量化分析：以太坊合并后如何去中心化和抗审查？

共识是加密货币的基础，但也可以受到质疑。 合并后的以太坊也不例外：有人担心权益证明 (PoS) 验证器过于集中，会失去审查抵抗力。

这不是一场新的辩论。 甚至在合并之前，就已经有人担心以太坊合并后验证者的集中度和审查制度会发生变化。 当然，这个问题并不是以太坊独有的。 例如，60%的比特币算力曾经集中在中国，但比特币挖矿的分布在不到2年的时间里发生了根本性的变化。 变化，现在美国占主导地位（在撰写本文时超过 35%）。

2020-2021 年比特币网络哈希率的近似变化

这些辩论中存在合理的担忧。 加密货币的目标是创建一个中立、抗审查和去中心化的系统，同时拥有足够数量的参与者来抵御攻击。 但即使在这种看似乐观的情况下，网络在理论上仍然存在未知攻击向量的风险，任何中心化都会使此类攻击更有可能发生。

接下来对合并前后矿工和验证者的集中度做一个简单的量化分析。

合并前后

以合并前后的数千个区块为例，我们可以查看每个关联的区块提议者地址（矿工和验证者）的区块集中度。 在合并之前，只有十几个矿地址与奖励相关联，包括 Ethermine 等。 合并后，数千个地址与验证器相关联。 在超过一个急剧变化的阈值后，唯一奖励验证者地址数量的变化会变大。

这是 PoS 的一个很有前途的特性。 虽然验证者参与需要 32 ETH 的质押要求，但至少有数千个参与实体满足要求。

合并后，奖励接受者的集中度仍然很高。 我们试图通过基尼系数分析（一种衡量个人收入分配的方法）来反映每 1000 个区块的奖励集中度。 基尼系数的范围从 0（完全共享的区块）到 1（只属于一个验证者）。 我们还可以计算与该地址相关的前 3 个块所占的百分比。 下图中的两条线显示了此分析如何随时间变化：

基尼系数不是一个完美的衡量标准，但具有一定的参考价值。 虽然有更多的验证者，但它也以某种比例的方式更加中心化。 前 3 个控制百分比似乎相似，但图的左侧和右侧之间存在统计学上的显着差异，合并浓度增加约 2% (p < 0.005)。 尽管存在权力下放的趋势，但在这两个指标下都存在相当大的集中度。

这种中心化可能是不可避免的，前 5 个验证池持有近 80% 的以太坊质押。 PoS 具有很强的流动性。 验证者可以在任何地方构建自己的区块，并立即切换到其他区块构建的服务。 这是 PoS 转变的标志：区块提议者和构建者之间进一步脱钩。

我们如何确保区块构建服务的中心化不会过度影响网络的运行？ Jon Charbonneau 在他的 Delphi 分析报告中详细分析了这种解耦以及如何在协议中对其进行优化。 正如 Vitalik Buterin 在最近的一篇文章中总结的那样，一种方法是在优化区块构建者的约束和减轻区块提议者的负担之间取得平衡。

Vitalik 考虑了几种设计来实现这种平衡，例如“include list”

反审查

合并后发生的一系列事件加剧了对集中度的担忧。 例如，受美国制裁的影响，一些区块构建者避免在 Tornado 上进行交易，这意味着这些隐私保护交易减少了 30% 到 40%。 这里的问题是用户是否需要避免使用 OFAC 批准的地址或协议。 虽然美国政府没有具体建议遵守当地管辖权是合理的，但情况的模糊性引起了一些争议。

Etherscan 数据显示了验证器最近的细分，按生成块的百分比和为 Tornado 路由器 (0xd90e2f9) 提议的交易百分比。 你可以在最左边看到 Flashbots，它是最大的区块生成器，验证了 0% 的 Tornado 交易。 其他人也可能使用 Flashbot 的中继器。

Charbonneau 强调了这个问题的重要性，并毫不掩饰地说：“以太坊可以靠更高的费用生存，但不能靠审查生存。” 网络解决这个问题的一个现有工具是 Slashing。 验证者可能会因为这种做法而惩罚其他人。 现在网络上偶尔会发生削减，这是 Eric Wall 和其他人提供的解决方案的一部分。

注意：Slashing 旨在阻止恶意验证者行为并激励网络参与区块链。

结论：去中心化

如上所述，PoS 为共识引入了相当大的流动性，而 GPU 和工作量证明在合并之前是没有的。 但流动性也是一把双刃剑：如果你能迅速转向去中心化，你也能迅速转向相反的方向。

这些高度“移动”的验证网络有两种类型的去中心化：潜在的和已实现的。 所有网络都共享此属性，但 PoS 可能在此梯度上具有更高的变化率，即具有在极端之间快速移动的潜力。 换句话说，验证者可以轻松地在物理上和跨区块构建服务移动他们的操作。 虽然物理验证者和相应节点的网络可以保持不变，但网络的布线在理论上可以非常快地集中化：从独立的区块构建到依赖中心化的构建者。

以太坊现在拥有数十万个唯一的验证者地址。 这意味着存在大量重叠的实体（Sybil 问题；有关用户的一些统计数据，请参见 Etherscan），但这仍然意味着以太坊的 PoS 具有非常高的去中心化潜力。 如果所有存款人都运行自己的节点，那么可能会有成千上万的独立实体提议区块。

但是提议者和建设者的分离带来了第二个中心化来源：区块建设者。 建设者影响节点运营商的利润率，建设者和提议者之间存在激励，这意味着非常成功的建设者可以减少网络的去中心化，例如验证者可以涌向设计精美的构建工具。 从近 2 周的图表可以看出，Flashbots（红色带）已经开始主导区块构建，仅占其主要费用地址的 30% 以上。 这在一定程度上降低了以太坊已经实现的去中心化。

使用 Etherscan 工具进行数据和绘图

Flashbots 共享一个透明的仪表板，报告所有中继和构建活动。 （他们最近还宣布了共享基础设施、围绕透明度创建赠款并最终为更去中心化的区块构建做出贡献的目标。）在撰写本文时，他们服务的总主导地位约为 40%，人们可以更清楚地了解原因它们是对验证者有吸引力的资源：

期待 Charbonneau、Buterin 和许多其他开发人员分享的这些想法能够进一步实现，不仅是为了能源效率和协议调整的灵活性以太坊合并之后怎么挖矿，也是为了以太坊在合并后的潜在大规模去中心化。

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