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详解以太坊 PoS 运作机制及其风险因素

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来源：MarsBit

合并

9月15日，以太坊正计划进行其承诺已久的 "合并"，该协议将从PoW（工作量证明）共识机制转变为PoS（权益证明）共识机制。

在这份报告中，我们将依靠以太坊文件中提供的技术定义，详细说明以太坊的权益证明机制是如何运作的。其次，我们将从第一原则上评估其向股权证明的转变，其中将包括解释为什么此举的诸多推理都可能是有缺陷的。最后，我们将介绍以太坊PoS机制的风险因素，并将其与比特币和PoW共识机制的治理进行比较，以阐明系统之间的根本差异。

这篇文章的部分灵感来自于Glassnode的首席分析师Checkmate的最新作品《为什么以太坊合并是一个巨大的错误》。

基础知识

随着共识机制的转变，以太坊将其区块生产从GPU（图形处理单元）矿工转移到它的质押验证者。

验证者。"要想作为验证者参与，用户必须向存款合约存入32个ETH，并运行三个独立的软件：一个执行客户端、一个共识客户端和一个验证者。在存入他们的以太币后，用户就会加入一个激活队列，该队列限制了新的验证者加入网络的速度。一经激活，验证者就会从以太坊网络上的对等方那里接收到新的区块。重新执行区块中交付的交易，并检查区块签名以确保区块的有效性。然后，验证者就会在整个网络上发送支持该区块的投票（称为证明）"。 - Ethereum.org

验证者将从矿工手中接过属于区块生产的角色，更为重要的是，将权力结构从现实世界的能量输入（以哈希值的形式），以质押以太币的形式转移到资本上

安全性："51%的攻击的威胁在PoS上仍然存在，就像它在PoW上一样，但对攻击者来说风险更大。攻击者需要质押51% ETH（约15,000,000美元）。在这之后，他们才可以用自己的证明来确保他们首选的分叉是累积证明拥有最多的分叉。累积证明的 "权重 "是共识客户端用来确定正确链的，因此该攻击者才能将他们的分叉成为正统的。然而，相对于POW，PoS的优势在于社区在发动反击方面的具有灵活性。例如，遵守规范的验证者可以决定继续建立在少数人的链上，忽略攻击者的分叉，同时鼓励应用程序、交易所和资金池也这样做。 他们还可以决定将攻击者从网络中强行删除，并销毁他们的质押的以太币。这些都是针对51%攻击的强大经济防御措施"。 - Ethereum.org

以太坊网站声称，在 PoS 共识系统的安全性会比 PoW 共识系统更强，但我们认为这是非常有争议的。

工作量证明协议纯粹依靠经济激励和现实世界的物理约束来保证链免受攻击，而PoS则依靠通过被削减的 "社会治理 "来试图让质押者保持遵规守矩。为了进一步澄清，若为了51%攻击比特币网络（执行双花），攻击者需要在尝试攻击之前，以ASIC矿工、电力基础设施和（廉价）能源的形式，获得大量的物理基础设施和能源资源。最重要的是，任何假想的攻击者如果获得了这些东西，会很快意识到，做一个诚实的矿工值当。

在权益证明机制下，质押者因难以承受大幅的削减，敌对的同行看到他们的以太币被销毁（如在同一槽中提出多个区块或违反共识的行为），而保持诚实。同样地，在占主导地位的大多数质押者可能进行审查的情况下（稍后会详细介绍），可以选择少数的软分叉。引用 Vitalik Buterin的话，

Ÿ "对于其他更难检测到的攻击（特别是51%的联盟审查其他所有人），社区可以协调少数用户激活的软分叉（UASF），其中攻击者的资金再次被大部分销毁（在以太坊中，这是通过 "非活动性泄漏机制 "完成的）。且不需要明确的 "硬分叉删除硬币"；而除了在UASF上协调选择少数区块的要求外，其他都是自动化的，并且只需遵循协议规则的执行即可。"

矿工可提取价值（MEV）

MEV是 "Miner Extractable Value"的缩写，最近改为 "Maximal Extractable Value"，指的是通过区块生产从以太坊用户那里提取价值所能获得的利润。

鉴于以太坊上建立了庞大的金融应用生态系统，在交易的排序中往往存在套利机会。区块的生产者可以重新排序，夹层（预先运行大订单的行为，仅使用他们的市场订单作为退出流动性以从价差中获利），或审查正在生产的区块内的交易。它通常会影响到与自动做市商和其他应用程序互动的DeFi用户。

财政部的制裁和迫在眉睫的OFAC法规的威胁

上周，美国财政部宣布 Tornado Cash 被添加到美国 OFAC（外国资产控制办公室）SDN 名单（特别指定的国民名单，不允许美国人和美国企业与之交易）。对Tornado Cash的制裁特别值得注意，因为它们不是针对某个人或特定的数字钱包地址，而是针对智能合约协议的使用，而智能合约协议最基本的形式只是信息。这些行动所开创的先例对于开源软件的开发来说并不理想。

不管此举的法律和宪法先例如何，整个以太坊和DeFi生态系统的利益相关者的反应才是最大的亮点。在财政部将 Tornado Cash 加入 SDN 名单后仅几个小时，价值535亿美元稳定币USDC的发行商Circle已经更新了它的黑名单，将每一个被制裁的地址和智能合约包括在内，正式解散了USDC的持有者与协议的交互，甚至没收了少量资金。

Circle在此举之后发表了以下声明。

Ÿ "Circle是一家受监管的公司，它创建了世界上最大的美元数字货币之一，并且现在管理和发行这些货币。因此，我们遵守制裁和合规要求，多年来一向如此，为建立一个更快、更安全、更有效的全球价值转移方式需要信任，也因为这是法律规定。这种信任帮助美元硬币（USDC）在过去几年中大幅增长，并在全球数字资产经济中建立了 USDC。" - Circle博客

这在DeFi生态系统中引发了连锁反应，其中大部分基础设施都建立在USDC之上/周围，而现在越来越明显的是，对所谓去中心化金融而言，这并不是一个可持续的长期解决方案。

MakerDAO

现今人们开始尤其对DeFi协议MakerDAO越来越担心，该协议依靠以太坊区块链，基于区块链的抵押品创建超额抵押的软锚定稳定币。

尽管使用TVL（锁定的总价值）作为衡量标准有很多缺陷，但Maker在DeFi协议的名单上名列前茅是很能说明问题的。在一个2020年后出现爆炸性增长的生态系统中，Maker的崛起是最迅速的。

MakerDAO允许用户通过将抵押资产存入目前越来越依赖USDC的Maker Vaults来生成DAI（一种算法稳定币）。

在撰写本报告时，Maker已经有大约104.4亿美元的资产锁定在其金库中，其中72.3亿美元的DAI是针对该抵押品发行的。

来源：daistats.com

下面显示的是MakerDAOs抵押品中USDC的百分比，以及下面窗格中的USDC总价值。

一个所谓的去中心化金融革命的基础如此依赖中央发行者的抵押品，这是有问题的。

然而，你不能因为Maker对USDC的依赖而真正责备它。他们正试图解决一个已经存在了几个世纪的经济问题。由于试图将DAI与1美元挂钩，MakerDAO的设计师们面临着经典的货币锚定三难问题。经济史表明，在三种理想的政策结果中，只可能同时实现两种：

设置固定货币汇率允许资本自由流动，无需固定货币汇率协议自主货币政策

资料来源。Econstor

就MakerDAO的算法稳定币DAI而言，选择是类似的，但最近财政部的制裁和随后代表Circle的合规性，使MakerDAO质疑其对USDC的日益依赖。

来源：Dylan LeClair

来源：Dylan LeClair

Maker 案例中的三难困境如下：

维持与美元挂钩

放弃稳定币作为抵押品

3. 扩大MakerDAO的规模

而Maker只能在这三个选项中选择两个。

随着USDC最近的发展，似乎Maker正在考虑后两者，其后果是放弃DAI与美元挂钩。随着这一决定，鉴于Circle是受美国政府监管的中心化机构，加密货币资产相对于Circle的代币化负债的不记名资产性质，有人提出了将所有USDC转换为ETH的想法。

这导致了Vitalik Buterin的回应，它强调了用波动性抵押品（尽管目前已是超额抵押）来支持一个算法稳定币的风险。

来源：VitalikButerin

这是DeFi领域普遍存在的一个大问题。当最需要借贷的东西是许可的 "链外 "资产（美元）时，你如何建立一个去中心化的借贷生态系统？算法稳定币是可能的，但需要超额抵押，而且如果抵押品的价格下跌，用户很容易面临追加保证金/清算的风险。

越来越多的人日益意识到审查制度和法规的威胁，这意味着今天的DeFi，在很大程度上依赖中心化的稳定币作为抵押品，这是很脆弱的。

引用林-奥尔登的话，

Ÿ "稳定币是有用的，但却是中心化的。推而广之，它们使任何过度依赖它们的网络中心化。"

额外的基础设施审查制度

在财政部的公告和Circle的黑名单之后不久，关键的以太坊基础设施项目Infura，允许用户/应用程序连接到以太坊区块链，开始阻止对 Tornado Cash 的RPC（远程过程调用）请求。Infura是以太坊中最常用的钱包应用MetaMask以及其他应用的服务提供商。Infura是以太坊生态系统中最大的节点供应商，即使高级用户可以依靠自己的客户端绕过禁令，但边缘用户的技术能力根本达不到这个水平。

在Tornado Cash事件之后，Coinbase的创始人兼首席执行官布莱恩-阿姆斯特朗（Brian Armstrong）对美国财政部的制裁发表了看法，指出制裁一项技术而不是直接制裁个人或实体所产生的不良先例。他在批评之后表示。

来源：Brian Armstrong

"希望显而易见的一点是：我们将永远遵守法律。"

PoS以太坊的中心化问题

虽然以太坊的支持者和开发者会声称，转向PoS使以太坊更加去中心化，并能更好抵御恶意攻击，但经验证据表明，越来越多的质押中心化可能会导致一些大问题。在撰写这篇文章时，4家供应商便已持有 57.85% 的以太币，到目前为止，Lido占有最大的市场份额。

Lido是一个流动的抵押解决方案，它允许用户质押他们的以太币（并为较小的持有者取消32 ETH 的高门槛），以换取stETH代币，这是一个可以在未来某个时候兑换回以太坊的债权。

根据设计，即使在合并发生后，当前的以太坊持有者也无法解除对他们质押的代币，而以太坊路线图的估计表明，在2023年的某个时间点，可能会从质押验证者中撤出。

允许合并后提现的完整代码还尚未完成。

鉴于提现解押ETH还不是大部分用户的选择，而对那些希望获得他们的硬币来交易/对冲/抵押他们的ETH的用户来说，像Lido（它是远近闻名的市场领导者）这样的流动性押注解决方案，是一个极具吸引力的选择。

在我们之前的一期文章《Celsius and stETH - A Lesson on (il)Liquidity》中，我们写到了stETH可赎回的单向动态：

Ÿ "stETH是Lido发行的一种代币，它为用户提供了一种服务，用户能够锁定任意数量的ETH以换取stETH代币，该代币可以在DeFi中重新抵押以赚取收益，作为抵押品等。这与其他形式的ETH押注形成鲜明对比，而在那里你的资产是不具备流动性的。" - Celsius and stETH - A Lesson on (il)Liquidity

(流动性）Staking看起来是一个赢家通吃（或大多数）的现况，用户选择具有最流畅的用户体验、最具流动性的二级市场（ETH到stETH目前是一个单向市场，直到PoS提款启用，但用户可以在二级市场进行交换）和最具吸引力的费用收入的服务（稍后会详细介绍）。而这些只是Lido的股权证明市场份额如此之大的一部分原因。

Lido 越来越大的风险

在以太坊基金会权益证明推出的首席研究员Danny Ryan在 Ethereum.org 上撰写的博客文章中，Ryan强调了Lido的权益中心化可能为Ethereum带来的越来越多的风险：

“Lido 和类似协议等流动性抵押衍生品 (LSD) 是卡特尔化的一个层次，当超过关键的共识阈值时，会诱发以太坊协议和相关集合资本的巨大风险。资本分配者应该意识到其资本的风险，并分配到其他替代协议。LSD协议应自我限制，以避免中心化和协议风险，导致最终摧毁他们的产品。

Ÿ "在极端情况下，如果一个LSD协议超过了关键的共识阈值，如1/3、1/2和2/3，由于协调的MEV提取、区块计时操纵和/或审查--区块空间的卡特尔化，与非集合资本相比，押注衍生品可以实现超额利润。在这种情况下，由于卡特尔的超额回报，被盯上的资本不愿意在其他地方盯上，从而自我强化了卡特尔对盯上的控制。"

用Ryan的话说，如果一个Staking 解决方案发展到在PoS系统中持有关键数量的股权，由于能够使用协调的MEV（矿工可提取价值），和/或能够随意审查某些行为者/交易的能力，就会存在风险。

Ryan的建议是让流动性质押协议自我限制以避免中心化和协议风险， Lido通过治理代币LDO进行投票。

Lido关键决策的方式便是通过LDO治理令牌进行的投票。

来源：Lido

投票对LDO持有者进行，以自我限制Lido的质押份额的投票于6月24日开始，7月1日结束。 投票是在Snapshot上进行的，它是以太坊上DAO（去中心化自治组织）进行协议投票/治理的流行工具。

结果是什么？

选择不自我限制的LDO持有者获得了99%的压倒性胜利。

来源： Snapshot.org /#/lido-snapshot.eth

鉴于95.11%的LDO代币由前1%的地址持有，而这1％其中大部分是美国监管的风险资本家（VC）公司，所以出现这种压倒性的投票并不出乎预料。

来源：Crunchbase.com

鉴于Lido治理是由主要的风险投资公司间接控制的，其中大多数都是在美国管辖范围内运作，于是乎ETH中心化的问题愈发严重。

当把Lido、Coinbase、Kraken和Staked这几个地方的ETH押注量加起来时，目前56.57%的ETH质押量停留在美国政府直接或间接管辖的服务提供商。

回到作为共识变化的合并，你还记得以太坊正在进行的从工作量证明到权益证明网络的关键变化吗？

区块生产正在从一个由矿工提供的服务转向验证者。

这意味着验证者，即那些质押32个ETH的人，是负责以太坊网络的区块生产的人。以太坊以及中心化服务提供商面临的风险，是来自美国当局的压力，即要求在协议层面进行审查。回顾Buterin的帖子，以太坊社区为了应对来自中心化实体的审查，会进行软分叉，以删除 "攻击者 "的股权：

Ÿ "对于其他更难检测的攻击（特别是51%的联盟审查其他所有人），社区可以协调少数用户激活的软分叉（UASF），其中攻击者的资金再次被大部分销毁（在以太坊，这是通过 "非活动泄漏机制 "完成的）。不需要明确的 "硬分叉删除硬币"；除了在UASF上协调选择少数区块的要求外，其他一切都自动进行，并且只需遵循协议规则的执行即可。"

这种策略的问题在于，由于多年来围绕以太坊建立的大型DeFi/L2生态系统，任何持不同意见的分叉（反叛OFAC的合规性）都很可能会失去其稳定币和可信预言机的生态系统。

在没有USDC支持的情况下分叉以太坊，一个DeFi清算的菊花链就开始了，因为不符合规定的分叉现有USDC分叉的代币，本质上是没有价值的，从而引发了大规模的传染效应/保证金追缴情况。

比特币在2017年的分叉战争中经历了类似的考验，当时有50多家公司的代表参加了一次会议，即众所周知的纽约协议，会议中大力推动扩大比特币的区块大小，这是共识中的一个必要变化。

鉴于协调硬分叉和改变共识规则的先例，比特币的个人用户反对这种变化，从而实施了软分叉，使后来的扩展解决方案，如闪电网络的建立成为可能。纽约协议的共谋者提出的分叉与大量普通比特币用户激活的分叉之间的关键区别在于，前者是一个硬分叉的提议，而后者是一个选择的软分叉，这意味着共识对于没有升级的节点仍然是向后兼容的。

在以太坊现今的情况来看，区块生产层面在未来可能受到愈多的审查，除了今天已经计划的合并的一个分叉，不需要另一个分叉。分叉的对象将会是持不同意见的用户身上，他们正在推动一个开放、抗审查的未来。

比特币在2017年取得的成就与以太坊在未来很可能面临的明显区别在于，鉴于其DeFi生态系统中对USDC等中心化稳定币的依赖，其生态系统的很大一部分可能会在此过程中缺失。

削减PoS的假设

让我们列出一个简单的假设，看看它可能会如何发展。美国政府对Circle（USDC的发行人）实施了严格的监管。他们提议限制来自相关以太坊地址列表的交易。作为以太坊质押验证者的中心化美国公司，必须遵守拒绝有这些交易的区块或将地址列入黑名单的这些规定，。如果他们不这样做，他们将面临更多的审查、罚款、制裁等。

拟议的以太坊解决方案正在通过共识进行削减。削减将摧毁验证者一定比例的ETH股份，迫使他们重新考虑他们的不良审查行为。然而，共识需要来自大多数节点，而大多数质押的ETH已经在这些中心化的验证者那里了（目前为止还不能撤回）。

如果没有更多单独的验证者和节点，共识将存在于这些较大的中心化群体，而不是大多数ETH用户。在这种情况下，中心化群体不会有动力去勇敢地对抗政府的规定。而那些在这些中心化机构那里押注了ETH的用户，也不会有动力想要以抵抗审查制度的名义削减自己的ETH持有量。

其他ETH用户和节点可以反对这一做法，迫使潜在的少数分叉或UASF（用户激活的软分叉）。然而，这很可能是以失去Circle和过去几年在以太坊上已开发的大部分DeFi基础设施作为代价的。

在对抗情况下，鉴于上周Circle开创的先例，是否有正当理由让 Circle 不选择符合 OFAC 标准的链/分叉？

我们应该清楚，我们明确 抵抗制裁智能合约、基础审查制度或对通信或经济价值的媒介施加自上而下的国家控制。

我们的目标是提出我们认为合理的问题。比特币、以太坊，以及广泛的加密货币市场，都试图将货币的发行和控制权从国家手中夺走。

历史表明，在控制/合作经营这项努力将符合既得利益。

永无止境的分叉

纵观以太坊的历史，已经有许多实质性的硬分叉和设计的更新，以创建一个不断发展的协议。其中许多变化包括更改难度炸弹，以推后潜在的合并日期，并随着时间的推移改变供应的发行，以抑制通货日益紧缩。以太坊的支持者认为这使得以太坊成为 "超稳健 "的货币，这是自相矛盾的，因为货币的稳健性在于不能以任何方式被改变/改变/稀释，特别是出于政治目的。

以太坊的战略核心是硬分叉和重大更新，这与比特币的战略几乎完全相反。随着叙述和愿景的改变，以太坊共识协议的更新和变更也随之发生了改变。虽然这对其理想主义的用户/支持者来说可能很有吸引力，但这也使得以太坊的治理受制于后来的政治。

随着PoS合并后生活的不确定性和风险的增加，我们所期待的只能是硬分叉和重大更新继续进行。对许多人来说，这很有吸引力，因为以太坊社区将根据他们面临的主要挑战，来努力建立新的解决方案和复杂的协议设计。然而，对其他人一些人来说，以太坊作为一种资产和协议，看起来像一个缺乏真正的稳定性的工程实验。

2017 年 10 月 16 日：Byzantium更新，"硬分叉是对以太坊底层协议的改变，创造新规则来改善系统。协议的改变是在一个特定的区块号上激活的。所有以太坊客户端都需要升级，否则他们将按照旧规则困在一个不兼容的链上。"

2019 年 2 月 28 日： Constantinople更新，"由于难度炸弹（也被称为 "冰河时代"）逐渐加速，平均出块时间正在增加。该EIP提议将难度炸弹推迟约12个月，并通过 Constantinople分叉（Metropolis分叉的第二部分）降低区块奖励。”

2020 年 1 月 2 日： Muir Glacier更新，"由于难度炸弹（也被称为 "冰河时代"），平均出块时间正在增加并逐渐加速。该EIP提议将难度炸弹再推迟4,000,000块（约611天）"

2021 年 8 月 5 日：EIP-1559 - 伦敦硬分叉更新，"以一种交易定价机制，包括每块固定的网络费，该费用将被烧毁并动态扩展/收缩块大小以应对瞬时拥塞。"

21年8月12日：Arrow Glacier 更新, "Arrow Glacier网络升级，将类似于 Muir Glacier，改变了冰河时代/难度炸弹的参数，以将其推迟数月。在Byzantium、Constantinople和伦敦的网络升级中也是这样做的。Arrow Glacier作为其中一部分，没有引入其他变化。"

2022 年 6 月 29 日：Grey Glacier 更新，"Gray Glacier升级改变了冰河时代/难度炸弹的参数，将其推后了700,000块，或大约100天。在Byzantium、Constantinople、Muir Glacier、伦敦和Arrow Glacier网络升级中也是如此。灰色冰川作为一部分，没有引入其他变化"。

近期市场展望

最后，我们之前强调了以太坊衍生品市场现在的杠杆率和投机性有多高。ETH从6月的低点达到100%以上，ETH一直在利用合并的炒作，同时充当比特币的高beta（比特币对股票的高beta）。交易员们纷纷涌入市场，做多合并。毫无疑问，在过去的两个月里，合并的说法有助于推动价格上涨。但绝对要注意的是，ETH只是在追随更广泛的股票和风险的路上。

在过去的几天里，这些关系已经被打破，ETH和比特币一起，在关键的突破价格区域显示出疲软的迹象。在潜在的熊市反弹结束、4 周后的合并和同月 9 月的 FOMC 会议期间，市场似乎正处于周期中最关键的点之一。

最后说明

我们的观点是，随着比特币的出现，Byzantium主要问题（又称双花问题）找到了一个工程解决方案。随着工作量证明和动态难度调整的结合，人类终于找到了在互联网上以无信任的方式存储和移动价值的方式。该系统的共识机制是由一个独立的节点运行者网络来保证的，运行一个在技术上尽可能的简单、强大和有弹性的软件，以便从头开始启动一个新的去中心化货币系统，以此对抗世界上最强大的机构的利益。

我们认为，作为资产的以太币和作为平台的以太坊是完全不同的东西，社区做出的许多设计/工程决定导致它的未来有可能变得容易被捕获。

从理想主义的角度来看，试图利用以太坊构建一个新的无许可的金融应用基础设施是新颖的，但我们中的理性主义者认为，真正的去中心化基础设施和 "超稳健 "的货币属性的叙述比起实际，更像是一个营销噱头。

"政府善于切断像Napster这样的中央控制网络的主脑负责人，但像Gnutella和Tor这样的纯P2P网络似乎拥有自己的优势。" - 中本聪，2008年11月7日。