能耗降低99%，以太坊代码变更背后的故事

事实上，每笔典型的以太坊交易消耗的电力比普通美国家庭的平均每日用电量还多。

在 2018 年的大部分时间里，以太坊挖矿所用的电力大约相当于整个“冰岛”国家的用电量。 事实上，每笔典型的以太坊交易消耗的电力比普通美国家庭的平均每日用电量还多。

以太坊设计师 Vitalik Buterin 说：“即使你不认为污染和二氧化碳是问题，也存在巨大的能源浪费。真正的消费者——我们每个人对电力的需求正在被比特币取代。”

最雄心勃勃的开源项目

Buterin 计划在 2019 年开始减少能源浪费。为此，以太坊基金会以及各种相关的开源团队计划对以太坊代码期待已久的“大变革”进行实地测试。 如果手术成功，到 2019 年底，以太坊的新代码可以使用目前消耗的 1% 的能量完成交易。

加密货币咨询专家 Zaki Manian 表示，以太坊的重生尝试将成为今年“最值得关注的科技事件之一”。 他认为，以太坊的发展过程意味着许多开发者和组织必须在规范方面进行公开协作，才能创造出让区块链真正实现并无缝运行的技术——这是迄今为止技术最先进的技术。 雄心勃勃的开源社区项目。

Buterin 的愿景是让以太坊成为一个去中心化的、对所有人开放的、基本上不受停机、审查和欺诈影响的全球计算机。

以太坊区块链具有这种潜力，因为它存储数据、支持决策并自动分配价值。 任务通过用户和开发人员使用以太坊自定义编程语言编写的智能合约和应用程序进行管理。 从长远来看，基于智能合约构建的应用程序最终将使以太坊成为最终的云计算平台。

能源消耗双刃剑

然而，这种远大的愿景与现实发生了冲突——尽管以太坊上运行着价值数百万美元的应用程序，但就连 Buterin 也表示，以太坊消耗的资源超过了它的社会效益。

问题是挖矿。 与大多数加密货币一样，以太坊依靠“工作量证明（PoW）”的规则进行算力竞争。在PoW规则下，所有参与者竞争以确保交易安全并将交易数据添加到区块链中。在全球分布式账本中。它是赢家通吃，奖励新挖出的加密货币以太坊挖矿投入资金吗，所以电脑越强大，赢得奖励的机会就越大。

设计 PoW 的初衷是增加挖矿难度。 它的设计理念是防止任何一个实体控制区块链。 例如，如果比特币矿工的计算机系统拥有网络一半以上的计算能力，矿工可能会进行欺诈行为，例如篡改已经完成的交易。 比特币用户几乎没有追索权，因为矿工是匿名的。

理论上，PoW 可以让挖矿保持其分布式特性。 然而在实践中，中国几家芯片厂生产的专用处理器 ASIC 的出现可以加快挖矿速度，将计算能力集中在这些矿机上，而不是各种不同的加密货币上。

以太坊选择了内存密集型 PoW 算法来进一步对抗能量的中心化。 这种算法对 ASIC 不利。 然而，面对暴涨的价值，计算资源的投资在过去一年出现了爆发式增长——至少是前一年的25倍。

由此产生的能源需求引起了环保主义者的强烈反对。 与此同时，公用事业和社区争辩说，如果他们迎合加密货币矿工，他们将面临财务风险和机会成本——在创造少数就业机会的同时吞噬廉价电力。

为矿工提供服务可能需要一个业务部门升级设备，但如果加密货币价格暴跌，挖矿业务关闭，设备升级可能就白费了。

最近的市场发展证实了他们的担忧。 自去年 1 月达到 1,358 美元的峰值以来，以太币一直在下跌，截至发稿时交易价格为 136.37 美元，足以抹去矿工的边际利润，并导致一些公司放缓甚至关闭设备。

难怪一些公用事业公司（例如总部位于蒙特利尔的 Hydro-Québec）会提高矿工的电价。 来自公用事业及其监管机构的这种抵制可能会进一步削弱基于 PoW 的加密货币的安全性。 电力供应受限和能源成本上涨将阻碍新进入者并加速挖矿权力的中心化，从而增加串通和欺诈的风险。

对于 Buterin 来说，削减能源从一开始就是以太坊愿景的一部分。 其他支持者普遍同意 - 该计划是用股权证明 (PoS) 取代 PoW - 一种分布式共识的替代机制，于 2012 年首次用于名为 Peercoin 的加密货币。PoS 随机选择一个矿工来处理交易，而不是比数以百万计的处理器同时处理同一事务。

在 PoS 机制下，参与者成为“验证者”而不是矿工。 关键是要让验证者保持诚实——PoS 通过要求每个验证者将 Ether 作为抵押品质押在以太坊中来实现这一关键要求。 质押的越多，验证者获得的机会就越多。 但这也意味着，如果被发现作弊，验证者将蒙受很大损失。

根据 Buterin 的说法，切换到 PoS 将使以太坊交易的能耗降低 99% 以上。 “PoW 是耗电量巨大的部分。区块链交易所需的计算能力不是超级密集，主要是验证数字签名。这不像某种重型 3D 矩阵图或具有千兆字节数据的机器学习”

削减计算能力和能源使用不仅是一种生态行为，它还具有经济效益。 因为这会减慢发行新以太币以鼓励验证者的速度——稀释加密货币中的额外资金。 因为 PoS 验证者不会消耗掉他们所有的能量，所以我们不必像以前那样奖励他们。

转向 PoS 也提高了安全性。 在 PoS 下，每个验证者帐户的位置都是已知的，如果验证者违反规则，则该位置将被销毁。 以太坊基金会的首席 PoS 开发人员 Vlad Zamfir 将此比作：比特币社区获得了摧毁滥用矿工数据中心的能力。

没有错误的转弯

到 2015 年，PoS 的好处已经说服以太坊社区做出转变，像 Buterin 这样的领导者预计将在一两年内实现这一转变。 为了阐明他们的意图，以太坊的核心开发人员重写了他们的 PoW 代码以增加挖矿的难度——被称为“硬炸弹”，它在 2016 年底开始减缓新交易区块的创建，预计在未来几年内，以太坊采矿将停滞不前。

不过，这个功能更像是一个带有贪睡按钮的闹钟。 2017 年 10 月，当挖矿时间翻倍至 30 秒时，以太坊团队重置了时钟，将 PoW 世界的终结时间推迟了约 12 个月。 他们很快就会再次按下贪睡按钮。

并不是说以太坊团队在睡觉。 Buterin 说，事实上，以太坊开发人员已经消灭了大部分与 PoS 相关的理论怪物，但理论解决方案向高效软件的转变比预期的要慢。

给 2019 年带来希望是以太坊领导人在 2018 年 6 月通过的一项激进的新计划。在此之前，他们曾期望将 PoS 纳入现有的以太坊区块链。 但在 6 月，他们决定与 PoW 彻底决裂，建立一个完全通过 PoS 运作的全新区块链。

这种双链方案被称为以太坊2.0，它给以太坊程序员带来了不一样的体验，因为如果他们继续使用原来的链，就意味着将PoS机制写成一套复杂的智能合约。

在决定转向以太坊 2.0 几个月后，起草了 PoS 规范以太坊挖矿投入资金吗，多个团队已经在用各种编程语言开发软件。 例如，Sigma Prime 的 Hauner 团队正在使用 Rust 开发其以太坊 2.0 客户端，他预计该应用程序将于 2019 年初在测试网络上运行 PoS。

Buterin 表示，在 2019 年底之前，公共测试网可能会处理另一个具有多个分叉的以太坊 2.0 创新，以提高交易吞吐量。 但他警告说，仍有可能潜伏着“未知因素”来推迟这一进程。

作为一个价值数十亿美元的网络，如果推出不稳定或不安全的技术，以太坊显然会损失很多。 要使用以太坊的 PoS 链，以太币持有者必须在原以太坊链上存入一份智能合约，该合约不可逆地将以太币转移到新链上。 任何失误都可能使使用以太坊智能合约的开发人员和项目面临风险。

而如果延迟太久，以太坊也将遭受巨大损失——一系列资金雄厚的项目，如 Cardano、Dfinity、EOSio 和 Cosmos，都在酝酿自己的、基于 PoS 的区块链。 像以太坊一样，他们试图证明高安全性和高效率并不矛盾。

谁先释放出区块链的应用潜力，谁就可能成为未来的计算平台，而其他竞争者则可能消失。