以太坊冰河期（以太坊君士坦丁堡分叉进入24小时倒计时……）

　　以太坊冰河期（以太坊君士坦丁堡分叉进入24小时倒计时……）

备受关注的以太坊君士坦丁堡分叉进入24小时倒计时。

之前，以太坊已经经历过多次分叉。

2016年，以太坊遭遇了黑客攻击事件，DAO筹集的1。6亿美元资金，被黑客利用智能合约漏洞转走。为了减少损失，以太坊决定修改代码，然而，以太坊内部部分人认为，这样做违背了区块链技术不可篡改的特点。两种意见，催生了现在的以太坊和以太经典。

以不过这次分叉和因为黑客攻击导致的分叉不同，君士坦丁堡分叉可以理解为一次版本的更新。

有人预计，即将实施的君士坦丁堡硬分叉预计会大幅改进以太坊的性能，而且以太坊改进提案（EIP）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。

也有不少人，对此次分叉表示了质疑。对矿工来说，这次君士坦丁堡的硬分叉，必然会减少他们的挖矿收益：为了防止升级过后，区块产生的速度更快，以太坊将挖矿奖励从3ETH降到2ETH。

另外，ASIC芯片的出现，让挖矿业务集中到“大户”手中，“散户”的生存空间越来越小。

到底什么是君士坦丁堡分叉？我们又会经历什么？

君士坦丁堡分叉

　　

什么是君士坦丁堡分叉？

君士坦丁堡分叉属于以太坊从PoW转向PoS升级道路上的一环。以太坊的最终目标是PoW转向PoS，成为一个高性能的世界计算机。就像我们国家制定的三步走战略、两个百年计划等。在向这个终极目标迈进的过程中，V神在成立以太坊初期就制定了一个四步走战略：前沿、家园、大都会、宁静。

其中，大都会阶段又分为两小步：拜占庭分叉和君士坦丁堡分叉。我们现在所处的时间段是在大都会阶段中，拜占庭分叉后向君士坦丁堡进发的前夜。君士坦丁堡硬分叉是一个系统范围的以太坊技术更新，旨在提高网络运算效率。

“这是以太坊早期规划的时候，对于以太坊的初期发展规划了四个阶段，但以太坊是一个长期项目，一定不会只有四个阶段。”Nervos联合创始人吕国宁补充道。

2013年，11月，以太坊白皮书问世。

2015年，7月30日，Frontier（前沿）发布，全世界的矿工开动挖矿设备，用户运行节点，以太坊网络成长起来。这是以太坊的第一个阶段，也是初级版本。但并不是一个完全安全可靠的网络。

2016年3月14日，Homestead（家园）发布。没有明显的技术性里程碑事件，但是网络运行更加平稳，减少了不安全、不可靠的因素。以太坊的第二个版本，开发者可以开始在网络上开发和部署应用。插曲：因为The DAO危机，7月20日硬分叉为两条链：ETH和ETC。

Metropolis（大都会）分为两个小阶段：

2017年10月，拜占庭分叉。

2019年1月，君士坦丁堡分叉。

宁静（Serenity），以太坊 2。0。

如何确定每次硬分叉的时间？

　　

据公告，以太坊将在区块高度7080，000进行君士坦丁堡分叉，预估时间为2019年1月16日。那么具体的分叉高度是如何确定呢？在什么情况下可以升级进入到下一个阶段？

“准确的说，以太坊每一个阶段的升级是没有确切时间的，它要根据项目的开发进度来的。”imToken产品运营郭辉向火鸟财经解释道。他在2016年中旬接触到区块链，17年加入imToken。

“在现实的开发中，有很多因素（如技术上的难度和一些计划外的事情）会影响开发进程，比如 2016 年的 The DAO hacker 事件，实际上把 Metropolis 的首个拜占庭分叉拖延了至少半年以上。”吕国宁补充道，“当技术开发准备好，测试网络如期进行，社区对升级达成一致共识，就可以确定硬分叉的时间了。”

确实，当以太坊团队即将发布Homestead时，是这样说的：“我们的目标是：当Frontier网络连续四周运行不出现严重问题（严重问题指共识失败，或者用户丢失大量以太币，或者中等程度的网络故障）时，我们将发布Homestead。我们将会发布进入Homestead阶段的详细策略。”

君士坦丁堡分叉的变化

　　

每一次升级都伴随着相应的变化。这次君士坦丁堡分叉主要有五个方面的改进：

（注：Ethereum Improvement Proposal，EIP即以太坊改进建议的缩写）

EIP145：主要引进了「按位移动」（Bitwise Shifting）的运算符。以太坊虚拟机（EVM）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：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，该升级能更好的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：引入了一个新的操作码，比特币行情能有效减少以太坊网络对于大型智能合约的运算量。

EIP1234：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。

EIP1283：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。

总的来看，此次升级有利于优化以太坊网络的整体性能。但是大家感受最直观的可能是EIP1234中，挖矿奖励减少，难度炸弹（difficulty bomb）推迟 12 个月。

难度炸弹是神来之笔

　　

难度一词来源于比特币，为了防止矿工提前把比特币全部挖出来，中本聪设计了难度系统，将出块时间稳定在十分钟左右。如果出块小于十分钟则难度系数会增加，也就是说解题难度会增加，反之则会降低。

以太坊也采取了这样的设计，不过除了难度系统，还有一个难度炸弹。

“难度炸弹的原理是每 10w 个块高度后，给挖矿难度增加一个系数，而这个难度系数是一个指数函数，所以难度的增长由于这个指数函数的存在而变成一条指数曲线，这就是所谓的难度炸弹。”吕国宁解释道。

难度炸弹会导致矿工挖矿的难度越来越高，最终导致基本上挖不出块（又称以太坊冰河期Ethereum Ice Age）。

为什么要设计这个难度炸弹呢？根据以太坊核心研发人员的解释是：“设计以太坊的时候，为了避免网络抗拒变化的趋势。我们设计了一个冰河时期。冰河时期的存使得通过硬分叉，来实现网络变化以及优化变成一种必要。”

imToken的郭辉的解读也是如此，他说，难度炸弹是以太坊开发者团队一开始就人为设置，用来监督开发者团队的开发进度，让矿工退出老链、前往新链。“难度炸弹”的主要工作原理是，每一次升级，开发者团队都会根据下一次升级的大概时间，设置“难度炸弹”的时间。当时间接近冰河时期时，以太坊的出块时间会呈指数增加，导致矿工几乎无法正常挖矿，开发者最好在“冰河期”到来之前升级网络或者调整“难度炸弹”的时间。

“难度炸弹的确是一个神来之笔，如果没有难度炸弹，社区如果要对某个升级达成共识有可能因为分歧而无限拖延下去，有了难度炸弹则大幅提升了共识达成的效率。”吕国宁也非常认可这个设计，同时他也指出，这个设计的缺点是，如果有其他因素拖延了开发，导致技术没有准备好，而难度炸弹效果显现出来时，就会出现很多问题。

2017 年 10 月拜占庭分叉之前，以太坊的出块时间已经从 15s 飙升到 30s 以上。当时整个开发者社区压力是非常大的，为此社区把难度炸弹重置到初始状态。

此次君士坦丁堡升级中，开发者把引爆“难度炸弹”的时间设置成了12个月。如果到时候开发者在这个期限内完成了开发进度，就直接升级到下一个里程碑，如果没有，就只能再延迟难度炸弹的引爆时间。在以太坊最终完成使命之前，难度炸弹理论上都会存在。

但是吕国宁也指出：“难度炸弹是一个deadline，但是在deadline之前没有准备好，那 deadline就会被质疑。”

为什么要向PoS转变？

　　

所有的这一些设计都是为了实现从PoW向PoS的转变，但是为什么要转向PoS呢？在Ethfans社区，火鸟财经通过翻阅大量的文章，在其中找到了一些说法：

工作量证明意味着将电力转换为热量、以太币和网络稳定性。但是若非必要，我们不想因为挖矿排放过多热量，所以我们需要修改算法：权益证明（PoS）。

Casper！ Casper是以太坊将要采用的PoS算法，将使区块链的确认速度相对于PoW的线性效率，达到指数级。我们的目标是同时实现更短的出块时间（我个人认为4秒会是一个平衡安全性，资源浪费以及中心化风险的选择）、更好的确认机制以及大幅降低能量消耗。

PoS是一种在公链中的共识算法，可作为PoW算法的一种替换。PoW是保证比特币、当前以太坊和许多其它区块链安全的一种机制，但是PoW算法在挖矿过程中因破坏环境和浪费电力而受到指责。PoS试图通过以一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。相较工作证明制度，PoS制度中实施经济惩罚的可能会使各种51攻击变得极其昂贵。

这些言论大部分来自V神和以太坊核心开发成员。可见之所以选择PoS主要是出于能耗、性能和安全方面的考量。

为什么要曲线救国？

　　

看到这里，相信不少朋友就会问，既然认为PoS在很多方面优于PoW，为什么不一开始就选择这个PoS呢？为什么要曲线救国呢？

对此，吕国宁解释道， Ethereum 发布是 在2015 年，在那时要发布一条带有图灵完备的 EVM 虚拟机，并且可以运行智能合约的主网络，本身就是一件非常挑战的事情。当时 PoW 算法经过多年验证，是非常安全稳定的共识算法，而PoS 算法在彼时并不成熟。因此，对于 Ethereum来说，没有必要在那个时候冒险选择从理论到工程实现都不成熟的技术。

他还透露，这样“曲线救国”的做法，以太坊并不是先例。在他之前，BM 开发的Bitshare 也是这么做的。Bitshare 在上线之前，其 DPoS 共识机制还没有开发好，所以先使用了 PoW 算法，到了后面才切换到使用 DPoS 的网络。

imToken的郭辉也给出了自己的看法，他说主要有这么几个原因：

第一，社区的成熟度。以太坊白皮书刚出来的时候，整个区块链还是一个很小众的圈子，不管是投资圈还是技术圈，基本还是十万级的圈子。作为开山鼻祖的比特币，采用的是PoW共识，为了让项目更好的推广，让更多的成员参与进来，采用主流的PoW更容易让社区接受。

第二个，技术不成熟。PoS理论上是需要一定的时间去研究清楚的，如果在没有完全想清楚之前，就贸然上线一个不成熟的PoS方案，还不如先用一个成熟的PoW，这样项目交付更快，也能在一定程度上抢占先机，我们现在看到的PoS方案，已经经历过了几年的迭代。

好了，我们还是静静等待分叉的到来吧。

参考资料：《一文揭示以太坊君士坦丁堡升级》作者：imToken产品运营郭辉

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