以太坊合并，到底什么是“合并”？

一、核心思想

在以太坊的发展路线图中，从降低网络能量/算力消耗、降低参与门槛、增强网络可扩展性、支持碎片化链等因素考虑，从PoW过渡到PoS是必要的一步。 为了合并的顺利进行，社区引入了信标链作为过渡共识层，并以此为基础推动了分片等新框架的发展。

合并是指去除 PoW 相关层，并使用信标链作为最终的共识层。 因此，区块结构和挖矿逻辑都会发生一定的变化。 本文探讨了合并块结构和应用，例如基于挖矿的 MEV。 本次合并是按照“损害最小化”的原则进行的，理论上对应用层的影响很小。 对MEV、闪贷等涉及出块的中间组件应用的影响，还需要随着以太坊的发展而观察。

2. PoW和PoS基础与以太坊挖矿“黑森林”

在以太坊的发展路线图中，考虑到降低网络能量/算力消耗、降低参与门槛、增强网络可扩展性以及对碎片化链的隐私支持，从 PoW 共识机制向 PoS 共识机制过渡是必要的一步。 共识机制变化的主要影响是矿业和矿工的世界。

本节介绍 PoW 和 PoS 的基本原理，并讨论 MEV 这一矿业界最典型的应用是如何走在共识层的。

2.1.挖矿规则变化：PoW和PoS基础

以太坊是计算机网络上的区块链系统，它确保数据和智能合约程序在网络上的所有计算机上被复制和处理，而无需中心化的协调者，即去中心化。 它的愿景是创建一个不可阻挡的抗审查、自我维持的去中心化世界计算机，或基于互联网的分布式计算机。 以太坊扩展了比特币区块链数据结构，它在世界各地的许多计算机上验证、存储和复制交易数据，因此得名“分布式账本”。 而以太坊更进一步，能够在全球很多硬件上运行计算机代码，这被称为“图灵完备”。

以太坊区块链本质上也是一个基于交易的状态机。 在计算机科学中，状态机是一种可以读取一系列输入并根据这些输入转换到新状态的东西。 以太坊区块的内容状态主要是交易和账户余额。 因此，以太坊是一个不断维护全网账户交易/余额最新状态的网络。

共识机制是区块链网络的核心机制。 以太坊账户之间会发生交易转账，这些交易被打包分组到不同的区块中存储凭证。 一个区块可以包含多个交易，每个区块按照逻辑顺序与前一个区块相连（不一定要存储在一起，即可以分布式存储），从而形成一个去中心化的网络。 用户账户状态的改变需要全网所有计算机的一致同意。 这种一致认可是区块链的核心——共识（机制）。 最新区块决定了账户在全网的最新状态，但最新区块总是必须先由某个计算机节点产生，然后同步到全网其他计算机，以取得共识。 因此，哪个计算机节点（矿工）最先产生最新的区块——即记账权的竞争——是极其关键的。 所谓共识机制，就是决定记账权规则的机制。 用矿工的术语，也叫挖矿。

加入网络的任何计算机节点（矿工）都可以努力尝试创建和验证块。 与比特币类似，以太坊网络从诞生之初到现在依然采用PoW（Proof of Work）机制，确保以太坊网络中的节点对链上记录的所有信息的状态达成共识，确保网络安全和可信度。 PoW 工作量证明协议要求矿工经过激烈的试错竞争（一种数学计算）以太坊啥时候合并的，直到某个矿工最先找到一个区块的随机数。

PoW 看似完美，但最容易被诟病和诟病的是保证网络安全所必需的能源消耗。 随着全网算力的提升，能耗也快速增加。 在以太坊的发展规划路线图上，PoW机制将逐渐退出历史舞台，以太坊将过渡到PoS（Proof of Stake），逐步淘汰PoW挖矿机制。 需要强调的是，PoW消耗的能​​量和算力为网络制造了一道安全屏障——51%攻击原则决定了一个算力强大的系统（类似比特币和以太坊也承载着相当规模的财富），它从成本上来说一定是不经济的。 因此，可以在网络财富、网络计算能力和网络安全之间达成经济约束。 但相应的价格是能源的消耗和参与挖矿的门槛。

在PoS权益证明机制下，矿工节点通过质押ETH代币参与其中。 系统会随机选择一个验证者创建一个新的区块，并获得相应的区块奖励。 与需要大量计算资源完成这一过程的PoW机制相比，PoS机制只需要简单地质押ETH到网络即可。 PoS 机制中的验证者和 PoW 机制中的矿工具有完全相同的职责，即他们负责对交易进行排序并创建新区块以确保所有节点都同意当前的网络状态。 与 PoW 相比，PoS 具有一定的优势，例如：更节能； 大大降低了硬件要求； 由于硬件门槛较低，去中心化能力更强。

PoS 节点矿工需要质押至少 32 ETH 才有资格成为验证者。 验证者将被随机选择，他们打包的区块将成为网络中的最新区块。 用户的股份也被用作激励良好验证者行为的一种方式。 例如，验证者可能会因为掉线（验证失败）而损失一部分股份，或者由于更严重的问题而损失全部股份。 与 PoW 不同，验证者不需要使用大量的实际算力资源，因为他们是随机选择的，不需要挖块，他们只需要在被选中时创建块，在未被选中时验证块别人提交的。 验证者因创建新区块和证明他们看到的区块而获得奖励。

2.2. 挖矿的“黑暗森林”：MEV

随着套利（Arbitrage）、智能合约开发、乐观转移（Optimistic Transfer）的发展，创造了一个全新的工具组合和市场，这是区块链账本系统独有的市场——典型的例子是MEV . 这是在公链创新之上诞生的创新。 两种创新相结合，创造出真正强大而独特的盈利机制。 与以太坊网络出块最接近的套利行为是交易的预打包。 典型代表就是Flashbots组织，是催生MEV市场的主力军。

MEV的全称是“Miner Extractable Value”，即矿工可以提取价值。 随着DeFi的快速发展，其重要性也越来越凸显，也被称为“以太坊的黑暗森林”。 这个概念用于描述以太坊网络上的抢先交易活动——本质上是一种套利形式。 事实上，矿工们在这片“黑暗森林”中绝对是强者，因为他们既是玩家，又是裁判。 因为矿工可以利用他们的特权，重新安排交易的顺序，插入某些交易或对某些交易进行优先排序，从而使自己或某些人受益。

由于链上一个区块只能容纳一定数量的交易，其余交易进入内存池（Mempool）队列，实际上矿工在选择处理内存池中待处理的交易方面具有完全的自主权（只要它们在最后生成）符合标准的区块，剩下的可以由矿工自己决定），mempool是矿工用来存储链上待确认交易的“容器”。 为了获得尽可能多的利润，矿工通常会选择最高的 gas price 来处理交易，即交易费，但实际上 ETH 网络并不要求任何人这样做。 也正是因为如此，矿工可以利用自己的权利重新排序交易，从用户那里获得额外的利润。 创造的价值称为矿工可提取价值。

大多数情况下，矿工在处理上链交易时最重要的考虑因素并不是用户提交的时间，而是用户愿意支付的交易手续费。 因此，MEV这个词变得越来越普遍，但我们目前能够看到的各种形式的MEV，其实大多来自于一些第三方机器人或服务，而不是矿工本身。 例如，一些机器人程序可能会监控 mempool，如果它们发现一些潜在的套利机会，它们会执行相同的交易 frontrunning 并支付更高的 gas 费用以“窃取”利润。 MEV 交易的一小部分收益以 Gas 费的形式被矿工获得。 以Flashbots为例：MEV-Geth是Flashbots针对gas费、拥堵等问题推出的节点解决方案，已经得到ETH网络相当一部分算力的支持。 Flashbots本身的愿景其实就是消除信息不对称，把可能的套利机会公开，让大家分享。

Flashbots引入了“finder”、“transaction bundle”和“block template”三个概念：

首先，矿工可以委托第三方“发现者”来发现交易并对其进行排序。 “寻求者”之间存在内在竞争，以找到使利润最大化的交易序列并将其放入具有标准“交易包”的下一个区块。 其次，这些“交易包”在矿工举办的暗中拍卖中被估价。 最后生成带有交易顺序信息的“区块模板”上传到链上。

这样做的好处是矿工可以获得部分MEV的价值，从而降低高gas费交易的吸引力。 一旦用户发现单纯通过增加gas费无法吸引矿工优先处理自己的交易，他们就会降低频率，从而缓解拥堵，进一步降低gas费。

简单来说，虽然MEV是以“牺牲”普通用户为代价的，但MEV在一定程度上也是必然甚至是必要的。 只要网络中存在相对公平和公认的排序协议，使用这些协议进行套利的 MEV 也会存在。 MEV实际上是一种激励，鼓励用户积极参与市场的自我平衡和调节。 例如，如果链上不同的DEX之间存在价格差异，MEV有助于尽快进行套利，平衡价格，以确保不同的DEX能够反映真实的市场情况。 MEV最常见的形式是第三方机器人在多个去中心化交易所（DEX）之间进行套利，链上DEX交易所和链下CEX交易所之间也存在很多套利机会。

3. 以太坊区块“合并”到底是什么？

3.1. 以太坊“合并”了哪些数据结构？

Merge 早已在以太坊的发展计划中。 然而，面对成熟的PoW矿工和发达的矿机行业，合并绝非易事，其面临的利益分歧和技术障碍也很明显。 为了使既定的PoS路线顺利进行，尽可能顺利过渡，最新的发展状态（合并前）是以太坊2.0，基于PoW底层区块引入信标链（ETH2），并推进发展信标链上的分片。 这一切工作都为当前精神领袖 Vitalik 推动 PoW 转向 PoS 做了基础准备——因为当前架构下的切换共识机制只引入了“最小伤害”的影响。 否则，很难想象运行了8年的以太坊会有如此巨大的改造。

以太坊的合并本质上是去除了处于 ETH2 状态的 PoW 主链（ETH1）。 链和信标链“合并”。 简单来说，之前介绍的信标链这一层在过渡时期有点像一堵墙。 时机成熟时，它会直接“压倒宿主”。 作为最终的共识层，PoW 的底层直接被剥离。 合并后，主链将从 PoW 共识机制切换到 PoS 共识机制。 除此之外，客户端的大部分功能（例如 EVM）、状态及其执行交易的方式都将保持不变。 合并后，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 的节点运营商或信标链客户端将需要运行完整堆栈的“另一半”才能成为完全验证节点。

本次合并是本着“最小损害”的原则进行的以太坊啥时候合并的，让原本运行的应用客户端毫无意义地切换到PoS。 由于 PoW 不再存在，信标链块将包含 ExecutionPayloads，它们是当前工作量证明链上块的合并等价物。 对于最终用户和应用程序开发人员来说，执行层是他们与以太坊交互的地方。 该层上的应用程序仍将由执行层客户端处理，例如通常的 Besu、Erigon、Geth、Nethermind 等。因此，由于执行层的稳定性，合并仅引入了最小的破坏性更改。 在以太坊 2.0 的设计之初就考虑到了这一点。 信标链最初作为中间层存在于 PoW 之上，类似于共识网络的第二层。 当它被“合并”时，这一层将直接作为共识层。 并将 PoW 层中与执行相关的组件组合成一个新的共识层。

合并后的块数据结构保持不变，无用字段设置为0或等值。 合并后，之前包含在工作量证明区块头中的几个字段不再有用，但为了最大限度地减少对工具和基础设施的破坏，这些字段已从数据结构中完全删除，而是设置为 0 或相应的等值。 通过这种方式，合并对应用程序实施和开发人员的干扰最小。

3.2 “合并”的影响到底是什么？

通过上面的对比我们可以看出合并其实是在“破坏性最小”的原则下进行的，对应用层几乎是不敏感的，而区块底层和应用层之间的各种组件，理论上是可以的不会受到太大影响，并将继续存在。

值得注意的是，合并完成后，下单交易的流程并没有太大变化。 同样，我们有理由相信 MEV 会继续存在。 不同的是，决定交易顺序的人从矿工变成了验证者，验证者将被随机选择参与信标链的执行。 这也意味着上述以Flashbots为代表的MEV分配机制将继续存在。

MEV 很难衡量，但即便如此，合并后的验证者可以选择将他们的资源集中在一个共同的验证者池中，以抵消选择概率和 REV 分布的差异（某种程度上类似于矿池）。 虽然以太坊的 PoS 机制使得验证者可以通过有效的证明获得几乎恒定的奖励（而不是像 PoW 那样只有在出块时才能获得）。 但是，在验证人奖励中继续引入 MEV 机制，也是一种集权取暖的体现，迫使更多的独立验证人加入到一个共同的验证人池中，以获得更低的不可预测性和更快的流动性。 PoW 时代的矿池也有类似的吸引力。

可见，区块层面的一些细微变化依然存在，后续影响有待观察。 MEV、闪电贷等组件化应用深入到区块数据结构的栈中，合并的影响需要在未来实践中观察。 比如随着darksharding、大区块等新研发的推进，我们认为在PoS机制下，闪电贷可能会以新的形式出现，甚至在特殊套利需求的驱动下，闪电贷结合MEV的应用也可以预料：此外，mempool的安排也值得跟踪观察。 毕竟，以太坊未来的技术路线还存在很多不确定性和想象空间。

4、投资建议：关注公链生态和流动性质押服务商

自诞生以来，以太坊经历了两轮行业周期考验。 它仍然是公链生态的标杆，是区块链创新的源泉。 目前在各种底层技术上都取得了突破，包括ZKrollup、sharding、Danksharding等很多尝试。 之前的POW挖矿为系统的安全稳定做出了贡献。 切换到POS后，公链生态的竞争将进入2.0阶段。 是Solana的新起点还是Polygon的杠杆？ 公链在底层、应用、资金等方面的全方位竞争值得期待。

同时，随着以太坊合并日的临近，质押风险降低，赛道生态日趋繁荣。 我们认为，在合并前后，以太坊质押的比例会大幅增加。 此外，staking 渠道的边际增长将更多地来自官方以太坊和交易所以外的流动性 staking 服务提供商的来源。 官方奖励比例的下调，也会促使用户选择DeFi附加值更高的服务商平台（如Lido），以获得更高的年化收益。

同时，以太坊升级的目的将是支持更多的链上生态发展，底层各类服务商将以此为目标。 过去几年，我们看到以太坊引领了DeFi、NFT等创新趋势，包括矿工在内的生态玩家也从中受益。 合并 POS 后，质押者的收益仍然与链上应用的繁荣密切相关。 元界和Web3.0的到来，为ETH未来提供了更广阔的空间。 毕竟这个新兴赛道尊重原创，以太坊的生态还是最有意思的。