以太坊的The Merge到底是什么？

作者 | 陈玄，Ethereum中文社区高级技术顾问

责编 | 张红月

出品 | 区块链大本营（ID：blockchain_camp）

6月8号，Ropsten测试网与它的beacon chain成功合并，目前为止，看起来是稳定的。6月22号，启动Sepolia测试网， 这是一个PoW测试网，计划在7月6号在Sepolia和Goerli两个网络上再次测试Merge。如果一切顺利的话，会在今年下半年（8月17号）执行主网的merge。我们今天就来讲一下，什么是以太坊的The Merge？

什么是The Merge？

The Merge的意思是，将某一个PoW链的数据层与另一PoS链的共识层相互合并，形成一条PoS链。也就是说，merge之前，会有一条PoW链，一条PoS链，然后经过某种方式，这两条链合并成了一条链，其中，PoW链提供数据，PoS链提供共识算法，最终组合成一条新的链。

Merge之前

PoW链

这就是我们现在所熟知的需要挖矿的区块链。它的一个Block长这样：

这样的block又是如何产生的呢？首先，同样的是，你需要同步之前所有block以及最新的state。然后，不同的是，你需要质押32个ETH，成为validator参与到PoS算法中。系统会随机安排validator来生成block，其余validator被分配在committee中，对生成的block进行投票（Attestation），获得2/3以上赞同票的block会被一步一步确认加入区块链之中。这就是以太坊的PoS算法简单的执行流程。

然而，现在Beacon chain是不承载真实的交易的，因为Beacon chain建立的时候就是为了给Mainnet做Merge用的。如果它承载交易的话，被选中生成block的validator同样也要在交易池中选择交易组成block body，然后执行这些选中的交易。

所以综合来看不管是PoW链还是PoS链，都可以把block的生成流程，和block数据，划分为两个过程，选择打包交易的执行过程，和决定谁说了算的共识过程。聪明的你肯定已经猜到了，The Merge要做的就是把当前Mainnet上交易打包的执行过程，和Beacon chain的共识过程重新组合起来。Mainnet上的共识过程（PoW）就不要了，Beacon chain上的交易打包的执行过程（本来就没有）也不要了，两条链被拆开，重新组合成了一条链。

Merge的过程

1.Clients listen for TTD

现在的以太坊主链上，我们设置了一个TTD值（Terminal Total Difficulty），客户端会监视每个block的Total Difficulty。

2.First TTD block seen

当某一个block的Total Difficulty值大于或等于预设的TTD，这个block就被视为最后一个由PoW产生的block，以太坊正式开始合并。接下来，客户端会把打包的交易传给PoS产生的block。

3.Post-TTD block Finalized

当有一个PoS产生的block被finalize，客户端会停止传播PoW产生的block，以太坊的PoW正式成为历史，并开始完全使用PoS算法，合并完成。

、

Merge之后

如果我们直接把所有交易推给Beacon chain，让它来直接执行交易的打包执行过程，这会面临一个严重的问题，Beacon chain和主网是两条独立的链，在Merge之后，所有的交易在Beacon chain上执行的话，它跟之前的主网就没关系了，我之前在主网上的钱咋整？

所以，以太坊采取了一个简单粗暴的方法，把整个Mainnet的block，去掉PoW相关内容，直接塞进PoS生成的block之中。合并之后的block长这个样子：

塞在PoS块里面的数据，它有自己的hash值，有保存上一个数据块的哈希值，这些数据块自己也是可以连成一条链的，只是它的外面套了一层PoS的壳，所以，我们把里面的数据块称为execution layer，指的是数据的执行看这一层数据，外边的壳子称为consensus layer，指的是PoS的运行结果就看这一层数据。以太坊的The Merge最终呈现给我的是下面这张图里的效果：

他们合并了，但没完全合并。所谓没完全合并指的是，合并之后的Ethereum，是有两种平行的state的，一套execution state，跟之前的PoW里的state一样，包括账户余额，状态变量等等，还有外层的consensus state，包括活跃的validator，各个validator的质押状态和余额，等等。如果以太坊从一开始就使用这种PoS的设计的话，它的数据结构肯定不长这样。

所以，Merge之前的两条链，要跑两个客户端，Merge之后，我们其实还是要跑两个客户端，这两个客户端跟Merge之前一样，有独立的存储结构，独立的P2P通信网络。只不过，两个客户端相互配合，最终组合生成一个大的block。

在Merge完成之后不久，以太坊会推出Shanghai Upgrade，在这个里面针对PoS系统进行了大量的优化

Shanghai Upgrade

1. Beacon Chain Withdrawals：没错，Shanghai Upgrade之前，你质押在PoS链上的钱是取不回来的。Shanghai Upgrade之后，你想要取出钱来，也是需要等很久的，
2. EVM Object Format：EVM升级过程中，如何兼容旧合约？很简单，给新的合约加上一个标识符就行，比如以0xEF开头，升级之后，就标识符的新合约称为EOF合约。
3. Lower layer-2 fees：Layer-2，包括Optimism, Arbitrum和ZkRollups使用费用还是太贵了，所以，Shanghai Upgrade减少了CALLDATA的费用消耗，但是这终究是临时方案，解决Gas fee问题还是要靠Sharding。

No Sharding in Shanghai Upgrade

参考链接：

1. https://pwnh4.com/posts/the-merge
2. https://ropsten.beaconcha.in/block/65144
3. https://hackmd.io/@benjaminion/eth2_news/https%3A%2F%2Fhackmd.io%2F%40benjaminion%2Fwnie2_220617#fn1
4. https://hackmd.io/@timbeiko/acd/https%3A%2F%2Ftim.mirror.xyz%2FPWFVaHY3Mrx7srarMmuBWya0J5kioR1l2xaH3p5APDk%3Fdisplay%3Diframe
5. https://coinyuppie.com/the-latest-progress-of-the-ethereum-shanghai-upgrade-plan/
6. https://lighthouse-book.sigmaprime.io/suggested-fee-recipient.html
7. https://www.reddit.com/r/ethstaker/comments/sq0o8l/transactions_fees_will_be_immediately_available/hwj4f4y/
8. https://hackmd.io/@n0ble/consensus_api_design_space
9. https://www.attestant.io/posts/understanding-post-merge-rewards/

END

《新程序员001-004》全面上市，对话世界级大师，报道中国IT行业创新创造