以太坊的PoS之路：Serenity能否在最后阶段成功部署难度炸弹？

在最早发布的发展规划中，以太坊有四个里程碑阶段； 这四个阶段是Frontier（边境）、Homestead（家园）、Metropolis（大都市）、Serenity（宁静）。 以太坊目前处于第 3 阶段——大都会的拜占庭版本。 然而，以太坊现在有一个难度炸弹——一种使加密货币挖掘更加困难的协议——自 Frontier 阶段以来就被引入了以太坊区块链。

为什么要设计难度炸弹？

以太坊的最后一个里程碑阶段是 Serenity。 伴随 Serenity 而来的一个重大变化是以太坊的区块链共识算法将从工作量证明 (PoW) 转变为权益证明 (PoS)。 在以太坊网络的共识算法可以从 PoW 转移到 PoS 之前，网络必须将矿工从 PoW 区块链转移到 PoS 区块链。

为了让以太坊网络在全面支持下继续运行，矿工将不得不支持以太坊区块链的 PoS 协议，而不是继续使用 PoW 协议的链。 这有点令人困惑——这就是为什么开发人员在以太坊区块链中放置了一个难度炸弹，以消除任何不使用 PoS 区块链并继续使用 PoW 区块链的矿工。 混乱。

难度炸弹

2015 年 8 月 4 日，前以太坊首席商务官 Stephan Tual 在宣布 Frontier 的第一个补丁的博客文章中首次提到了这个难题。

你们中的许多人可能想知道我们如何实现从 PoW 到 PoS 的过渡以达到 Serenity 阶段。 这将通过硬分叉引入的难度调整计划在未来 16 个月内得到保证……其工作原理如下：从区块高度 200000 开始（大约 17 天后），以太坊的算力难度将经历一个呈指数增长，这种困难只会在大约一年的时间里变得更加明显。 在 Serenity 里程碑发布时，我们将看到难度显着增加，这将增加解决一个区块的时间。

2016 年 9 月 7 日，以太坊网络引入了增加挖矿难度的协议。 预计到 2016 年 12 月，验证一个区块的时间将非常缓慢，以至于以太坊网络上的活动就像被冻结了一样。

这就是难度炸弹被昵称为“冰河时代炸弹”的原因，或者它有时被称为“以太坊的冰河时代”的原因。 然而，到 2016 年 12 月，解决区块的时间并没有呈指数增长。 2017 年 3 月，以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在 Reddit 上发布了一个关于难度炸弹的帖子：

事实证明，随着上次硬分叉（Homestead）难度调整算法带来的变化，冰河时代会非常缓慢地到来。 从第 350 万个区块开始，挖出 10 万个区块（约 1 个月）的平均出块间隔为 25 秒。

那么接下来的100,000个区块（大约1.4个月）的时间间隔就是35秒，然后是55秒，挖出100,000个区块大约需要2.2个月，然后是95秒，大约3.8个月，以此类推，直到我们达到655秒的出块间隔，挖出10万个区块大约需要26个月……最终的世界末日要到2021年才会到来（虽然到2017年下半年这个区块的挖矿时间增加肯定会很烦人） .

然而，2017 年 10 月，冰河世纪再次推迟。 在 10 月 16 日网络硬分叉到 Metropolis 版本后，“难度炸弹”延迟了 4200 万秒（1.33 年）。 到 2018 年底，矿工有望见证 30 秒的出块时间。

这样做是为了避免冰河时代吗？

如果以太坊网络在 2018 年下半年开始感受到难度炸弹的影响，我们很可能会看到以太坊的硬分叉进入下一个里程碑——大都会诉君士坦丁堡（Constantine Fort），这将是第一个里程碑发布以将 PoS 系统引入以太坊区块链。 虽然以太坊网络上的大部分交易将继续使用 PoW 协议，但君士坦丁堡版本中每第 100 笔交易将使用 PoS 协议，这将为 Serenity 阶段使用的 PoS 系统 Casper 奠定基础——最后一个里程碑以太坊。

工作量证明和权益证明

在 PoW 系统中，计算机竞争解决算法。 首先解决算法并将新区块广播到网络的计算机从该区块中获得新开采的硬币和交易费用。 因为奖励给了第一台解决算法的计算机，矿工有动力使用尽可能多的计算能力，这样他们就可以解决算法并在其他人之前获得区块奖励。 然而，为了拥有更多的哈希能力——更快地解决算法的能力——矿工将不得不消耗更多的资源并支付更多的电力成本来运行他们的采矿设备。 矿工使用的计算能力越多，运行挖矿程序的计算机所需的能量就越多。

在 PoS 系统中，称为债券验证器的节点可以将其持有的代币作为股份添加到区块链中。 他们持有的代币相对于市值持有的财富的百分比代表了个人创建区块并接收其中包含的交易费用的几率。

验证者的资金可以被认为是个人保证金。 如果他们在相应区块上的股份有效，他们将取回他们的股份，如果他们作弊，验证者将失去他们的股份。 由于不良行为者会因支持无效区块而受到严厉惩罚以太坊pos机制，因此个人在 PoS 系统中比在 PoW 系统中更愿意诚实行事。

区块链架构师 David Duccini 告诉 Cointelegraph：

挖矿过程对相应货币造成价格下行压力的部分原因是，这些矿工需要将挖出的代币兑换成法定货币，以支付电费和挖矿硬件升级费用。 他们主要将硬币出售给投机者。 在基于 PoS 的区块链中，代币持有者的报酬与其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； 验证者将他们的资金押在区块上，而不是使用他们的硬件来解决算法。 MLG Blockchain 创始人 Michael Gord 告诉 Cointelegraph：

PoS 网络总是比 PoW 网络更高效。 PoS 网络由在网络上持有代币的用户来保护，而不是用户为保护 PoW 网络而贡献的计算能力。

在 PoS 系统中，没有昂贵的采矿设备可以比同行更快地解决算法。 这意味着您不需要高昂的电费来支持网络。

Duccini 认为 PoS 优于 PoW，因为它更高效：

PoS的优越性是因为它是低能耗的，因为挖矿“成本”不是电费而是币龄，其次是因为stake holders其实有最纯粹的动机，他们关心的是区块链的长远发展而不是赚快钱。

PoS 系统也使得进行 51% 攻击变得更加困难和昂贵。 在 PoS 系统中，您需要购买以太坊市值的 51% 的以太币——没有多少人有足够的资金来完成这一壮举。 要对 PoW 系统进行 51% 攻击，一个实体必须控制 51% 的挖矿算力——而这确实发生了：2014 年 7 月，Bbitcoin 中一个名为 Ghash 的比特币矿池网络控制了 51% 的挖矿计算能力约12小时。

在极端情况下，挖矿已经成为一个“武器化”的过程——将原本理性的人变成“经济恐怖分子”，计算能力不足的区块链将受到攻击。

区块链架构师 David Duccini

由于 Ghash 控制着 51% 的采矿权，他们有能力控制网络上的交易，以及双花硬币。

PoS共识算法公平吗？

一些人认为 PoS 系统存在的一个问题是，在这样的系统中，富人只会变得更富。 在区块链上拥有更多财富的人比拥有更少财富的人更有可能创建区块并收取交易费用。

如果你拥有以太坊市值的 20%，那么你有 20% 的机会创建一个区块并获得包含在该区块中的交易费用，如果你只有 0.005% 的股份，那么你只有 0.005% 的机会创建一块。

话虽如此，PoS 系统在经济结构上真的与 PoW 系统有什么不同吗？ 在 PoW 系统中，那些能够负担得起更多算力的人（富人）能够开采更多的资源（比特币），而那些不能负担同样数量的算力的人（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，富者愈富，贫富差距进一步扩大。

宁静

当以太坊升级到 Serenity 后，PoS 系统将完全运行在以太坊中，这是以太坊路线图中的最后一个里程碑。 在 Serenity 阶段，以太坊区块链将有一个巨大的商业用例，内置图灵完备的编程语言，可以被其他开发者、公司和实体用来创建合约、应用程序和系统。 在 2017 年的一次演讲中，以太坊开发者 Hudson Jameson 讨论了以太坊的路线图。 尽管 Hudson 没有给出以太坊何时进入 Serenity 阶段的信息，但他表示，当 Serenity 发布时，“这将是你真正知道有大事要发生的时候。”

以太坊是比其他提供数字资产的区块链网络和区块链相关公司更具有业务场景的区块链网络之一。 以太坊的四阶段路线图和白皮书阐明了公司的目标。 以太坊白皮书写道：

以太坊打算为区块链提供一种内置的完全成熟的图灵完备编程语言以太坊pos机制，可用于创建可用于编码任意状态转换函数的“合约”，允许用户创建上述任何系统，以及许多其他系统说我们写几行代码就可以搞定的逻辑，我还没有想到。

换句话说，以太坊的目标是提供一种服务，允许其他区块链相关公司以编程方式创建他们想要的任何类型的应用程序、产品或系统。 2018 年 1 月 13 日，以太坊路线图尚未完成 75% 时，以太坊价格达到 1430.81 美元。 Hudson 对 Serenity 的评论已经成为现实。