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什么是以太坊

什么是以太坊?一千小我私人有一千个谜底,而本文想探讨的是最为一致的谜底,即以太坊的协议是什么?或用更手艺地形貌——若是要开发以太坊的客户端(PoW链/ETH1),我需要遵照什么规则?

你没法找到一份规范形貌以太坊当前的共识规则,由于以太坊的协议是通过增量更新来形貌的。以太坊黄皮书形貌了创世时的完整协议,而每一次协议换取都称为一次硬分叉(固然,也有人实验用「网络升级」这个表述),需要所有的客户端更新代码。简而言之,以太坊通过硬分叉来实现协议层的转变,转变的最小单元被称为以太坊改善提案(EIP, Ethereum Improvement Proposal),一次硬分叉包罗一组以太坊改善提案。 本文将回首以太坊的历次硬分叉及其中包罗的改善提案,试图展现已往的七年中以太坊事实做了什么。

历次硬分叉先容

概况

以太坊的历次硬分叉可以通过此页面查看。自 2015 年 7 月30日上线起,共举行了 14 次硬分叉,包罗 39 个 EIP(「君士坦丁堡」和「彼得堡」视为统一次)。距离最近的两次硬分叉是 26 天,距离最远的两次则是 490 天。

硬分叉分为「自动升级」和「被动升级」。自动升级指的是开发团队自动对以太坊协议的修正,而被动升级则是「不得不」接纳的行动,以应对潜在的平安性风险。被动升级至少包罗「DAO Fork」、「Tangerine Whistle」、「Spurious Dragon」、「Muir Glacier」、「Arrow Glacier」、「Gray Glacier」,它们或处置黑客偷窃(DAO Fork),或应对 DDOS 攻击(Tangerine Whistle, Spurious Dragon),或仅仅处置难度炸弹(Muir Glacier, Arrow Glacier, Gray Glacier)。而「自动升级」大致相符白皮书的设计(至少在命名上),Frontier(Frontier, Frontier Thawing)、Homestead、Metropolis(Byzantium, Constantinople/Petersburg, Istanbul),而 Berlin 和 London 则是以太坊蹊径图换取后的过渡性升级。此外,多次自动升级也包罗了推迟难度炸弹的选项。

硬分叉是若何杀青共识的呢?只管关于硬分叉的协商并无成文划定,而是遵照某种社区治理举行,但其流程发生过一次换取,标志性事宜是 Martin Holst Swende 提出了「以 EIP 为中央的升级」。这种新的硬分叉协商机制首次在 Berlin 升级使用,并阻止了一次大型失误,细节将在后文中先容。

代表性硬分叉解读

历次硬分叉背后蕴含着一些代表性事宜,颇具戏剧性,包罗 DAO 分叉、上海 DOS、双堡奇缘和拆弹危急。

DAO 分叉

DAO 分叉事宜是以太坊生长历程中最为深远的一次事宜。由于 the DAO 的智能合约被黑客攻击,约 360 万 ether 被黑客盗走,但有 28 天的冻结时间。在这时代,借助 Carbonvote ,持币者表达意愿,以太坊基金会决议将这部门资金转移到新的智能合约,允许投资者提款。此次分叉发生了 Ethereum Classic,也引发了大量的社会争论。

上海 DOS

在 Devcon 2 时代,以太坊焦点开发者们齐聚上海,但以太坊网络却遭遇了大量的网络流量攻击,造成了拒绝服务(DOS)。由于 EXTCODESIZE 操作码所消耗的现实系统资源远高于攻击者所需支付的手续费,攻击者频频挪用该操作码,造玉成网大多数节点无法追上最新区块。开发者们一面协调矿池和全节点启用受影响较小的 Parity 客户端,一面协商降低区块 gas(从 5 M 降低至 1.5 M)。最终,借助 Tangerine Whistle 和 Spurious Dragon 两次硬分叉调整了相关操作码的价钱,并做了状态修建,才缓解了 DOS 攻击的影响。这次硬分叉还带来了后续影响,由于对 EIP-161(纳入在 Spurious Dragon 中)的实现欠妥(Go-ethereum 和 Parity 各自错误地做了实现),造成了共识分叉。

双堡奇兵

你也许会好奇为什么在 7280000 高度会有「君士坦丁堡」和「彼得堡」两个分叉,仔细考察会发现两者的差异就在于「彼得堡」移除了 EIP-1283。

凭证 ChainSecurity 的讲述,EIP-1283 会为部门合约引入重入攻击的风险。TrailOfBits 给出了更详尽的剖析并提供了可能受影响的合约列表。在硬分叉激活前 32 小时,以太坊基金会发文提醒节点升级或降级以推迟君士坦丁堡升级,随后宣布新版本引入彼得堡硬分叉,客户端需要将「双堡」设置在统一块高或禁用君士坦丁堡硬分叉。

拆弹危急

为什么 Muir Glacier 和 Istanbul 两次硬分叉之间只有 26 天,这是由于焦点开发者们错误盘算了难度炸弹的爆炸时间,导致在 Istanbul 中未纳入推迟难度炸弹的提案。等到发现难度炸弹即将要对网络发生影响时,第 76 次焦点开发者集会迅速接受了 EIP-2384,并纳入到 Muir Glacier 硬分叉中。

硬分叉决议流程换取

硬分叉是若何决议的?现实上以太坊耐久缺少成文文档,更多依赖「社会共识」(若是我错了请矫正)。EIP-233 试图规范分叉的正式流程,但并未被接受。

只管本文无法展现以太坊社区对硬分叉决议流程的讨论,但以太坊的硬分叉决议流程显然发生过转变。在 Berlin 硬分叉之前,开发者首先确定硬分叉的时间,再决议要纳入哪些 EIP,确定之后再举行实现和测试。Berlin 前的每次硬分叉都是一个 Meta EIP,例如 Istanbul 硬分叉通过 EIP-1679 界说(简称 HFM-1679)。

Martin Holst Swende 提出了 EIP 为中央的硬分叉流程,其焦点看法是将 EIP 的接受与硬分叉剥离,焦点开发者聚焦于单个 EIP 的认可、实现和测试,当单个 EIP 被接受后,后续的硬分叉可选择纳入该 EIP。只管在写作历程中尚未找到该流程是若何被以太坊焦点开发者接受的,然则 Berlin 硬分叉弃用了 HFM-2070,而是接纳了 Martin 提出的流程。

决议流程的换取很快就施展了作用,在 Berlin 硬分叉测试网激活前两周,围绕 EIP-2315 的废留,开发者们睁开了猛烈的争论并最终移除了 EIP-2315 。由于新流程的接纳,最后时刻的换取并未对硬分叉造成太大影响,并最终定期举行。更多细节可参考本人撰写的《移除EIP-2315:以太坊柏林升级前的紧要刹车

不是改变的改变

值得一提的是,以太坊的区块空间上限(Block gas limit)并非共识的一部门。矿工有权更改区块空间上限,每个区块的上限转变最多为 0.1%。不去硬编码这个数值主要是为了阻止潜在的攻击风险。该数值转变的历史可参见 MyCrypto 撰写的研究讲述

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EIP 深入剖析

这些 EIP 对以太坊事实造成了什么影响,又是谁影响着以太坊的决议呢。本文整理了以太坊硬分叉中纳入的所有 EIP(不包罗元提案),详见链接。https://primitiveslane.notion.site/cbd45cf0289c414b86715b8a9e71b28e?v=838baf2ac3a442a6b3fa03e58c5dc0ae

EIP 都在做什么

纳入硬分叉的 EIP 的类型主要包罗计费模子换取、新操作码引入、难度炸弹、经济模子、预编译、平安思量等。

计费模子换取

计费模子换取是数目最多的 EIP,共有 10 个,占 25.6%。其通过增减操作码的单价,以平衡 gas 消耗和现实占用系统资源的不匹配,可消除系统被 DOS 攻击的隐患,或是有利于特定类型应用的部署。一部门 DOS 隐患是由于对系统资源的错误估量造成的,EIP-150 和 EIP-160 解决了这个问题;而另一部门 DOS 隐患则是系统的固有特征,随同着状态数据增进,接见状态数据的现实资源消耗也随之增进,因此需要定期调整响应操作码的单价,典型的有 EIP-1884(我以为写得最好的 EIP 之一)。

由于以太坊的状态示意模子,计费模子必须定期调整,这是特征,而非故障。

新操作码引入

共有 9 个 EIP 为以太坊虚拟机引入了新的操作码(不含 EIP-1884),占 23.08 % 。其中对照有影响力的包罗 EIP-7 (DELEGATECALL), EIP-1014(CREATE2), EIP-3198(BASEFEE) 等。

难度炸弹

共有 6 个 EIP 在推迟难度炸弹,占 15.4 % 。有 2 次硬分叉随同着经济模子的调整,即降低新区块奖励。其中有 3 次仅为了推迟难度炸弹而实行的分叉,即名字中带有 Glacier 的硬分叉。有关难度炸弹的历史,可见原语里弄的讲述

经济模子

有 4 个 EIP 对经济模子有影响,2 个降低了新区块奖励,1 个调整了难度盘算模子(EIP-100),此外引发较多争议的 EIP-1559 调整了手续费市场。

预编译

有 4 个 EIP 将一些密码学操作预编译,因此无需在 EVM 中执行,提升运行效率。包罗 EIP-152, EIP-196, EIP-197, EIP-198。

平安思量

有 3 个 EIP 是出于平安思量的,包罗重放攻击珍爱(EIP-155),状态前缀树整理(EIP-161),合约代码巨细限制(EIP-170)。

其它

其它 EIP 还包罗网络协议改善(EIP-8),增添生意执行状态接口(EIP-658),增添新的生意类型(EIP-2718)等。此外,EIP-2 包罗了 Homestead 的所有更新,较为庞大。

谁为 EIP 做孝顺

共有 43 人,77 人次介入了这些 EIP 的撰写,其中介入 2 个以上(含) EIP 的作者有 11 个。Vitalik Buterin 介入撰写的最多,共 17 个,占 43.6 %。Martin Swende 和 Christian Reitwiessner 各介入 5 个,Alex Beregszaszi 和 James Hancock 各介入 3 个,其余人介入的个数均不跨越 2 个。

Martin Swende 是以太坊基金会平安认真人,Go-ethereum 工程师,EIP 为中央的硬分叉流程的提出者;Christian Reitwiessner 是 Solidity 语言的发现者。

另外有趣的是在新的硬分叉流程实行之后,EIP 作者的数目发生了显著转变,这或许说明新的流程提高了 EIP 的介入度。Berlin之前,28 个 EIP,43 人次,平均每个 EIP 有 1.54 个作者;Berlin之后,11 个 EIP,34 人次,平均每个 EIP 有 3.09 个作者,增进了一倍。

总结

本文先容了以太坊历史上的历次硬分叉,解读了几回硬分叉背后的代表性事宜,并详细形貌了以太坊硬分叉决议流程向 EIP 为中央的转变。文章还深入剖析了历次硬分叉中的 EIP 所施展的作用以及他们背后的孝顺者。

以太坊即将迎来新的时代,往事涌上心头,读者同伙,你有何感受?

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