預期以太坊合併 (The Merge) 將在 9/19 發生，人們對以太坊合併了解有多少呢？DeFi 科普影片內容 Finematics 又有新作品，用輕快簡明的方式，讓你輕鬆了解「以太坊合併」。你對以下問題了解多少呢？
以太坊合併的動機是什麼？
以太坊合併的機制是什麼？
客戶端的多樣性
合併後差異？
常見的誤解
以太坊合併的動機
以太坊合併的動機是，將現在的工作證明 (PoW) 機制轉為權益證明 (PoS) 機制。
工作證明 (PoW，Proof of Work)，指的是由礦工購買與運作挖礦設備來維護的區塊鏈網路。PoW 礦工需要消耗電力，用以產出區塊，並獲得部分交易手續費。
權益證明 (PoS，Proof of Stake)，指的是由驗證節點以質押以太幣作為條件，由其擔任驗證與維運網路的工作。PoS 機制下不會消耗太多的電力。
Finematics 認為，轉至 PoS 讓以太坊變得更有效率與安全 ; 並為下一步的擴容技術「分片」(sharding) 鋪墊基礎。
事實上，PoW 轉移至 PoS 本來就在以太坊的規劃之中。以太坊社群為了在轉移過程中發生危險，研究員與開發者將過程分成兩步驟。
一是在 2020 年 12 月執行的 Beacon Chain 上線。它的目的是創造一個 PoS 機制的平行鏈，讓事情可以在其上測試，不會對既存的 PoW 主網產生影響，畢竟當前的主網有數兆美元的經濟活動在進行。
同時，Beacon Chain 也可以給予質押 eth 者有充分的時間累積大量的質押以太幣，確保合併後的網路安全。
截稿前，Beacon Chain 已累積了 1318 萬個 ETH，共有 412,022 個活躍驗證者。 質押年化報酬約為 4.2%。
由於 PoS 機制相較 PoW 大幅減低了耗能，在節能、ESG (環境、社會與企業管理) 方面，更能符合社會與監管機構的期待。
當前的以太幣發行量源自礦工的區塊獎勵 (PoW 機制) 以及 Beacon Chain 上的質押獎勵 (PoS 機制) ; 完成合併後，PoW 停止運行，發行來源也只會剩下 PoS 機制。 Finematics 形容，會有稱這個叫做「Triple Halving」(三重減半)，因為它相當於 3 次比特幣減半。
還有一個論點是，合併之後，以太坊支持者在家就能參與共識，在家中為以太坊帶來安全性，共識參與者不必只有機構與高階礦工。
以太坊合併的機制
Finematics 比喻，可以將以太坊想像成在高速公路上行駛的汽車，「合併」是為了將汽油車轉為電動車，但是困難點在於，必須在不停車的狀態下完成。
那以太坊社群怎麼實現這個目標呢？開發者先打造了一個獨立的電動引擎，並用實際質押測試了超過 1.5 年，使它跟汽油引擎同時運行。
合併的時候會發生什麼事？汽車會切換到電動引擎，並且停用當前的汽油引擎。
測試時同行運行的好處在於，可以一邊測試電動引擎，也可以不必在切換時將車子停下。「停車」譬喻的是停止區塊生產，一但停止區塊鏈上的交易紀錄就會暫停。「停車」對於以太坊上的應用破壞性很強，特別是金融屬性的 DeFi。
除了譬喻，以下是更多的技術說明：
合併，要做的事情是將以太坊網路的用戶狀態 (user state) 跟 PoS 的 Beacon Chain 合併。 當前為了要驗證以太坊網路，節點營運者會在像是 Geth、Erigon、Nethermind 這些客戶端 (client implementation) 運行。它們將執行層 (EVM，以太坊虛擬機) 與共識層 (PoW) 綁在一起。為了順利轉換到 PoS 機制，執行層與共識層是分開的。這兩層可以獨立運行，由不同的團隊來完成開發。
在合併之後，一個全節點會由一個執行節點與共識節點所組成，會有一個 Engine API 負責在兩者間溝通。(如下圖)
當前受歡迎的共識層客戶端有 Prysm、Lighthouse 和 Teku。這些執行層與共識層客戶端會在合併時組成一個以太坊全節點。節點營運者在組成全節點時會有很多組合選擇，4 個主流執行層客戶端與五個共識層客戶端，就會有 20 種配對選擇。
合併將發生時，像是 Geth 這樣的執行層客戶端就會開始收聽 PoS 的區塊狀態。當變數「TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY」達到 PoW 網路的總難度之後，就會觸發合併，切換到 PoS 鏈。這也是以太坊首次升級採用總難度變數，而非區塊高度。這樣的做法也是為了避免攻擊者在區塊高度條件下挖取低難度的惡意分岔，導致 PoW 最終性的混亂。
合併後，以太坊上的應用程式都會跟合併前一樣地運行，合併的過程也是經過多次測試 (合併影子分岔、測試網合併) 的。測試網 Ropsten 和 Sepolia 完成合併後，最後一個是 Goerli，在它完成之後，主網合併的日期就更近了。
客戶端多元化
Finematics 表示，與其他平台相比，以太坊不依賴單一個客戶端。目前有 Geth、Nethermind、Erigon 和 Besu 四個主流執行客戶端。這樣的好處在於當有一個客戶端故障時，可以快速切換到另一個。這讓以太坊對於攻擊或是漏洞，抗性更強，甚至是某一客戶端導入的錯誤，影響力也有限。
在合併之後，客戶端的多樣性扮演的角色更重要了。
Finematics 表示，在 PoS 網路中有問題出現時，可能因為質押佔比而產生不同程度大小的影響。最糟的情況是，當問題影響到 2/3 或更多的質押，那可能會讓不好的結果達成最終性，或是更糟的事。
當問題影響到 1/2 的質押，那可能會造成一個無法取得最終性、但將被還原的無效主鏈 ; 若是影響到 1/3 的質押，那麼網路上的新交易將不會取得最終性。
如果有 70% 的共識客戶都跑在 Prysm 上面，一但發生錯誤，就可能造成最糟狀況。但如果 Prysm 只有 40% 的網路影響力，一但發生錯誤，還可以停止以太坊網路的最終性直到錯誤被修復，或由其他客戶端替用。當前 Prysm 有約 40% 的共識客戶市占率，這比起 2022 年早期的 70% 還要進步許多。
合併後差異？
Finematics 表示，區塊時間不會跟 PoW 相同 (一般會通稱平均 13 秒)，但在合併之後，會變成固定區塊時間 12 秒。儘管有時會有找不到區塊，因而高於 12 秒，但總之它應要低於 13 秒。
(延伸閱讀：若成功轉PoS後，對應用層會有什麼影響？)
Finematics 也整理了以下幾點：
合併後減少區塊時間差異，平均下來，人們可以更快確認交易
以太坊跟比特幣網路有根本上的區別，一個是權益證明 (PoS) 推動的新網路，一個是久經考驗的 PoW 網路
更高的經濟性安全，並削弱攻擊者能力
GPU 顯示卡市場可能會因此而恢復充足供貨
減少 ETH 供應量後，產生更多通貨緊縮的期待
原先忙於合併的開發者，可以在合併後進行其他改進，像是分片技術
常見誤解的解釋
Finematics 也對人們常見的誤解，作出解釋：
合併不會為以太坊擴容，也不會降低交易費用
儘管區塊時間些微減少，微幅擴容，但 PoS 的主要意義還是為進一步的擴容技術奠基
合併後，無法立即從驗證者取回 ETH，必須等到合併後下一次的硬分岔升級
合併後，交易蒐集到的手續費，會在 EVM 上有他們自己的領收地址，因此累計的交易手續費將會立即可得
合併不會使以太坊停擺
合併不會產生另一個 ETH 代幣
ETH 供給量不會一直減少到趨近於零 ; 因為 ETH 供給會基於網路需求取得平衡，特別是來自交易手續費的 ETH 銷毀以及 ETH 發行。這個平衡會隨時間改變，但它不會趨近於零
目前的估計 ETH 的供給量將在合併時達到 1.2 億個 ETH 的峰值，並在未來幾十年內達到 6000 萬到 1 億個 ETH的長期平衡。
合併的風險
(1) 在合併後，基於公開選擇過程，驗證者提出的下個區塊將會被提前知道。驗證者們可能會容易受到網路拒絕服務攻擊 (DoS)。例如，當攻擊者知道下一個提出區塊者 (proposer) 是誰，他們就會嘗試對他 DoS，導致他們沒辦法處理該區塊，獲取具有高價值的交易 ; 攻擊者就可以搶到這些高價值的交易處理。
目前，對此問題最主流的解決方案是 single secret leader election (單一秘密領導人選舉)，它會透過精妙的密碼學防範攻擊者預先知道下次的區塊提出者，同時將資訊給與實際的區塊提出者。
(2) 權益集中在 Lido 跟 Coinbase 等 PoS 權益池，可能會有監管審查或敲詐風險。在 Lido 的案例中，也有治理寡占風險與智能合約風險。
這是加密貨幣圈最受到期待的重大升級，預計將在九月發生，前提是 Goerli 測試網合併沒有發生重大問題。完成後，將為後續的重大升級奠基 Surge、Verge、Purge 和 Splurge。
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