吳說作者|吳卓鋮

本期編輯|Colin Wu

8月20日，以太坊核心開發(fā)者 Tim Beiko 在開發(fā)團(tuán)隊(duì)電話會議的內(nèi)容回顧上表示，可能推遲12月的難度炸彈，但在合并前不會有新的 EIP。細(xì)數(shù)下來，這有可能是難度炸彈第五次被推遲。為何難度炸彈一再推遲？它存在的意義又是什么？它和 ETH2.0 的合并又有什么關(guān)聯(lián)？

1 難度炸彈的意義

難度炸彈是以太坊挖礦中致使挖礦難度迅速上升的開關(guān)。以太坊的挖礦難度除了與上一個(gè)區(qū)塊的出塊時(shí)間有關(guān)，還與該區(qū)塊的難度因子有關(guān)。下面列出了難度的計(jì)算公式，前半部分是常規(guī)的難度調(diào)整，將每一區(qū)塊的出塊時(shí)間穩(wěn)定在13秒；后半部分（即紅框部分）即難度因子，決定了難度炸彈的開啟時(shí)間和爆炸的速度。

具體地，難度因子中包含了難度炸彈開啟的目標(biāo)區(qū)塊高度，當(dāng)區(qū)塊高度沒有達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，挖礦難度只受上一區(qū)塊的出塊時(shí)間影響；而一旦區(qū)塊高度到達(dá)預(yù)定值，出塊時(shí)間便會呈指數(shù)是上漲，隨后每挖出10萬個(gè)區(qū)塊難度便會調(diào)整一次。

2015年8月4日，前以太坊首席商務(wù)官 Stephan Tual 首次提及了難度炸彈。

“很多人一直想知道我們?nèi)绾卧趯庫o階段實(shí)現(xiàn)從 到 的切換。這將通過新引入的難度調(diào)整計(jì)劃來處理，該計(jì)劃在未來16個(gè)月內(nèi)將平穩(wěn)地保證硬點(diǎn)……它的工作原理如下：從20萬的區(qū)塊高度（時(shí)間約為2015年8月下旬）開始，挖礦難度將開始經(jīng)歷指數(shù)型增長，大約一年后，難度會明顯增加。到那個(gè)時(shí)候（大概就是寧靜里程碑發(fā)布時(shí)），挖礦難度的大幅增加將使出塊時(shí)間變長。”

為何 PoW 轉(zhuǎn)換成 PoS 需要難度炸彈來過渡？明白了這個(gè)問題就能理清難度炸彈和 ETH2.0 的先后順序。首先我們需要接受一個(gè)事實(shí)，ETH2.0 完成后 PoW 將退出歷史舞臺，不存在兩種共識共存的情況，這在吳說過往的文章中也分析過，且 ETH2.0 合并階段的完成就是 PoW 挖礦方式的終結(jié)。

對此，龐大的礦工社區(qū)存在一種聲音，企圖在以太坊完成 1.0 與 2.0 合并后實(shí)行分叉。這對于整個(gè)以太坊社區(qū)無疑將是個(gè)雙輸?shù)木置妫虼碎_發(fā)團(tuán)隊(duì)需要想辦法防止此類事件發(fā)生。我們知道，由于 的存在，以太坊開發(fā)團(tuán)隊(duì)是比較容易統(tǒng)一戰(zhàn)線的；而礦工團(tuán)隊(duì)則不然，去中心化導(dǎo)致全體礦工無法形成一個(gè)利益共同體。換言之，只要能讓礦工之間互相不信任，那么礦工將不具備足夠的算力來實(shí)現(xiàn)51%攻擊。

難度炸彈便是一個(gè)能讓礦工產(chǎn)生不信任的陽謀。根據(jù) Stephan Tual 的預(yù)估，難度炸彈開啟后以太坊需要大約一年的時(shí)間（實(shí)際時(shí)間或許比這更短，后文會細(xì)數(shù)歷次難度炸彈開啟后實(shí)行的時(shí)間）才能上升到一個(gè)幾乎無法挖出區(qū)塊的難度。這意味著，從開啟到礦工入不敷出，當(dāng)中至少有幾個(gè)月的時(shí)間，而這段時(shí)間正是瓦解礦工陣營的時(shí)候。

考慮到區(qū)塊高度越高，實(shí)現(xiàn)分叉的難度就越大，礦工不能等到完全沒有產(chǎn)出了才開始分叉，而是應(yīng)該在難度炸彈開啟的第一時(shí)間就開始行動(dòng)。然而試想一下，作為一個(gè)理性的礦工個(gè)體，你會在難度炸彈開啟的時(shí)候嘗試分叉主鏈嗎？事實(shí)上你會擔(dān)心：如果有個(gè)別礦工沒有齊心協(xié)力地分叉，而是在原最長鏈上繼續(xù)挖，那么他們的產(chǎn)出將會大幅上升，甚至超過難度炸彈造成的損失，一旦分叉失敗，這些“背叛”的礦工會賺的盆滿缽滿，而“團(tuán)結(jié)”的礦工卻竹籃打水。因此，理性的礦工會選擇沿著主鏈繼續(xù)挖（或者選擇以合理的退出價(jià)格離場），即使知道最終的結(jié)果是產(chǎn)出為零，也沒人愿意帶頭冒險(xiǎn)。

理解了難度炸彈的意義我們自然就能明白其開啟時(shí)間與 ETH2.0 合并時(shí)間的先后順序。如前文所述，難度炸彈的存在就是為了在以太坊 1.0 與 2.0 合并時(shí)不要發(fā)生礦工集體分叉的局面，因此如果以太坊已經(jīng)順利完成了合并，那么難度炸彈也就沒有存在的意義了。之所以把難度炸彈的最終開啟時(shí)間視為 PoW 終結(jié)的先行指標(biāo)便是基于這個(gè)邏輯。

難度炸彈開啟后，以太坊合并必須在兩三個(gè)月內(nèi)完成，如果完成不了，團(tuán)隊(duì)只能選擇暫停并推遲，這在歷史上發(fā)生過三次。

2歷次推遲難度炸彈的EIPs

歷史上難度炸彈曾三度開啟過，又四度被推遲了，四次推遲分別發(fā)生在拜占庭升級、君士坦丁堡升級、繆爾冰川升級和剛結(jié)束的倫敦升級。

上圖為歷史上以太坊出塊時(shí)間的變化，可以看到正常情況下出塊時(shí)間維持在13-14秒，但出現(xiàn)過三次急劇上升的情況，這三次正是難度炸彈開啟的時(shí)候。每次開啟后，出塊時(shí)間都會呈現(xiàn)鋸齒狀上升，這便是因?yàn)槊客诔?0萬個(gè)區(qū)塊難度會調(diào)整一次。以最初的13秒為例，10萬個(gè)區(qū)塊大約耗時(shí)15天，而最后一次時(shí)間增加到25秒，此時(shí)10萬個(gè)區(qū)塊需耗時(shí)將近一個(gè)月，因此鋸齒呈現(xiàn)逐漸變寬的趨勢。三次難度炸彈最終都被暫停并推遲，原因就是以太坊開發(fā)團(tuán)隊(duì)還沒做好完全轉(zhuǎn)向 PoS 的準(zhǔn)備，而 PoW 模式下區(qū)塊難度的上升會導(dǎo)致交易等待時(shí)間和叔塊概率的增加，從而降低以太坊的實(shí)用性與安全性。

第一次推遲難度炸彈

2017年3月，區(qū)塊高度達(dá)到370萬，難度炸彈第一次開啟，出塊時(shí)間迅速上升，期間經(jīng)過6次難度調(diào)整，直至10月被延長至30秒。此時(shí)，若不盡快停止難度炸彈，將嚴(yán)重影響以太坊生態(tài)。經(jīng)過開發(fā)團(tuán)隊(duì)討論后，以太坊在區(qū)塊高度437萬處啟動(dòng)硬分叉——拜占庭升級，在升級版本中包含了 EIP-649 提案，該提案通過把當(dāng)前的區(qū)塊高度減去300萬作為公式中使用的偽區(qū)塊高度，以此來延緩難度炸彈的啟動(dòng)時(shí)間。

此時(shí)的真實(shí)區(qū)塊高度是437萬，但用來啟動(dòng)難度炸彈的偽區(qū)塊高度是137萬（437-300）。簡單計(jì)算可以得出，當(dāng)偽區(qū)塊高度再次達(dá)到370萬，也就是233萬（370-137）個(gè)區(qū)塊后——即真實(shí)區(qū)塊高度達(dá)到670萬（437+233），難度炸彈會再次開啟。

第二次推遲難度炸彈

2019年1月15日，以太坊君士坦丁堡升級協(xié)調(diào)員 Afri Schodeon 發(fā)現(xiàn)以太坊的難度炸彈已經(jīng)在670萬高度的區(qū)塊如期啟動(dòng)，并在大約 700 萬高度的區(qū)塊發(fā)生了“爆炸”。第二日，以太坊核心開發(fā)成員 Eric Conner（即推出 EIP-1559 的開發(fā)者）在推特上指出，難度炸彈爆炸后，平均出塊時(shí)間已經(jīng)從14秒升至15.5秒，并且會加速提升。

2月中，以太坊出塊時(shí)間上升至20秒，問題又一次擺在以太坊開發(fā)者面前，唯一的辦法還是分叉升級處理掉難度炸彈的影響。2月28日，君士坦丁堡升級在區(qū)塊高度為728萬處完成分叉，難度炸彈危機(jī)被再一次被暫時(shí)解除。君士坦丁堡升級中包含的 EIP-1234 不僅僅將難度炸彈推遲，還有一項(xiàng)重要的改變就是將出塊獎(jiǎng)勵(lì)減少為2個(gè) ETH。此次推遲爆炸的方法和拜占庭升級一樣，即簡單地將難度因子中的偽區(qū)塊高度減少500萬。調(diào)整后，真實(shí)高度為728萬，偽高度為228萬（728-500），當(dāng)偽高度回到370萬，即真實(shí)高度達(dá)到870萬（370-228+728），難度炸彈將再次開啟。這次只需再經(jīng)過142萬個(gè)區(qū)塊，因此時(shí)間較前一次更短。

第三次推遲難度炸彈

2019年10月5日，難度炸彈在區(qū)塊高度860萬處提前啟動(dòng)，12月中，出塊時(shí)間上升至17秒。以太坊開發(fā)者不得不在進(jìn)行伊斯坦布爾升級后不久，于920萬高度處再次進(jìn)行硬分叉。這就繆爾冰川升級，此次升級只有一項(xiàng)改進(jìn)提案（之所以以冰川命名就是因?yàn)樯壷会槍﹄y度炸彈，炸彈完全爆發(fā)后，出塊獎(jiǎng)勵(lì)將被“凍結(jié)”，近期考慮的第五次推遲也可能用這種方式命名），即 EIP-2384，旨在將難度炸彈再推遲400萬個(gè)區(qū)塊，即1320萬高度，大約是向后推遲了611天。

而提案中還有一句話引人

第四次推遲難度炸彈

這一次，以太坊開發(fā)團(tuán)隊(duì)沒有等到難度炸彈爆炸。2021年8月5日，以太坊在高度為1296.5萬處啟動(dòng)倫敦升級，難度炸彈被再次推遲。本次升級包含 EIP-3554，將難度因子中的偽區(qū)塊高度在約1247萬（此高度并非當(dāng)前實(shí)際高度，而是協(xié)議提出時(shí)設(shè)立的一個(gè)預(yù)計(jì)高度）基礎(chǔ)上減少970萬，即277萬。因此大約經(jīng)歷93萬（370-277）個(gè)區(qū)塊后會再次啟動(dòng)難度炸彈，以出塊時(shí)間13秒計(jì)算，大約需要4.7個(gè)月（官方預(yù)估在12月的第一周啟動(dòng)）。

第五次提出 EIP 推遲難度炸彈？

7月份，以太坊核心開發(fā)者 Tim Beiko 曾表示：假設(shè)我們有一個(gè)非合并升級（作者注：假設(shè)12月的上海升級無法完成 2.0 的合并，事實(shí)上這個(gè)假設(shè)大概率會發(fā)生），我們需要決定是否要包括除了另一個(gè)難度炸彈延遲之外的任何其他內(nèi)容（作者注：如果包含其他升級協(xié)議，那么保留“上海”這個(gè)名稱，否則考慮使用“冰川主題”命名，理由與繆爾冰川升級相同）。

8月20日，Tim Beiko 在以太坊核心開發(fā)者電話會議的內(nèi)容回顧上表示，基本上所有團(tuán)隊(duì)都同意，除了 Eth1 和 Eth2 合并的共識更改之外，還有其他重要的事情需要在接下來幾個(gè)月內(nèi)完成，其中大部分是客戶端需要為合并進(jìn)行性能優(yōu)化、更好地分離共識引擎等。鑒于此，與會人員同意不在12月進(jìn)行功能分叉（feature fork），這意味著可能會推遲難度炸彈，添加其他少量（one line）更改，但不會在合并之前產(chǎn)生新的 EIP。

現(xiàn)在看來，難度炸彈被再次推遲幾乎是板上釘釘，這也和我們之前分析過的它與以太坊合并之間的關(guān)聯(lián)相吻合。簡而言之，合并意味著 PoW 終結(jié)，而難度炸彈徹底爆炸則意味著合并的完成。在以前的文章中我們分析過，PoW 的終結(jié)最快也要到2022年的二季度，而難度炸彈從啟動(dòng)到徹底爆炸僅需要兩三個(gè)月，因此如果12月便啟動(dòng)難度炸彈，以太坊必須要在明年一季度完成合并，這是個(gè)難以完成的任務(wù)。

最后一個(gè)問題是，以太坊開發(fā)團(tuán)隊(duì)是否會提出一個(gè)新的 EIP 來推遲難度炸彈？過去四次，開發(fā)者都是通過降低難度因子中的偽區(qū)塊高度來實(shí)現(xiàn)，而修改代碼則必須提出 EIP。如何在不提出 EIP 的情況下實(shí)現(xiàn)難度炸彈的推遲，這需要開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的解釋（作者猜測 Tim Beiko 的意思是，12月升級只包含推遲難度炸彈的 EIP 而沒有其他新的提案，因此考慮更改“上海”為其他“冰川主題”）。

圖片來自U.today