数字货币智能合约：浅析以太坊信标链

作为加密货币行业最令人印象深刻的工程壮举之一，以太坊的合并即将到来。 此次合并标志着多年研究、工程和开发的结束，并将以太坊区块链从工作量证明转变为权益证明共识机制。

在许多方面以太坊信标链，这一事件可以被认为相当于更换一架价值 2000 亿美元的喷气式飞机的发动机，这架喷气式飞机还承载着价值数千亿美元的金融基础设施，同时仍然全速飞行。

合并正式定于 58.75e21 的总终端难度进行，预计将于 2022 年 9 月 15 日进行。距离合并日期只有几天，本报告将引入一组新的指标来帮助理解以太坊权益证明系统，并将描述自 2020 年 12 月 1 日创世区块以来信标链的性能。

出块与参与

信标链上的块生产过程比等效的工作量证明链有几个额外的步骤。 在 PoW 系统中，矿工负责构建区块，然后将他们获胜的区块广播到节点网络，然后节点网络验证包含的交易和区块模板是否符合共识规则。

在以太坊 PoS 系统中，块的生成和验证经历以下步骤：

信标链创世块于 2020 年 12 月 1 日发布，在撰写本文时，这个新网络已经运行了 639 天（1.77 年）。 链尖已通过区块高度 4,557,056 和纪元高度 142,408。

每个时隙都可以被认为是生成块的机会。 如果选择生成块的验证器离线或未能提议块，则认为插槽已丢失。 到目前为止，共有41,389个职位空缺被遗漏，仅占迄今为止总职位空缺的0.908%。

在其他情况下，一个区块被证明验证者拒绝，或者导致自然发生的分叉。 这些块被称为孤块，代表了大多数网络不遵循的块历史的替代版本。 到目前为止，信标链上仅产生了 5,017 个孤立区块，仅占 slot 的 0.110%。

区块链有望保持高水平的可靠性，这是验证节点正常运行时间长的结果，导致丢失的块很少。 我们可以使用参与率指标来衡量整体网络性能，该指标是成功生成（即未错过）块的数量与可用时隙总数之间的比率。

下面的蓝色曲线显示了每个时期测量的参与率，可以看出普遍高于 96%。 红色曲线则显示日均参与率，特别是自 2021 年 11 月 ATH 市场价格以来，该参与率一直在 99% 以上。这表明，到目前为止，信标链上的验证者始终在线，并在分配插槽时生产区块。

我们还可以测量验证者委员会对生成的块进行签名的证明投票总数。 每个证明实际上是对将最新提议的区块包含在区块链顶部的“赞成”投票。

平均时隙间隔为 12 秒，有 127 个证明验证者，我们应该预计每天的证明数量稳定在 783k 到 914k 之间。 事实上，自 2021 年 8 月以来，每天的证明总数一直稳定在这个范围内，每天大约有 80 万张证明票。

验证者取代矿工

在以太坊 PoS 共识系统中，矿工被验证者取代，验证者必须存入 32 ETH 份额才能参与协议共识。 以太坊信标链存款合约于 2020 年 11 月上旬启动，允许早期采用者存入 ETH 并帮助启动信标链。

信标链路线图的第一阶段是阶段 0，在生成创世块之前，存款合约要求最低门槛为 524,288 ETH。 请注意，存款曾经（现在仍然）是单向的，在上海升级之前，ETH 不能从存款合约中提取，目前预计将在合并后的 6 到 18 个月内准备就绪。

虽然存款最初起步缓慢，但在 2020 年 11 月 24 日令人信服地达到了第 0 阶段的门槛，因为社区信心在计划的创世日期前一周迅速增强。

在过去的 639 天里，随着开发的进展、质押基础设施的增加和社区信心的增强，ETH 存款继续流入信标链合约。 自创世块以来，已观察到每天大约 200 到 250 个存款的稳定基线。

存款流入有四个显着高于平均水平的时期，其中三个是在 2020-21 牛市期间，最近一次是在 2022 年 2 月至 5 月。LUNA-UST 项目崩溃后存款放缓，对代币价格产生了负面影响以及对该项目市场的信心。

投资者总共存入了超过 418,527 笔存款，其中包括设置验证器所需的 32 ETH 股份。 虽然这反映了独特的共识级验证者的数量，但需要注意的是，这些验证者节点的运营商可以同时托管、托管和维护多个验证者，因此该指标不衡量独特的验证实体的数量。

Lido 和 Rocketpool 等 Liquid 质押衍生品运营商，Coinbase、Binance 和 Kraken 等中心化交易所，甚至个人独立质押者都能够同时运行多个验证器。

信标链上质押的ETH总量现已超过1340.9M ETH，相当于流通量的11.22%。 信标链存款合约现在是以太坊网络上最大的供应集中地之一。 在所有持有 27.0% 供应量的智能合约和持有 16.8% 供应量的中心化交易所中，信标链的总股权可以与 ETH 进行有意义的比较。

大量的 ETH 存入 Beacon Chain 是以太坊社区和投资者对 Merge 成功的信心信号。

我们可以分解各种质押池，以更好地对质押池、交易所运营商和其他未知或个人质押者持有的余额进行分类。

下图以相对方式显示了这种细分，我们可以看到质押提供者迅速成为验证者池中的主导者，其中 Lido 的增长最为显着。 这可能是多种因素综合作用的结果，包括但不限于：

有趣的是，似乎在 LUNA-UST 崩溃之后，“Solo Staker and Unknown”队列（绿色）略微增加了他们的优势。 质押提供商的主导地位达到了 69.5% 的峰值，此后下降至 67.2%。

虽然 Beacon Chain 存款合约目前是单行道，但仍然可以通过两种机制从质押池中删除验证：

自愿退出（蓝色），验证者选择停止参与共识，进入退出队列。 这些验证者不再提议或证明区块，但 ETH 股份还不能撤回。 罚没发生在恶意行为的情况下，协议会因不当行为（例如提议或证明无效区块或非共识链分裂）而强行将验证者从池中逐出。

迄今为止，只有 67 名验证者自愿离开了矿池，并发生了 167 次削减事件。 需要进一步调查以评估这些是开发过程中的工程测试用例，还是真正的恶意事件。

验证器性能和收入

验证者必须首先存入 32 ETH 的股份才能启动验证者，如果他们的余额低于 16 ETH（在不活动泄漏或 slash 的情况下），他们将被逐出协议。 一旦验证者进入协议，他们的总 ETH 余额将由于多种因素而开始变化：

还有一个称为有效余额的概念，它的上限为 32 ETH，并减少到最接近此值的 1 ETH 增量（最小缓冲为 0.25 ETH）。 例如：

下图显示了积极参与 PoS 共识的总活跃余额（绿色）。 剩余的总余额（红色）基本上是多余的 ETH，可以被视为不活跃质押的缓冲区。 目前，总有效余额为 1335.7M ETH，约 745k ETH 处于非活动状态（占总量的 5.29%）。

然后以太坊信标链，我们可以计算一个称为权益有效性的新指标，该指标将这种平衡捕获为有效 ETH 与总权益质押 ETH 之间的比率。 目前 5.29% 的质押 ETH 处于非活跃状态，质押有效性已从 Genesis 的 100% 下降到目前的 94.7%。 这主要是由于验证者赚取的收入将平均验证者总余额推高至 32 ETH 以上。

我们还可以调查聚合验证者池迄今为止获得的收入。 在以太坊 PoS 共识中，发行率部分取决于抵押的 ETH 数量，因此抵押的人越多，每个验证者的奖励就越低。

到目前为止，这种情况已经发生，年化平均 ETH 收入从创世纪的 3.65 ETH/年下降到今天的 1.42 ETH/年。 考虑到存款合约本质上是一种方式（并且很少有验证者离开池），这种奖励稀释几乎完全是过去 18 个月质押 ETH 数量增加的结果。

以 ETH 计价的 32 ETH 存款的年化收益率相应下降，从创世时的 15% 以上下降到今天的 4.44%。 合并后，投资者可能会在成功升级中找到安慰，而额外的存款将进一步压低收益率。

随着 PoS 信标链和现有 PoW 以太坊链的运行，目前 ETH 的总发行量有两个来源。 代币链创世以来，PoS链上共发行了74.7万个ETH，PoW链上共发行了854万个ETH。 这相当于大约 8% 的 PoS 和 92% 的 PoW 的发行分配。

这也说明了 PoS 链目前如何以相对于 PoW 链低得多的发行量运行。

我们还可以评估信标链存款的实现价格以及质押奖励对降低平均成本基础的影响。 实现价格的计算方法是将存入的 ETH 乘以当时的现货价格，然后取质押 ETH 总量的平均值。 这为验证者池提供了“平均存款价格”的估计。

这表明 2022 年的熊市导致平均存款相对于存款价格显着降低，尽管以 ETH 计价的利益相关者的收益率平均增长了 3.2%。 这也凸显了为什么像 Lido 这样的流动性质押衍生品在质押市场上获得了如此大的份额。

虽然 PoW 链上的发行量相对稳定在每个区块 2 ETH 左右（加上叔叔奖励中约 0.05 到 0.10 ETH），但随着越来越多的验证者进入池中，PoS 链上的发行量稳​​步增加。 PoS 的每日总发行量已从大约 340 ETH/天增加到目前的 1,623 ETH/天。

如果我们比较每天通过 PoS 和 PoW 发行的 ETH 的比例，我们可以看到 Beacon 链发行的 ETH 的比例在稳步上升。 PoS 链有效地将 ETH 的净发行量从创世纪时的 2.8% 增加到今天的 12.4% 以上。

最后，我们将寻求解决合并后最大的问题之一； PoS 发行量减少和 EIP1559 销毁机制对 ETH 净供应量的估计影响是什么？ 下图展示了自2021年8月EIP1559上线以来ETH每日发行量的两条曲线：

鉴于链上需求，gas 价格目前非常疲软，这表明随着 gas 费用压力的任何有意义的回升，可以合理地预期 ETH 将成为净通缩供应资产。

总结与结论

以太坊合并即将到来，这是多年辛勤工作和卓越工程与研究努力的结晶。 由于最近几个月所有以太坊测试网都已成功合并，主网合并已正式排定，预计将于 2022 年 9 月 15 日进行。

在这份报告中，我们探讨了以太坊新的权益证明共识机制的基本机制，以及我们如何研究信标链的网络性能。 我们评估信标链迄今为止的表现，并分析验证者存款、收入流以及对 ETH 净供应动态的可能影响。

超过 11.2% 的 ETH 流通供应现在参与了 PoS 共识，这代表了对以太坊社区的重要信任投票。 我们可以期待成功的主网合并，并分析未来新的迷人的权益证明共识机制。