详解以太坊难度炸弹 第五次推迟 意味着POW终结可能再次延后

8月20日，以太坊核心开发者 Tim Beiko 在开发团队电话会议的内容回顾上表示，可能推迟12月的难度**，但在合并前不会有新的 EIP。细数下来，这有可能是难度**第五次被推迟。为何难度**一再推迟？它存在的意义又是什么？它和ETH2.0 的合并又有什么关联？

难度***意义

难度**是以太坊挖矿中致使挖矿难度迅速上升的开关。以太坊的挖矿难度除了与上一个区块的出块时间有关，还与该区块的难度因子有关。下面列出了难度的计算公式，前半部分是常规的难度调整，将每一区块的出块时间稳定在13秒；后半部分（即红框部分）即难度因子，决定了难度***开启时间和爆炸的速度。

具体地，难度因子中包含了难度**开启的目标区块高度，当区块高度没有达到目标值时，挖矿难度只受上一区块的出块时间影响；而一旦区块高度到达预定值，出块时间便会呈指数是上涨，随后每挖出10万个区块难度便会调整一次。

2015年8月4日，前以太坊首席商务官 Stephan Tual **提及了难度**。

很多人一直想知道我们如何在宁静阶段实现从 PoW 到 PoS 的切换。这将通过新引入的难度调整计划来处理，该计划在未来16个月内将平稳地保证硬分叉点它的工作原理如下：从20万的区块高度（时间约为2015年8月下旬）开始，挖矿难度将开始经历指数增长，大约一年后，难度会明显增加。到那个时候（大概就是宁静里程碑发布时），挖矿难度的大幅增加将使出块时间变长。

为何 PoW 转换成 PoS 需要难度**来过渡？明白了这个问题就能理清难度**和 ETH2.0 的先后顺序。首先我们需要接受一个事实，ETH2.0 完成后 PoW 将退出历史舞台，不存在两种共识共存的情况，且 ETH2.0 合并阶段的完成就是 PoW 挖矿方式的终结。

对此，庞大的矿工社区存在一种声音，企图在以太坊完成 1.0 与 2.0 合并后实行分叉。这对于整个以太坊社区无疑将是个双输的局面，因此开发团队需要想办法防止此类事件发生。我们知道，由于Vitalik的存在，以太坊开发团队是比较容易统一战线的；而矿工团队则不然，去中心化导致全体矿工无法形成一个利益共同体。换言之，只要能让矿工之间互相不信任，那么矿工将不具备足够的算力来实现51%攻击。

难度**便是一个能让矿工产生不信任的阳谋。根据 Stephan Tual 的预估，难度**开启后以太坊需要大约一年的时间（实际时间或许比这更短，后文会细数历次难度**开启后实行的时间）才能上升到一个几乎无法挖出区块的难度。这意味着，从开启到矿工入不敷出，当中至少有几个月的时间，而这段时间正是瓦解矿工阵营的时候。

考虑到区块高度越高，实现分叉的难度就越大，矿工不能等到完全没有产出了才开始分叉，而是应该在难度**开启的第一时间就开始行动。然而试想一下，作为一个理性的矿工个体，你会在难度**开启的时候尝试分叉主链吗？事实上你会担心：如果有个别矿工没有齐心协力地分叉，而是在原最长链上继续挖，那么他们的产出将会大幅上升，甚至超过难度**造成的损失，一旦分叉失败，这些背叛的矿工会赚的盆满钵满，而团结的矿工却竹篮打水。因此，理性的矿工会选择沿着主链继续挖（或者选择以合理的退出价格离场），即使知道最终的结果是产出为零，也没人愿意带头冒险。

理解了难度***意义我们自然就能明白其开启时间与 ETH2.0 合并时间的先后顺序。如前文所述，难度***存在就是为了在以太坊 1.0 与 2.0 合并时不要发生矿工集体分叉的局面，因此如果以太坊已经顺利完成了合并，那么难度**也就没有存在的意义了。之所以把难度***最终开启时间视为 PoW 终结的先行指标便是基于这个逻辑。

难度**开启后，以太坊合并必须在两三个月内完成，如果完成不了，团队只能选择暂停并推迟，这在历史上发生过三次。

历次推迟难度***EIPs

历史上难度**曾三度开启过，又四度被推迟了，四次推迟分别发生在拜占庭升级、君士坦丁堡升级、缪尔冰川升级和刚结束的伦敦升级。

上图为历史上以太坊出块时间的变化，可以看到正常情况下出块时间维持在13-14秒，但出现过三次急剧上升的情况，这三次正是难度**开启的时候。每次开启后，出块时间都会呈现锯齿状上升，这便是因为每挖出10万个区块难度会调整一次。以最初的13秒为例，10万个区块大约耗时15天，而**一次时间增加到25秒，此时10万个区块需耗时将近一个月，因此锯齿呈现逐渐变宽的趋势。三次难度**最终都被暂停并推迟，原因就是以太坊开发团队还没做好完全转向 PoS 的准备，而 PoW 模式下区块难度的上升会导致交易等待时间和叔块概率的增加，从而降低以太坊的实用性与安全性。

第一次推迟难度**

2017年3月，区块高度达到370万，难度**第一次开启，出块时间迅速上升，期间经过6次难度调整，直至10月被延长至30秒。此时，若不尽快停止难度**，将严重影响以太坊生态。经过开发团队讨论后，以太坊在区块高度437万处启动硬分叉拜占庭升级，在升级版本中包含了 EIP-649 提案，该提案通过把当前的区块高度减去300万作为公式中使用的伪区块高度，以此来延缓难度***启动时间。

此时的真实区块高度是437万，但用来启动难度***伪区块高度是137万（437-300）。简单计算可以得出，当伪区块高度再次达到370万，也就是233万（370-137）个区块后即真实区块高度达到670万（437+233），难度**会再次开启。

第二次推迟难度**

2019年1月15日，以太坊君士坦丁堡升级协调员 Afri Schodeon 发现以太坊的难度**已经在670万高度的区块如期启动，并在大约 700 万高度的区块发生了爆炸。第二日，以太坊核心开发成员 Eric Conner（即推出 EIP-1559 的开发者）在推特上指出，难度**爆炸后，平均出块时间已经从14秒升至15.5秒，并且会加速提升。

2月中，以太坊出块时间上升至20秒，问题又一次摆在以太坊开发者面前，唯一的办法还是分叉升级处理掉难度***影响。2月28日，君士坦丁堡升级在区块高度为728万处完成分叉，难度**危机被再一次被暂时解除。君士坦丁堡升级中包含的 EIP-1234 不仅仅将难度**推迟，还有一项重要的改变就是将出块奖励减少为2个 ETH。此次推迟爆炸的方法和拜占庭升级一样，即简单地将难度因子中的伪区块高度减少500万。调整后，真实高度为728万，伪高度为228万（728-500），当伪高度回到370万，即真实高度达到870万（370-228+728），难度**将再次开启。这次只需再经过142万个区块，因此时间较前一次更短。

第三次推迟难度**

2019年10月5日，难度**在区块高度860万处提前启动，12月中，出块时间上升至17秒。以太坊开发者不得不在进行伊斯坦布尔升级后不久，于920万高度处再次进行硬分叉。这就缪尔冰川升级，此次升级只有一项改进提案（之所以以冰川命名就是因为升级只针对难度**，**完全爆发后，出块奖励将被冻结，近期考虑的第五次推迟也可能用这种方式命名），即 EIP-2384，旨在将难度**再推迟400万个区块，即1320万高度，大约是向后推迟了611天。

而提案中还有一句话引人关注：**将难度**再次推迟到 ETH2.0 最终版工具（finality gadget）预计发布的时间。

第四次推迟难度**

这一次，以太坊开发团队没有等到难度**爆炸。2021年8月5日，以太坊在高度为1296.5万处启动伦敦升级，难度**被再次推迟。本次升级包含 EIP-3554，将难度因子中的伪区块高度在约1247万（此高度并非当前实际高度，而是协议提出时设立的一个预计高度）基础上减少970万，即277万。因此大约经历93万（370-277）个区块后会再次启动难度**，以出块时间13秒计算，大约需要4.7个月（官方预估在12月的第一周启动）。

第五次提出 EIP 推迟难度**？

7月份，以太坊核心开发者 Tim Beiko 曾表示：假设我们有一个非合并升级（作者注：假设12月的上海升级无法完成 2.0 的合并，事实上这个假设大概率会发生），我们需要决定是否要包括除了另一个难度**延迟之外的任何其他内容（作者注：如果包含其他升级协议，那么保留上海这个名称，否则考虑使用冰川主题命名，理由与缪尔冰川升级相同）。

8月20日，Tim Beiko 在以太坊核心开发者电话会议的内容回顾上表示，基本上所有团队都同意，除了 ETH1 和 ETH2 合并的共识更改之外，还有其他重要的事情需要在接下来几个月内完成，其中大部分是客户端需要为合并进行性能优化、更好地分离共识引擎等。鉴于此，与会人员同意不在12月进行功能分叉（feature fork），这意味着可能会推迟难度**，添加其他少量（one line）更改，但不会在合并之前产生新的 EIP。

现在看来，难度**被再次推迟几乎是板上钉钉，这也和我们之前分析过的它与以太坊合并之间的关联相吻合。简而言之，合并意味着 PoW 终结，而难度**彻底爆炸则意味着合并的完成。在以前的文章中我们分析过，PoW 的终结最快也要到2022年的二季度，而难度**从启动到彻底爆炸仅需要两三个月，因此如果12月便启动难度**，以太坊必须要在明年一季度完成合并，这是个难以完成的任务。

**一个问题是，以太坊开发团队是否会提出一个新的 EIP 来推迟难度**？过去四次，开发者都是通过降低难度因子中的伪区块高度来实现，而修改代码则必须提出 EIP。如何在不提出 EIP 的情况下实现难度***推迟，这需要开发团队进一步的解释（作者猜测 Tim Beiko 的意思是，12月升级只包含推迟难度*** EIP 而没有其他新的提案，因此考虑更改上海为其他冰川主题）。