ETH编年史：解读君士坦丁堡的升级

摘要：以太坊即将升级为君士坦丁堡。 此时，从起点回顾以太坊的成长历程，或许能更好地帮助我们理解此次重大升级。

“十一月一个寒冷的日子在旧金山，我首先写出了以太坊（Ethereum）白皮书的初稿。 思想和工作的结晶。 Cryptocurrency 2.0 简单来说就是将区块链技术应用到货币以外的领域，不再局限于货币领域。”——本文作者 Vitalik Buterin 于 2014 年 1 月 23 日的博客，现在以太坊即将升级到君士坦丁堡，让我们从起点回顾以太坊的成长历程，或许能更好地理解这次重大升级。

01起点

Vitalik Buterin 在 2013 年底描述了以太坊。此后不久，Vitalik 发布了以太坊白皮书，详细介绍了以太坊协议和智能合约架构的技术设计和基本原理。 2014年1月，Vitalik在美国佛罗里达州迈阿密举行的北美比特币大会上正式宣布了以太坊。

以太坊开发始于 2013 年 12 月，当时两名开发人员（中：Jeffrey Wilcke 和右：Gavin）和一名大学辍学生（左：Vitalik）决定集思广益，共同开展该项目。 ETH 的第一个概念验证（Proof of Cocept 1，PoC1）于 2014 年 2 月 1 日完成。

为了启动由开发商、矿工、投资者和其他利益相关者组成的庞大网络，以太坊宣布计划进行以太币预售。 2014 年 7 月 23 日，以太坊通过为期 42 天的预售筹集了 1844 万美元，约合 60,102,216 个以太币。

在 Ether 成功预售后，以太坊的开发在一个名为 ETH DEV 的非营利组织下正式进行，该组织根据以太坊合约管理以太坊的开发——Vitalik Buterin、Gavin Wood 和 Jeffrey Wilcke 3 位公司董事。

2014 年 11 月，ETH DEV 在柏林举办了为期 5 天的首次小型开发者大会 devcon 0。

Devcon 0 站点

2015 年 5 月，Olympic 测试网启动，2014 年 2 月 1 日午夜（POC1）启动的测试网即将结束。 事实上，在整个 2014 年和 2015 年，以太坊团队开发了一系列概念验证版本，并在第 9 次（也是最后一次）POC 开放测试网络（称为 Olympics）上邀请开发者社区参与测试网络上限，对于那些保持各种记录或以某种方式打破系统的人来说，有巨额奖金。

这也是 Frontier 发布之前以太坊开发过程的最后阶段。

02发布

2015 年 7 月 30 日，以太坊发布了测试版 Frontier（以太坊第一阶段）。 全球矿工启动挖矿设备，用户运行节点，以太坊网络启动运行。 Frontier 虽然是以太坊项目的第一个里程碑，但本质上是一个测试版，供开发者学习和体验，并开始初步构建去中心化应用程序和工具。

前沿网络

Frontier 采用类似于 Bitcoiners 的模型，即以太坊的原始版本。 Frontier 是以太坊网络的一张白纸：一个用于挖掘的接口以及一种上传和执行合约的方式。

Frontier 的主要目的是运行挖矿和交换交易，以便社区可以运行挖矿设备并开始构建人们可以测试分布式应用程序 (DApp) 的环境。 在这种环境下，用户将自己的软件上传到以太坊需要以太币。 您可以通过以太坊/比特币 (ETH/BTC) 交易对购买 ETH，或在预售期间购买以太币，然后可以在 Frontier 网络上使用。

Frontier 只有命令行界面，没有图形界面。 需要非常精通整个以太坊模型，对工具有很好的掌握。 可以挖真实的以太币，每区奖励0.59个以太币，是正常以太币发行量的10%。 开采的以太币可用于支付运行程序的费用，或与其他事物进行交互。

如果核心开发者和审计者认为 Frontier 足够稳定，ETH 就会从 Frontier 迁移到 Homestead。 当准备迁移到 Homestead（Frontier 之后的另一个阶段）时，Frontier 网络将被关闭。 钱包中的以太币一起转移，但合约中的状态会被抹除，以“炸弹合约”的形式转移到新网络中。

2015年11月上旬，第二届开发者大会DEVCON-1在伦敦召开。 为期 5 天的活动包括 100 多场演讲、小组讨论和闪电演讲，吸引了 400 多名参与者，包括各种开发人员、企业家、思想家和企业高管。 瑞银、IBM 和微软等大公司的出席也表明了企业界对这些技术的兴趣，微软还宣布将在其云计算平台 Azure 上提供以太坊区块链即服务 (BaaS)。

开发者大会 1 个站点

2016年3月14日（Pi Day，圆周率日），以太坊进入了一个新的阶段：Homestead。 Homestead 区块是主网的第 1,150,000 个区块。 对于测试网 Morden，Homestead 区块是测试网的第 494,000 个区块。

家园版

Homestead 是以太坊平台的第二阶段，包括几个协议更改：

❶以太币挖矿获得100%的报酬，即5个ETH，而不是Frontier时期的10%

❷ EIP-2 主要 Homestead 硬分叉变更

❸ EIP-7硬分叉对应的EVM（以太坊虚拟机）更新：DELEGATECALL

❹ EIP-8 devp2p 向前兼容

2016年9月19-24日，为期5天的第三届以太坊开发者大会DEVCON 2在上海召开。 会议吸引了千余人参会，围绕以太坊发展、工具、安全、应用和生态等方面进行了展望和讨论。 此外，在DEVCON 2大会上，Vitalik发布了他的最新研究成果“以太坊紫皮书”，详细阐述了Casper的机制和分片（sharding）技术。

Devcon 2 站点

03槽

事实上，2015-2016 年是 ETH 的低谷期。 ETH 团队在解决 PoS 和可扩展性方面的一些核心问题时遇到了一系列困难，包括“投注共识”、存储成本和分片技术。

除了技术发展，外部困难也给它带来了最严峻的考验。

2016年4月30日，“The DAO”项目启动众筹，28天共募集价值超过1.5亿美元的ETH，成为史上最大众筹项目。

DAO（Decentralized Autonomous Organization）是“去中心化自治组织”的缩写。 其目的是为规则制定者和决策机构编写智能合约，从而节省人力和管理成本，打造去中心化的自治管理结构。 DAO可以理解为一个完全由计算机代码控制的类似公司的实体。

2016 年 6 月 18 日，黑客利用 The DAO 代码的漏洞，成功窃取了 360 万枚以太币，当时价值超过 5000 万美元。 经过社区的激烈讨论，以太坊社区决定通过硬分叉来防止黑客提币。

2016年7月20日，以太坊硬分叉完成，以太坊在原链的基础上分叉出一条新链。 然而，社区中的一些矿工继续挖原链，这直接导致了以太坊经典（ETC）的诞生。 此后，ETH和ETC两条链并行发展。

就在所有人都以为The DAO事件告一段落的时候，麻烦又降临到了以太坊身上。 在 2016 年底前的几个月里，以太坊网络遭受了多次 DoS 攻击。 DAO事件和DoS攻击最终耽误了很多人长达6个月的时间和精力。

04 大都会来了

2017年10月17日，以太坊按原计划在473万区块高度升级为Metropolis（大都会）第三阶段。

Metropolis版本包括拜占庭（Byzantium）和君士坦丁堡（Constantinople）两个硬分叉。 其中，拜占庭作为Metropolis的第一部分部署成功，后者原定于2018年升级，后延期至2019年1月16日。

“大都会”是以太坊发展四个阶段中的第三个。 随着它的到来，以太坊增加了许多有趣的特性，即：zk-Snarks、PoS（Proof of Stake，即权益证明）的早期实现、智能合约和抽象账户的灵活性和稳定性。 （点击下方“阅读原文”了解更多大都市四大特色）

“拜占庭”将引入大量新特性，主要包括前面提到的zk-Snarks、“revert function and return data instruction”（智能合约的灵活性）、抽象账户等。

具体包括以下升级：

❶ 添加“REVERT”运算符，允许在不消耗所有气体的情况下处理错误（EIP 140）

❷ 交易接收者现在可以包含一个状态字段来指示交易是成功还是失败（EIP 658）

❸ 将椭圆曲线和标量乘法添加到 alt_bn128 (EIP 196) 和配对检查 (EIP 197)2016以太坊价格最低，允许 ZK-Snarks 和其他密码数学

❹支持大数模数幂（EIP 198），实现RSA签名验证等加密应用。

❺ 支持可变长度返回值（EIP 211）

❻添加“STATICCALL”操作符以允许对其他合约进行非状态更改调用（EIP 214）

❼ 修改难度调整公式，加入叔块（EIP 100）

❽ 冰河时代/难度炸弹推迟一年，区块奖励从 5 ETH 下降到 3 ETH (EIP 649)

05 君士坦丁堡升级

总的来说，本次升级主要包括以下几个方面，具体为EIP-145、EIP-1052、EIP-1014、EIP-1234。

EIP-145：它向 EVM 添加了位移指令。 按位移位是将数字向左或向右移动的过程。 通过这条新指令，系统运行时的运行将减少10倍的gas消耗，这意味着一些项目的智能合约将变得更便宜。

EIP-1052：它引入了一种允许智能合约验证的新操作，使另一个合约的代码更加高效。 此前，这种验证需要用户获取另一个合约的代码并进行验证。 这个新操作返回代码的哈希值，允许检查。 合约哈希就像指纹一样，具有唯一标识性，无法伪造。

EIP-145 和 EIP-1052 将使 EVM 更高效，使用户在以太坊网络上运行智能合约的成本更低。

EIP-1014：将增加一个状态通道，可以类比比特币的闪电网络，允许某些交易不在主链上进行，这将大大提高以太坊的吞吐量和性能。 （注：闪电网络是一种扩容方案，采用链下交易的形式，只需要开始和结束链上需要广播的交易，其他交易完全在链下实现.)

EIP-1234：这是一个关于以太坊“难度炸弹”和减少区块奖励的有争议的提案。

为什么 EIP-1234 引入难度炸弹？

Homestead（宅基地）第二阶段采用100%的PoW挖矿，但挖矿难度不仅因为算力的增加而增加，还有一个额外的难度系数呈指数级增长，就是难度系数炸弹（难度炸弹）。 Bomb），为了防止矿工在PoW转PoS的过程中联合起来反抗，从而分叉出两条以太坊区块链，引入了难度炸弹。

难度炸弹是指在计算难度时，除了根据出块时间和前一个区块的难度进行调整外，还增加了一个每100,000个区块呈指数增长的难度系数。

随着区块高度的增加，呈指数增长的难度系数比例会显着增加，这会大大增加出块的难度，矿工挖出新区块的难度也会增加，这也会导致增加平均区块生成时间为 15 秒。 时间越长，每天产生的区块总数会减少。 随着方块的难度越来越大，到最后方块会完全冻结。 这个过程也被称为“冰河时代”。

带着这样的期待，一直在使用PoW挖矿的矿工会逐渐发现转为PoS挖矿会更好，于是他们会主动放弃PoW挖矿，将购买的矿机作为沉没成本处置掉，而不是主动分配。 同时，大都会（Metropolis）第三阶段也将解除难度炸弹。

然而，当它真正进入大都会（Metropolis）阶段时，转用权益证明（PoS）的开发时间比原计划的要长很多，而工作量证明（PoW）仍然是以太坊目前挖矿的主要机制。 以太坊的平均出块时间为 15 秒，由于难度炸弹，它开始呈现上升趋势。

为了不阻塞交易，维护系统稳定运行，在PoS尚未上线时，难度炸弹的拆除需要相应延迟。 实现方式是根据后面300万个区块的高度来计算挖矿难度，平均维持15秒这样操作后，ETH的供应量会明显超过原先难度炸弹计划的供应量，这将导致通货膨胀并降低 ETH 的价值。

为了使 ETH 的供应量与原计划数量相当，需要降低每个区块的奖励。 拜占庭（Byzantium）升级会将原来的5个ETH减少到3个ETH，叔块的奖励也会相应减少。 这样一来，冰河时代的到来就被推迟了4200万秒，也就是大约1.4年。 预计到2018年底（EIP649）出块速度平均为30秒。

然而，由于权益证明（PoS）的发展进一步滞后，这次君士坦丁堡升级不得不再次重复拜占庭操作，将难度炸弹的解除又推迟了12个月，通过让挖矿难度降低减少 500 万个区块，并从 3 ETH 进一步减少到 2 ETH，叔块的奖励将进一步减少（2E18 wei，或 2,000,000,000,000,000,000 wei，或 2 ETH）。

这样一来，冰河时代就被推迟了2900万秒，也就是大约12个月。 预计到2019年冬天平均出块速度为30秒（EIP1234）。

06 总结

从项目开始到现在，以太坊的愿景不断发展和扩展。 简单来说，以太坊（Ethereum）的愿景一开始就是下一代密码账本，意在支持很多高级功能，包括用户发行货币、智能合约、去中心化交易和第一个完全去中心化的自治。 组织 (DAO) 或去中心化自治公司 (DAC) 应用程序。

随着以太坊区块链的发展，逐渐形成了底层和高层配套的一套协议，包括Solidity、Whisper、IPFS、零知识证明系统、账户管理系统、专用浏览器等。以太坊已经从一个简单的尝试通过向更雄心勃勃的愿景添加编程功能来改进 Mastercoin，即“网络 3.0”——一个更安全、可信和开放的去中心化网络，用于共识、金融、审计、跟踪和利用。 互联网是应用现代化技术取代原有低效解决方案而诞生的，区块链只是其中的一部分。

我们可以用下表表达以太坊的整个升级路径：

在2018年底的devcon 4上，ETH团队展示了进入“沉寂阶段”的以太坊2.0的三大特性：权益证明的共识机制（casper是一种pow和pos并存的机制）， sharding和Ewasm虚拟机，此外还有plasma等侧链解决方案，ETH接下来的发展和道路依然艰巨。

但对于ETH这样成熟的项目来说，除了面临发展困难外，如何在每次升级过程中妥善处理与社区生态的关系，也是一个需要慎重考虑的问题。 根据ETHernodes网站提供的数据2016以太坊价格最低，截至1月9日晚间，以太坊网络7863个全节点中只有约14.47%支持君士坦丁堡硬分叉，虽然难度炸弹很大程度上保证了ETH不会一分为二链，但矿工面临奖励收益减少的情况，是否会退出ETH，选择其他链进行挖矿，不得而知。

参考阅读：测试网迭代

2015 年 5 月，以太坊推出了 Frontier 及其首个公共测试网 Olympic。 两个月后，Olympic 被 Morden 取代。 Morden是第一个真正意义上的官方公测网，贯穿Frontier和Homestead，但由于区块链过于臃肿，同步时间过长以及Geth和Parity客户端之间的共识问题，之后是以太坊测试网作为 Ropsten 重新启动，而 Morden 测试网已被弃用。

Ropsten 是以太坊官方为解决 Morden 难度炸弹而重启的测试网。 它于 2016 年 11 月 20 日推出，至今仍在使用。

2017 年 2 月 24 日，Ropsten 测试网遭受 DDoS 攻击，这让以太坊开发者意识到当前测试网的不稳定性。 随后的24小时内，包括Parity在内的10家以太坊公司联合推出了由权威证明（PoA，Proof of Authority）共识引擎驱动的测试网Kovan。 Kovan 网络令牌供应由可信节点控制，使其不易受到垃圾邮件攻击。

同年 4 月，以太坊团队发布了同样由 PoA 共识引擎驱动的 Homestead 的 Geth 测试网络 Rinkeby。