以太坊 2.0 與 1.0 預計將在明年第 2 季迎來合併，這意味著屆時以太坊將正式從 PoW 過渡至 PoS。以太坊核心開發者 Tim Beiko 近日撰文，詳述合併後對以太坊應用層的影響，並指出在合併後若要進行重組攻擊，需銷毀總質押 1/3 的以太幣，目前相當於超過 100 億美元。
（前情提要：以太坊基金會協調人 : PoW 將在3-6 個月結束！礦工準備過渡PoS）
據動區此前報導，以太坊 2.0 與 1.0 預計將在明年第 2 季迎來合併。以太坊基金會生態建設協調人埃普斯（Trenton Van Epps） 上月 17 日表示，以太坊將在 3 到 6 個月內結束工作量證明（PoW）共識機制，呼籲以太坊礦工們為此做好準備。
以太坊核心開發者 Tim Beiko 11 月 29 日在以太坊基金會官方部落格撰文，解釋合併後對以太坊應用層的影響，指出合併被設計為僅對以太坊終端用戶、智能合約、Dapps 的運作方式產生最小影響，但還是有一些小的變化值得強調。
在文章中， Tim Beiko 總結出五個合併後值得注意的變化，包括區塊結構、挖礦與叔塊（Ommer Block）場、BLOCKHASH 與 DIFFICULTY 操作碼改變、區塊時間、安全頭塊與最終塊等方面。
以下由動區編輯編譯原文，整理如下：
區塊結構
Tim Beiko 指出，在合併後，POW 區塊將不再存在於網路中，以前 POW 鏈的內容，將成為信標鏈（Beacon Chain）上所創建區塊的組成部分，這可以理解為信標鏈將成為新的以太坊 POS 共識層，取代了先前的 POW 共識層。
Tim Beiko 表示，信標鏈區塊將包含 ExecutionPayloads，它是合併後當前 POW 鏈上的區塊等價物，下圖顯示了這層關係。
對於終端用戶和應用開發者而言，這些 ExecutionPayloads 是與以太坊交互的地方，在這一層的交易，仍將由執行層客戶端（Besu, Erigon, Geth, Nethermind 等）處理；幸運的是，由於執行層的穩定性，合併只會帶來最小的破壞性變更。
挖礦和叔塊場
Tim Beiko 指出，在合併後，先前包含在 POW 區塊頭的幾個字段將無法使用，因為它們與 POS 不相關，為了盡量減少對工具和基礎設施的影響，這些字段都會設為 0，而不會完全從數據結構中刪除，區塊字段的完整變更可以在 EIP-3675 中找到。
Tim Beiko 指出，由於 POS 不會像 POW 那樣自然產生 ommers （叔塊），因此在每個區塊裡的 ommers 列表將是空的，而它的哈希值將會變成一個空列表的 RLP 編碼哈希值；此外，由於 difficulty 和 nonce 都是 POW 的特點，這些字段都會被設為 0，同時遵守它們以字節大小為單位。
BLOCKHASH 與 DIFFICULTY 操作碼改變
Tim Beiko 指出，在合併後，BLOCKHASH 操作碼仍可使用，但由於它不再能被透過 POW 哈希計算的過程來產生，所以此操作碼提供的偽隨機性將大大減弱。
Tim Beiko 進一步表示，與此相關的是， DIFFICULTY 操作碼 （0x44） 將會更新、並重新命名為 RANDOM。合併後，它將會返回由信標鏈提供的隨機性輸出，這個操作碼會因此成為應用開發者可以使用的隨機性來源，它比 BLOCKHASH 更強，儘管仍有偏差。
另外，RANDOM 暴露的值將儲存在 ExecutionPayload ，這也是 mixHash （一個與 POW 證明計算相關的值）儲存的地方。數據的 mixHash 字段也將被重命名為 random。
Tim Beiko 以下圖說明 DIFFICULTY 跟 RANDOM 操作碼在合併前、合併後的運作方式：
區塊時間
區塊時間Tim Beiko 指出，合併將影響以太坊平均出塊時間。目前在 PoW 機制下，平均出塊時間大概是 13 秒，實際出塊時間仍有顯著差異，而在 POS 機制下，出塊時間將精確到每 12 秒就會出一個區塊，除非是驗證者離線、或沒有即時提交區塊，因而錯過了一個時間段，實際上，目前這種情況只在 <1% 時間段中發生過。
Tim Beiko 總結道，這意味著網路的平均出塊時間將減少 1 秒，那些有在計算中假設一個特定平均出塊時間的智能合約，將需要考慮這一點。
安全頭塊與最終塊
Tim Beiko 指出，在 PoW 下，總是會有出現重組的可能性，應用程式通常會等待幾個區塊在一個新的區塊頭被挖出，因為這樣一來，這些區塊不太可能從權威鏈（canonical chain）中被移除，或者等區塊被「確認」。
而在合併後，有了「最終塊」（finalized block）和「安全頭塊」（safe head block）的概念，這些區塊比 PoW 下的「被確認」區塊更可靠，但理解上有區別，需要轉變觀念才能正確使用。
Tim Beiko 指出，「最終塊」意味著它被大於 2/3 的驗證者接受為權威鏈的一部分，因此，若有攻擊者想創建一個衝突區塊，它必須燒毀至少總質押金額的 1/3 以太幣，以目前來說，相當於約 250 萬顆以太幣，價值超過 100 億美元。
「安全頭塊」則是指正常的網路條件下，預期會被包含在權威鏈上的區塊，假如網路延遲少於 4 秒，大多數驗證者是誠實的、且沒有對分叉選擇規則攻擊，安全頭塊將永遠不會成為孤塊。
Tim Beiko 分享了一份報告，詳細介紹在各種情況下如何計算安全頭塊，並表示在即將發表的論文中，安全頭塊的假設和保證將被正式定義和分析。
Tim Beiko 表示，合併後，執行層的 API（例如 JSON RPC） 將在詢問 latest 區塊時默認返回安全頭塊，在正常網路條件下，安全頭塊和鏈的實際頂端將是相等的（安全頭塊只落後幾秒鐘），因此，安全頭塊被重組比現在 POW 的 latest 區塊被重組的可能性還要低。
Tim Beiko 補充道，如果要公開 POS 鏈的真正鏈頭，將會有一個 unsafe 的標記添加到 JSON RPC 中；最終塊的區塊也將通過 JSON RPC 公開，會出現一個新的 finalized 的標記，這些都可以作為比 POW 中的確認更強的替代品。
Tim Beiko 以下圖對這些內容進行總結：
結論：下一步
結論：下一步Tim Beiko 最後表示，希望這篇文章能夠幫助應用開發者做好準備，迎接眾所期待的 POS 過渡，在接下來數週，存在已久的測試網將被提供給更廣大的社群進行測試，還有一個可向基礎設施、工具和應用程式開發人員提問、並了解最新合併技術進度的合併社群線上會議即將到來。
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