair 主网升级公告》

对 Altair 升级的影响进行建模和分析

“定型 no.24”

《Altair升级详解（以太坊七日篇第30期）》

每期《共识层进展更新》

Arrow 冰川升级（12 月）

Arrow Glacier 是另一个类似于 Muir Glacier 的网络升级。 它将只包括一个 EIP——将难度炸弹推迟到明年夏天，以防区块链冻结，即所谓的“冰河时代”。

以太坊 2.0 路线图的演变

2018年在台北的一次研讨会上，以太坊的核心开发者制定了一个分三个阶段的以太坊2.0路线图，每个阶段的交付内容是：

2020年底，在信标链上线之前，虽然第一阶段的工作进展顺利，但第二阶段还有很多未解决的问题，将在第一阶段引入的分片上实现计算功能。同时当时，rollup（即二层扩容方案）进展非常迅速。 几个团队已经宣布他们将在测试网上，并取得了令人鼓舞的早期成果。 大约在这个时候，Vitalik 在 Ethereum Magicians 论坛上发表了一篇长文，认为我们应该将短期和中期的扩展工作重点放在汇总上。 他们不仅会在 Phase 2 完成之前上线主网，而且他们也将是 Phase 1 的最大受益者。

同年 11 月，Mikhail Kalinin 发表了《Executable Beacon Chain》，提出了目前合并后的架构，并提出了几点见解：

在文章中，Mikhail 提出直接使用 Proof of Stake 作为客户端使用的新共识算法。

合并后架构和合并流程

简而言之，合并后以太坊最新新闻，客户端将从PoW链切换到PoS链，以确定以太坊的最新有效区块。 此外以太坊最新新闻，客户端的大部分功能，更重要的是 EVM、它的状态以及它如何执行交易，都保持不变。 当前的 Eth1 和 Eth2 客户端分别成为以太坊的执行层和共识层（或引擎）。 这意味着 Eth1 或信标链客户端的节点运行者将需要运行堆栈的“另一半”才能拥有完整的验证节点。

在合并过程中，信标节点会监控当前的 PoW 链。 当一个区块的 Total Difficulty 达到设定的 TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY（终止总难度）时，该区块将成为最后一个 PoW 区块。 区块最初都是由信标链上的验证者构建和证明的。 当块在信标链上完成时，合并完成。

实现合并的历史和计划

实现合并的三个标志性事件是：4 月的 Rayonism 黑客马拉松、10 月的 Amphora 研讨会和 11 月的 Kintsugi 项目。

为了验证可执行信标链架构的可行性，在为期一个月的Rayonism Hackathon期间，客户团队进行了原型设计并搭建了测试网络Nocturne，证明可执行信标链是一个可行的架构。

10 月，在 Amphora 研讨会上，客户团队再次聚在一起解决有关规范的未决问题。 在活动结束时，客户团队构建了一个开发测试网，该测试网运行所有客户组合的转换过程并最终确定合并块。

在 Amphora 事件之后，经过四个简短的开发测试网，开发人员启动了 Kintsugi 测试网程序。 从 11 月到 12 月中旬，每周开发者都会推出一个新的开发测试网，并在之前的基础上进行改进。 圣诞假期期间，长期公开测试网已经上线，鼓励大家参与测试。

目前，已完成80%~90%的实施工作。 Arrow Glacier将难度炸弹推迟到明年6月，这意味着明年6月之前会做更多的测试工作。