事关900亿元！一文看懂即将到来的以太坊硬分叉：君士坦丁堡

2018年12月8日，以太坊核心开发团队宣布，就君士坦丁堡硬分叉激活时间达成一致，将7080000区块作为激活点，预计将在2019年1月14日至18日之间上线。

1 月 11 日，Ethereum Foundation正式发布君士坦丁堡升级公告，宣布以太坊网络升级预计时间为 2019 年 1 月 16 日。随后，币安、OKEx、火币等数十个交易所宣布支持以太坊君士坦丁堡分叉。

君士坦丁堡硬分叉，是以太坊进化为“完全体”前最重要的一次版本升级。在此之后，以太坊或将会进入一个时代。

但以太坊官方1月15日发布的公告称，由于以太坊君士坦丁堡代码突然爆出“可重入”漏洞，该漏洞可以用来攻击相关合约修改用户余额或其他关键变量。出于谨慎的态度，以太坊决定推迟原定于在第7080000个区块激活的君士坦丁堡硬分叉计划，具体的升级时间将在周五的下一次核心开发者电话会议选出。以太坊核心开发者Afri Schoedon则在Twitter上称，硬分叉现预计于下周一举行。

这次以太坊硬分叉升级确实一波三折，但该来的终将来到。在这次硬分叉升级前夕，零壹财经·Binary悉心整理以太坊的历程升级过程，并诚邀多为业内从业者和专家进行解读，带你走近真正的“君士坦丁堡”。

 

一、以太坊的历次升级

以太坊开发始于2013年年底。2014年1月，创始人Vitalik Buterin（V神）在美国佛罗里达州迈阿密举行的北美比特币会议上正式宣布了以太坊。

早在以太坊设计之初，创始人们就为项目发展完成了路线规划。为了使网络的功能更好地满足这一目的，在开发过程中以太坊将进行了四次主要升级，即：前沿（Frontier）、家园（Homestead）、大都会（Metropolis）、宁静（Serenity）。

网络测试：奥运会（Olympic Testnet）

2014至2015年上半年，以太坊处于全网开发测试阶段。2015年5月，以太坊在第9个概念验证时推出奥运测试网（Olympic Testnet）。开发者社区被邀请参加网络压力测试，持有各种记录或以某种方式破坏以太坊网络系统的用户将会获得丰厚的奖励。这一阶段时间很短，主要是为了正式进入第一阶段做准备。

第一阶段：前沿（Frontier）

2015年7月30日，以太坊进入第一阶段——前沿（Frontier）。这一阶段主要是将挖矿和交易所交易运行起来，从而社区可以运行挖矿设备，建立一个测试分布式应用（DApps）的环境。这一阶段的以太坊只有命令行界面，没有图形界面，需要非常精通整个以太坊模型，对工具的掌握非常好才能使用。

值得注意的是，从这一阶段开始就可以挖出真正的以太币，但每个区块的奖励只有正常奖励的10%，即每个区块奖励0.59个ETH。而且，由于这一阶段的以太坊版本非常复杂，一般矿工难以参与挖矿，更多参与挖矿是是开发者。

第二阶段：家园（Homestead）

2016年3月14日，以太坊在主网区块高度1150000时进入第二阶段——家园（Homestead）。这次升级主要包括几个协议的改变：EIP-2（主要的硬分叉改变）、EIP-7（以太坊虚拟机更新）、EIP-8（devp2p向前兼容性）。

以太坊优化协议后，系统更加稳定、更易使用，普通用户也可以开始参与挖矿。挖矿的奖励也从“前沿”阶段的10%恢复到正常奖励水平，即每个区块奖励5个ETH。

第三阶段：大都会（Metropolis）

这一阶段主要包含两次硬分叉升级： 拜占庭（Byzantium）和君士坦丁堡（Constantinople）。这个阶段被认为是从PoW机制到PoS机制的过渡阶段，以太坊的底层协议将发生了重要改变，即产生硬分叉升级。

拜占庭硬分叉升级已按原定计划于第4730000个区块高度完成升级。拜占庭升级在以太坊网络中引入了大量新特性，主要包括zk-Snarks、“revert功能和returndata指令”（智能合约的灵活性），以及抽象账户等。

当前，整个以太坊网络正处于第三阶段——Metropolis的Byzantium（拜占庭版本），同样处于上君士坦丁堡硬分叉升级的前夕。

第四阶段：宁静（Serenity）

君士坦丁堡升级完成之后，下一次主要升级就会使整个以太坊迈入“宁静”阶段，即全面实行PoS机制的最终阶段。

 

二、君士坦丁堡硬分叉升级

 

君士坦丁堡硬分叉的目的十分明确——解决拜占庭分叉遗留的系列问题，进一步改善以太坊使用成本过高的局面。同时，此次升级也是以太坊网络从PoW向PoS过渡的重要阶段。

具体来说，君士坦丁堡硬分叉升级主要体现在以下几个方面的升级：

EIP145：引进“按位移动”（Bitwise Shifting）运算符。以太坊虚拟机（EVM）之前缺少这种运算符，只支持其他逻辑和算数运算符，“按位移动”运算符只能通过逻辑和算数运算符实现，现在通过原生支持“按位移动”运算符，能大大优化 DApp 开发者智能合约的 Gas 消耗。

EIP1014：以太坊创始人 Vitalik Buterin 亲自提出；新增了一个合约创建函数CREATE2，提供了一种可以提前预测合约地址的合约创建方法，该升级能更好地支持基于状态通道或者链下交易的扩容解决方案，即现在主流的 Layer2 方案。

EIP1052：出自以太坊核心开发人员 Nick Johnson 和 Pawel Bylica；引入了一个新的操作码，允许直接返回合约字节码的 keccak256 哈希值，该升级能有效减少以太坊网络对于大型智能合约的运算量，尤其是只需要智能合约的哈希值的时候。

EIP1234：该升级主要是将现有的区块奖励由 3 ETH 减少到 2 ETH，减产 33%，同时将难度炸弹（Difficulty Bomb）推迟 12 个月。这是这次升级中争议最多的地方。

EIP1283：该升级通过更改 SSTORE 操作码优化智能合约网络存储的定价（Gas），减少和智能合约运行量不匹配的 Gas 消耗。

这次硬分叉升级后，以太坊网络会出现一些最显著的变化，其中就包括：难度炸弹延缓一年、区块奖励从3减少到2、ETH减产30%等，Gas消耗调整等。

 

三、难度炸弹与“冰川时代“

 

此次升级中饱受争议的难度炸弹是什么？

简而言之，难度炸弹指的是计算挖矿难度时，除了根据出块时间和上一个区块难度进行调整外，加上了一个每十万个区块呈指数型增长的难度因子。

根据这一计算规则，随着以太坊区块高度的增加，出块难度也将大大增加，矿工将难以挖出新的区块。而挖矿难度越来越难，到最后矿工几乎无法通过挖矿产生新的区块，这时就到了被称作“冰川时代“的阶段。

之所以加入难度炸弹，是为了防止矿工联合抵制PoW向PoS的转换过程。加入难度炸弹后，会使矿工在矿工过程中逐渐发现转移到PoS机制对自己更加有利，于是会逐渐摈弃PoW，完成整个网络共识机制的“温和“过渡。

但现实情况却是，整个转换过程远比开发者最初设想的要长。目前，PoW仍然是以太坊的主要挖矿机制，而且由于难度炸弹的存在，挖矿难度持续快速增加。

为了保证网络通畅，维护系统稳定，在正式上线PoS机制之前，难度炸弹只能被一次次延迟。目前的实现方法是将挖矿难度按照回退300万个区块高度的水平去进行计算，争取维持在15秒的平均出块时间。这样简单的操作，实际上降低了ETH的挖矿难度，增加了ETH供应量，所导致的直接结果就是使得ETH出现通胀，价值降低。

为了避免这种情况，开发者决定减少每个区块的奖励，从而维持ETH的整体供应水平。拜占庭升级时，将之前5个ETH的正常区块奖励减少为3个，而此次君士坦丁堡升级则进一步将区块奖励从此前的3个ETH降低到2个。

同时，由于难度炸弹的延迟，冰川时代的到来也被顺延。这次君士坦丁堡升级之后，冰川时代被推迟了将近12个月。

难度炸弹的存在，使得矿工难以在升级时联合抵制，避免出现与此前ETC类似的硬分叉情况。但这同样也会给以太坊开发者造成极大压力，因为开发团队必须在难度炸弹导致的“冰川时代“到来之前完成从PoW到PoS的转换。

 

四、从PoW到PoS

 

无论PoW还是PoS，都是区块链的一种共识机制。

不同之处在于，PoW机制要求矿工（或者节点）通过持续消耗算力进行哈希计算，以找到正确的随机数获得记账权。对于PoW机制来算，算力是关键。

而PoS机制是根据用户持有的代币数量和时间决定权益。这一机制的参与者不是矿工而是“验证者”。通过要求验证者在以太坊中投注以太币作为抵押来实现自己的权益。在PoS机制中，Token是关键。

为什么以太坊一直希望将PoW机制转换为PoS机制？

其一，解决PoW的算力中心化问题。无论是去年的BCH分叉事件，还是此前的ETC遭受51%算力攻击事件，都说明了PoW共识机制存在的中心化问题。这将大大降低系统的安全性。

其二，解决PoW机制带来的能源消耗问题。V神曾说，“即便你不觉得污染和二氧化碳是问题，但巨大的能源浪费确实存在。真正的消费者——我们每个人对电力的需要正在被比特币取代。”

因为PoW机制高度依赖算力，会造成极大的能源浪费，这一点也是比特币备受争议的地方。就以太坊而言，2018年的绝大多数时间，挖矿用电量几乎与“冰岛“整个国家的用电量差不多。对于v神而言，削减能源消耗始终是以太坊愿景中的一部分，其他支持者也普遍认同这一点，而将以太坊的PoW转换为PoS就是为了实现这一愿景。按照v神的估计，转向PoS将使以太坊交易的能源消耗减少99%以上。

数字经济商学院院长吴桐也表示整体来看，POS比POW更节约能源，需要的共识程度也更高，POW向POS演进的大方向没有问题。虽然当前环境难以完全脱离POW，但未来仍然会向纯粹的 POS平滑过渡。或许在这个过程中，引入PoW和PoS的会是一个不错的选择。

虽然业内很多人也认为这是以太坊较好的选择，但此次的君士坦丁堡硬分叉升级并没有引入PoW和PoS的混合机制。这点值得关注。

 

五、君士坦丁堡硬分叉升级的影响

 

是否会产生分叉？

MakerDao是目前以太坊上用户活跃度最高的DApp之一。作为该项目的中国区负责人，潘超认为这一次分叉，对于普通人来说可以简单理解成升级。因为这是一次几乎没有争议的硬分叉，主要是引入状态通道、改善以太坊的燃气费和降低区块奖励。

Kraken交易所在宣布支持ETH君士坦丁堡升级的公告中，也表示这将是一个没有争议的升级，ETH持有者不会再获得新的糖果了，因为预计旧的链很快就会过时了。

如何影响ETH价格？

在过去一个月里，两个主要因素可能促成了ETH短期的飙升：超卖和即将到来的“君士坦丁堡”硬分叉升级。

根据经济学家、加密货币交易员亚历克斯克鲁格(Alex Kruger)的说法，即将推出的名为“君士坦丁堡(Constantinople)”的以太坊分叉将增加对以太坊的需求，因为该分叉将把ETH的区块奖励从3个EWTH减少到2个。

吴桐也认为，分叉升级会大幅改进以太坊区块链的性能，而且以太坊改进提案中提到的采矿奖励等一些重大变化也会在这次硬分叉中实施。这一利好在之前的价格上涨中也有一定程度体现。但他表示，“完成升级后，ETH的价格可能会出现小幅下降，进而长期趋向其价值”。

对矿圈的影响主要体现在哪？

在某位矿工看来，这次升级降低了区块奖励，在找不到更便宜的电来降低成本的情况下，对在以太坊上挖矿的人影响很大。但目前还不会选择关机，先挖着再决定之后怎么办。如果ETH价格上涨，就能减少升级带来的影响。当然，还可以选择去挖其他币种，还没到关机的地步。

而北大区块链俱乐部秘书长、俄罗斯新疆的矿场主陈雷则表示，这次升级导致的ETH减产可能会使得eth矿工关停机事件频繁，但整体来说，只能影响两三成，四月份的丰水期可能才是关键期。更值得关注的是前几天的以太坊开发者大会，要对算法做伊斯坦布尔修正。目前来看，下次分叉改算法可能性非常高，这对以太坊矿机厂商会是很大的打击，他们马上要投放的这方面的机器可能会砸在手里。

是否会对公链竞争态势造成影响？

通证道捷首席架构师孟岩曾在公开场合表示，以太坊君士坦丁堡升级对于性能的提升，并不会改变公链点竞争态势。“第一，以太坊君士坦丁堡的升级并没有太根本的改进，除非落实Casper这样性能上的重大提升，否则不会改变公链竞争态势。第二，市场处于低潮状态下，大家都在用放大镜去看各公链的竞争。目前来讲，EOS的态势相对好一点。但其实在大浪到来之前，这点流量、数据都不算什么”。

对以太坊上的DApp项目有何影响？

在潘超看来，这次分叉对以太坊生态整体上来说是好事，可以很大程度上降低开发者的开发成本。就MakerDAO而言，这次硬分叉升级之后，用户与 MakerDAO 的合约互动成本变得更低，对于项目开发团队和用户都有一定程度的利好。

 

结语：

 

全面实行PoS机制，是以太坊的理想；但PoW仍是以太坊主流挖矿算法，又是以太坊不得不面对的现实。君士坦丁堡，正是以太坊在理想与现实间的交叉之地。