预期以太坊合并 (The Merge) 将在 9/19 发生，人们对以太坊合并了解有多少呢？DeFi 科普影片内容 Finematics 又有新作品，用轻快简明的方式，让你轻松了解「以太坊合并」。你对以下问题了解多少呢？
- 以太坊合并的动机是什么？
- 以太坊合并的机制是什么？
- 客户端的多样性
- 合并后差异？
- 常见的误解
- 潜在风险
以太坊合并的动机
以太坊合并的动机是，将现在的工作证明 (PoW) 机制转为权益证明 (PoS) 机制。
- 工作证明 (PoW，Proof of Work)，指的是由矿工购买与运作挖矿设备来维护的区块链网路。PoW 矿工需要消耗电力，用以产出区块，并获得部分交易手续费。
- 权益证明 (PoS，Proof of Stake)，指的是由验证节点以质押以太币作为条件，由其担任验证与维运网路的工作。PoS 机制下不会消耗太多的电力。
Finematics 认为，转至 PoS 让以太坊变得更有效率与安全 ; 并为下一步的扩容技术「分片」(sharding) 铺垫基础。
事实上，PoW 转移至 PoS 本来就在以太坊的规划之中。以太坊社群为了在转移过程中发生危险，研究员与开发者将过程分成两步骤。
一是在 2020 年 12 月执行的 Beacon Chain 上线。它的目的是创造一个 PoS 机制的平行链，让事情可以在其上测试，不会对既存的 PoW 主网产生影响，毕竟当前的主网有数兆美元的经济活动在进行。
同时，Beacon Chain 也可以给予质押 ETH 者有充分的时间累积大量的质押以太币，确保合并后的网路安全。
截稿前，Beacon Chain 已累积了 1318 万个 ETH，共有 412,022 个活跃验证者。 质押年化报酬约为 4.2%。
由于 PoS 机制相较 PoW 大幅减低了耗能，在节能、ESG (环境、社会与企业管理) 方面，更能符合社会与监管机构的期待。
当前的以太币发行量源自矿工的区块奖励 (PoW 机制) 以及 Beacon Chain 上的质押奖励 (PoS 机制) ; 完成合并后，PoW 停止运行，发行来源也只会剩下 PoS 机制。 Finematics 形容，会有称这个叫做「Triple Halving」(三重减半)，因为它相当于 3 次比特币减半。
还有一个论点是，合并之后，以太坊支持者在家就能参与共识，在家中为以太坊带来安全性，共识参与者不必只有机构与高阶矿工。
以太坊合并的机制
Finematics 比喻，可以将以太坊想像成在高速公路上行驶的汽车，「合并」是为了将汽油车转为电动车，但是困难点在于，必须在不停车的状态下完成。
那以太坊社群怎么实现这个目标呢？开发者先打造了一个独立的电动引擎，并用实际质押测试了超过 1.5 年，使它跟汽油引擎同时运行。
合并的时候会发生什么事？汽车会切换到电动引擎，并且停用当前的汽油引擎。
测试时同行运行的好处在于，可以一边测试电动引擎，也可以不必在切换时将车子停下。「停车」譬喻的是停止区块生产，一但停止区块链上的交易纪录就会暂停。「停车」对于以太坊上的应用破坏性很强，特别是金融属性的 DeFi。
除了譬喻，以下是更多的技术说明：
合并，要做的事情是将以太坊网路的用户状态 (user state) 跟 PoS 的 Beacon Chain 合并。 当前为了要验证以太坊网路，节点营运者会在像是 Geth、Erigon、Nethermind 这些客户端 (client implementation) 运行。它们将执行层 (EVM，以太坊虚拟机) 与共识层 (PoW) 绑在一起。为了顺利转换到 PoS 机制，执行层与共识层是分开的。这两层可以独立运行，由不同的团队来完成开发。
在合并之后，一个全节点会由一个执行节点与共识节点所组成，会有一个 Engine API 负责在两者间沟通。(如下图)
当前受欢迎的共识层客户端有 Prysm、Lighthouse 和 Teku。这些执行层与共识层客户端会在合并时组成一个以太坊全节点。节点营运者在组成全节点时会有很多组合选择，4 个主流执行层客户端与五个共识层客户端，就会有 20 种配对选择。
合并将发生时，像是 Geth 这样的执行层客户端就会开始收听 PoS 的区块状态。当变数「TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY」达到 PoW 网路的总难度之后，就会触发合并，切换到 PoS 链。这也是以太坊首次升级采用总难度变数，而非区块高度。这样的做法也是为了避免攻击者在区块高度条件下挖取低难度的恶意分岔，导致 PoW 最终性的混乱。
合并后，以太坊上的应用程式都会跟合并前一样地运行，合并的过程也是经过多次测试 (合并影子分岔、测试网合并) 的。测试网 Ropsten 和 Sepolia 完成合并后，最后一个是 Goerli，在它完成之后，主网合并的日期就更近了。
客户端多元化
Finematics 表示，与其他平台相比，以太坊不依赖单一个客户端。目前有 Geth、Nethermind、Erigon 和 Besu 四个主流执行客户端。这样的好处在于当有一个客户端故障时，可以快速切换到另一个。这让以太坊对于攻击或是漏洞，抗性更强，甚至是某一客户端导入的错误，影响力也有限。
在合并之后，客户端的多样性扮演的角色更重要了。
Finematics 表示，在 PoS 网路中有问题出现时，可能因为质押占比而产生不同程度大小的影响。最糟的情况是，当问题影响到 2/3 或更多的质押，那可能会让不好的结果达成最终性，或是更糟的事。
当问题影响到 1/2 的质押，那可能会造成一个无法取得最终性、但将被还原的无效主链 ; 若是影响到 1/3 的质押，那么网路上的新交易将不会取得最终性。
如果有 70% 的共识客户都跑在 Prysm 上面，一但发生错误，就可能造成最糟状况。但如果 Prysm 只有 40% 的网路影响力，一但发生错误，还可以停止以太坊网路的最终性直到错误被修复，或由其他客户端替用。当前 Prysm 有约 40% 的共识客户市占率，这比起 2022 年早期的 70% 还要进步许多。
合并后差异？
Finematics 表示，区块时间不会跟 PoW 相同 (一般会通称平均 13 秒)，但在合并之后，会变成固定区块时间 12 秒。尽管有时会有找不到区块，因而高于 12 秒，但总之它应要低于 13 秒。
(延伸阅读：若成功转PoS后，对应用层会有什么影响？)
Finematics 也整理了以下几点：
- 合并后减少区块时间差异，平均下来，人们可以更快确认交易
- 以太坊跟比特币网路有根本上的区别，一个是权益证明 (PoS) 推动的新网路，一个是久经考验的 PoW 网路
- 更高的经济性安全，并削弱攻击者能力
- GPU 显示卡市场可能会因此而恢复充足供货
- 减少 ETH 供应量后，产生更多通货紧缩的期待
- 原先忙于合并的开发者，可以在合并后进行其他改进，像是分片技术
常见误解的解释
Finematics 也对人们常见的误解，作出解释：
- 合并不会为以太坊扩容，也不会降低交易费用
- 尽管区块时间些微减少，微幅扩容，但 PoS 的主要意义还是为进一步的扩容技术奠基
- 合并后，无法立即从验证者取回 ETH，必须等到合并后下一次的硬分岔升级
- 合并后，交易蒐集到的手续费，会在 EVM 上有他们自己的领收地址，因此累计的交易手续费将会立即可得
- 合并不会使以太坊停摆
- 合并不会产生另一个 ETH 代币
- ETH 供给量不会一直减少到趋近于零 ; 因为 ETH 供给会基于网路需求取得平衡，特别是来自交易手续费的 ETH 销毁以及 ETH 发行。这个平衡会随时间改变，但它不会趋近于零
- 目前的估计 ETH 的供给量将在合并时达到 1.2 亿个 ETH 的峰值，并在未来几十年内达到 6000 万到 1 亿个 ETH的长期平衡。
合并的风险
(1) 在合并后，基于公开选择过程，验证者提出的下个区块将会被提前知道。验证者们可能会容易受到网路拒绝服务攻击 (DoS)。例如，当攻击者知道下一个提出区块者 (proposer) 是谁，他们就会尝试对他 DoS，导致他们没办法处理该区块，获取具有高价值的交易 ; 攻击者就可以抢到这些高价值的交易处理。
目前，对此问题最主流的解决方案是 single secret leader election (单一秘密领导人选举)，它会透过精妙的密码学防范攻击者预先知道下次的区块提出者，同时将资讯给与实际的区块提出者。
(2) 权益集中在 Lido 跟 Coinbase 等 PoS 权益池，可能会有监管审查或敲诈风险。在 Lido 的案例中，也有治理寡占风险与智能合约风险。
总结
这是加密货币圈最受到期待的重大升级，预计将在九月发生，前提是 Goerli 测试网合并没有发生重大问题。完成后，将为后续的重大升级奠基 Surge、Verge、Purge 和 Splurge。
