以太坊难度炸弹详解，第五次延迟意味着POW结束可能再次延迟

吴硕作者| 吴卓成

本期编辑 | 吴柯林

8 月 20 日，以太坊核心开发者 Tim Beiko 在回顾开发团队电话会议内容时表示，12 月的难度炸弹可能会推迟，但合并前不会有新的 EIP。 算下来，这可能已经是第五次延迟难度炸弹了。 为什么难度炸弹一拖再拖？ 它存在的意义是什么？ 它与ETH2.0的合并有什么关系？

一、难度炸弹的意义

难度炸弹是以太坊挖矿中导致挖矿难度快速上升的开关。 以太坊的挖矿难度不仅与前一个区块的出块时间有关，还与区块的难度系数有关。 难度计算公式如下。 上半部分为常规难度调整，将每个区块的出块时间稳定在13秒； 后半部分（即红框内的部分）为难度系数，决定了难度炸弹的开启时间和爆炸速度。

具体来说，难度系数包括难度炸弹的目标区块高度。 当区块高度未达到目标值时，挖矿难度仅受前一个区块出块时间的影响； 而一旦区块高度达到预定值，出块时间就会呈指数级增长，之后每挖出10万个区块就会调整难度。

2015 年 8 月 4 日，以太坊前首席商务官 Stephan Tual 首次提到了难度炸弹。

“很多人一直想知道我们如何在 Serenity 阶段实现从 PoW 到 PoS 的转换。 这将通过新推出的难度调整方案来处理，顺利保证未来16个月的硬分叉点……它的工作原理是这样的：从200,000区块高度开始（大约2015年8月下旬），挖矿难度会开始呈指数增长，大约一年后，难度会大幅增加。 到那个时候（可能是 Tranquility 里程碑发布的时候），挖矿难度的大幅增加会导致出块时间变长。”

为什么 PoW 到 PoS 的转换需要难度炸弹来过渡？ 了解了这个问题之后，我们就可以梳理一下难度炸弹和ETH2.0的先后顺序了。 首先，我们需要接受一个事实，即ETH2.0完成后，PoW将退出历史舞台，不再存在两种共识并存的情况。 这个在吴硕之前的文章中也有分析过，ETH2.0合并阶段的完成就是PoW挖矿的过程。 挖矿结束。

对此，庞大的矿工社区中有一种声音，试图在以太坊1.0和2.0合并完成后实施分叉。 这对于整个以太坊社区来说无疑是一个双输的局面，因此开发团队需要想办法防止此类事件的发生。 我们知道，由于Vitalik的存在，以太坊开发团队相对容易统一战线； 但矿工队不是。 去中心化使得所有矿工无法形成利益共同体。 也就是说，只要矿工之间可以互不信任，矿工就没有足够的算力来实现51%的攻击。

难度炸弹是不信任矿工的公然阴谋。 根据 Stephan Tual 的估计，以太坊需要一年左右的时间才能提升到几乎无法挖出区块的难度。 这意味着，从开盘到矿工入不敷出，至少还有几个月的时间，而这段时间正是矿工阵营瓦解的时候。

考虑到区块高度越高，越难实现分叉。 矿工不能等到完全没有输出了才开始分叉，而应该在难度炸弹开启后立即开始行动。 但是试想一下，作为一个理性的个体矿工，你会在难度炸弹开启的情况下尝试分叉主链吗？ 其实你会担心：如果个别矿工不合力分叉，而是继续在原来最长的链上挖，那么他们的产出会大幅增加，甚至超过难度炸弹造成的损失。 一旦分叉失败，这些“被背叛”的矿工将大赚一笔，而“团结”的矿工将一无所获。 因此，理性的矿工会选择沿着主链继续挖下去（或者选择以合理的退出价格离开），即使知道最终的结果是零产出，也没有人愿意带头冒险。

理解了难度炸弹的含义后，我们自然可以理解它开启时间和ETH2.0合并时间的先后顺序。 上文提到，难度炸弹的存在是为了防止以太坊1.0和2.0合并时矿工集体分叉。 因此，如果以太坊的合并已经顺利完成，那么难度炸弹就没有任何意义了。 之所以将难度炸弹的最终开启时间视为 PoW 终结的先行指标，正是基于这样的逻辑。

难度炸弹启动后，以太坊的合并必须在两三个月内完成。 如果无法完成，球队只能选择暂停和延期。 这在历史上已经发生过三次。

2. 难度炸弹的EIP延迟上线

史上首次开启难度炸弹，先后四次延期。 四次延误分别发生在拜占庭升级、君士坦丁堡升级、缪尔冰川升级和刚刚结束的伦敦升级。

上图展示了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，但是出现了3次急剧上升以太坊是哪年产生的，这3次都是难度炸弹激活的时候。 每开启一次，出块时间就会呈锯齿状上升，因为每挖出10万个区块，难度就会调整一次。 以前13秒为例，10万个区块用了15天左右，最后增加到25秒。 此时，10万个区块用了将近一个月的时间，所以锯齿逐渐变宽。 . 三个难度炸弹最终被暂停和推迟，是因为以太坊开发团队还没有准备好全面切换到 PoS，PoW 模式下区块难度的增加会导致交易等待时间和叔块概率增加，从而降低以太坊的实用性和车间的安全。

难度炸弹首次延迟

2017年3月，区块高度达到370万，首次激活难度炸弹，出块时间快速增长。 这期间，难度调整了6次，直到10月份延长到30秒。 这个时候如果不尽快停止难度炸弹，将会严重影响以太坊的生态。 经开发团队讨论，以太坊在437万区块高度推出硬分叉——拜占庭升级，升级版中包含EIP-649提案，以当前区块高度减去300万作为公式 假区块中使用的高度，以延迟难度炸弹的激活时间。

此时的真实区块高度为437万，但用于启动难度炸弹的假区块高度为137万（437-300）。 简单计算，当假区块高度再次达到370万，即经过233万（3.70-137）个区块后——即真实区块高度达到670万（437+233）时，将开启难度炸弹再次 。

难度炸弹第二次延迟

2019年1月15日，以太坊君士坦丁堡升级协调员Afri Schodeon发现，以太坊难度炸弹在670万区块高度如期启动，并在700万左右区块高度“爆炸”。 第二天，以太坊核心开发者（即推出EIP-1559的开发者）Eric Conner在推特上指出，难度炸弹爆炸后，平均出块时间从14秒上升到15.5秒, 并且会加速增长。

2 月中旬，以太坊的出块时间上升到 20 秒，问题再次摆在了以太坊的开发者面前。 唯一的办法就是分叉升级来应对难度炸弹的影响。 2月28日，君士坦丁堡升级在728万区块高度完成分叉，难度炸弹危机再次暂时解除。 君士坦丁堡升级中包含的 EIP-1234 不仅推迟了难度炸弹，还将区块奖励降低至 2 ETH。 这次延迟爆破的方法和拜占庭升级是一样的，就是简单的将难度系数中的假区块高度降低500万。 调整后真实身高728万，虚假身高228万（7.28-500）。 当虚假高度回到370万，即真实高度达到870万（370-228+728）时，难度炸弹将再次开启。 这次只需要通过 142 万个区块以太坊是哪年产生的，所以时间比上一次要短。

第三个延迟难度炸弹

2019年10月5日，难度炸弹在860万区块高度提前上线。 12 月中旬，区块生成时间上升到 17 秒。 伊斯坦布尔升级后不久，以太坊开发人员不得不在 920 万海拔高度执行另一次硬分叉。 这是缪尔冰川升级。 本次升级只有一个改进建议（之所以以冰川命名，是因为升级只针对难度炸弹，炸弹完全爆炸后，区块奖励将被“冻结”）。第五次延期最近的考虑也可以这样命名）或 EIP-2384，其目的是将难度炸弹再延迟 400 万个块，或 1320 万个高度，或大约 611 天前。

并且提案中还有一句话引人注意：最好将难度炸弹再次推迟到最终版ETH2.0工具（finality gadget）的预计发布时间。

第四延迟难度炸弹

这一次，以太坊开发团队没有等到难度炸弹爆炸。 2021年8月5日，以太坊在1296.5万的高位启动伦敦升级，难度炸弹再次延期。 本次升级包括EIP-3554，将难度系数中的假区块高度从约1247万降低了970万，即277万（这个高度不是当前的实际高度，而是协议制定时建立的估计高度）建议的）。 因此，在大约 930,000（370-277）个区块之后，难度炸弹将再次被激活。 按照13秒的出块时间计算，大约需要4.7个月（官方估计是12月的第一周开始）。

EIP第五次提议延迟难度炸弹？

7月，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月的上海升级不能完成2.0合并，其实这个假设有很大概率发生），我们需要决定是否包括另一个难度炸弹延迟以外的任何东西（作者注：如果包括其他升级协议，则保留“上海”名称，否则考虑“冰川主题”命名，原因与缪尔冰川相同升级）。

8 月 20 日，Tim Beiko 在以太坊核心开发者电话会议的内容回顾中表示，基本上所有团队都同意，除了 Eth1 和 Eth2 合并的共识变化之外，还有其他重要的事情需要在接下来的几天。 一个月内完成，其中大部分是客户端对合并性能优化，共识引擎更好分离等需求。鉴于此，参与者同意在 12 月不做功能分叉，这意味着难度炸弹可能是延迟，添加其他一行更改，但在合并之前不会产生新的 EIP。

现在看来，难度炸弹又要延期了，几乎可以肯定，这也和我们之前分析过的以太坊合并的相关性是一致的。 简而言之，合并意味着 PoW 的结束，难度炸弹的彻底爆炸意味着合并的完成。 在之前的文章中，我们分析过，PoW 的终结最早要到 2022 年第二季度，而难度炸弹完全爆炸也只需要两三个月的时间。 因此，如果12月发射难度炸弹，以太坊要在明年一季度完成合并是一项艰巨的任务。

最后一个问题，以太坊开发团队会不会提出新的EIP来延缓难度炸弹？ 过去四次，开发者都是通过降低难度系数中的伪区块高度来实现的，同时修改代码必须提出EIP。 如何在不提出EIP的情况下实现难度炸弹的延期，需要开发组进一步说明（作者猜测Tim Beiko的意思是12月的升级只包括难度炸弹的EIP的延期，没有其他新提案，所以考虑改“上海”为其他“冰川主题”）。

标题图片来自今日美国

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