Ethereum Merge：从 PoW 过渡到 PoS
2022 年 9 月 15 日，在区块 15,537,393 处，Ethereum 完成了软件工程史上最具雄心的技术升级之一。The Merge 将 Ethereum 的共识机制从工作量证明（PoW）切换为权益证明（PoS），彻底移除了挖矿，并以基于质押的验证系统取而代之。本文将说明当时发生了什么、为何重要、Ethereum 上的权益证明如何工作，以及三年后它对生态系统带来的影响。
什么是 The Merge？
The Merge 是两条独立 Ethereum 链的合并：
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执行层（原 “Eth1”）：自 2015 年 7 月起运行 PoW 的原始 Ethereum 主网，包含全部交易历史、智能合约与状态。
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共识层（原 “Eth2” 或 Beacon Chain）：一条于 2020 年 12 月 1 日上线、与主网并行运行的 PoS 链。它负责验证者与 PoS 共识协议，但不处理交易。
在 2022 年 9 月 15 日，这两层完成合并。执行层采用了 Beacon Chain 的 PoS 共识，挖矿立即停止。这相当于在飞机飞行过程中更换发动机，同时链上还有数千亿美元价值在运行，并且实现了零停机。
时间线
| 日期 | 事件 |
|---|---|
| 2020 年 12 月 1 日 | Beacon Chain 上线（PoS 共识并行运行） |
| 2022 年 6 月 | Ropsten 测试网合并 |
| 2022 年 7 月 | Sepolia 测试网合并 |
| 2022 年 8 月 | Goerli 测试网合并 |
| 2022 年 9 月 6 日 | Bellatrix 升级（Beacon Chain 为 Merge 做准备） |
| 2022 年 9 月 15 日 | The Merge —— Terminal Total Difficulty 达成，PoS 激活 |
发生了什么变化
| 维度 | 之前（PoW） | 之后（PoS） |
|---|---|---|
| 出块者 | 矿工 | 验证者 |
| 出块时间 | ~13 秒（可变） | 12 秒（固定） |
| 能耗 | ~112 TWh/年 | ~0.01 TWh/年 |
| 新增 ETH 发行 | ~13,000 ETH/天 | ~1,700 ETH/天 |
| 硬件要求 | GPU/ASIC | 消费级硬件 + 32 ETH |
| 最终性 | 概率最终性 | 确定性最终性（~13 分钟） |
哪些没有变化
同样重要的是理解 The Merge 没有改变什么：
- Gas 费用：The Merge 并未降低交易费（这主要由 Layer 2 和 EIP-4844 解决）
- 交易速度：区块时间略有下降，但基础吞吐量基本不变
- 历史数据：所有交易历史与智能合约状态均被保留
- 用户体验：从终端用户视角看，Ethereum 前后运行方式几乎一致
- 智能合约：现有合约无需修改即可继续运行
为什么选择权益证明？
能源效率
最直观的收益是99.95% 的能耗下降。在工作量证明下，Ethereum 的用电量大致相当于荷兰；在权益证明下，一个验证者可在消费级笔记本或 Raspberry Pi 上运行。
这不仅在环保层面意义重大，也改变了叙事。过去因能耗问题回避 Ethereum 的 ESG 导向机构，现在可以参与。针对 Ethereum 的环境争议基本被消除。
经济安全性
在 PoW 中，安全性来自持续投入电力和硬件；在 PoS 中，安全性来自有风险资本——验证者锁定 ETH，若作恶将被销毁（slashed）。
安全模型的关键差异：
| 因素 | Proof of Work | Proof of Stake |
|---|---|---|
| 攻击成本 | 获取 51% 算力 | 获取 33% 已质押 ETH |
| 攻击后果 | 设备可复用 | 已质押 ETH 被销毁 |
| 恢复方式 | 必须在算力上反超攻击者 | 社会协调可分叉脱离攻击链 |
| 持续成本 | 持续电力支出 | 一次性资本锁定 |
PoS 的重要优势在于攻击者资本可被惩罚性销毁。PoW 中，51% 攻击者在攻击后仍保有矿机；PoS 中，恶意验证者的质押会被 slash，直接损失投资。
降低发行量
PoW 需要较高发行量（约 13,000 ETH/天）来补偿矿工的电力与硬件成本。PoS 所需发行量显著更低（约 1,700 ETH/天），因为验证者成本很低——只需要电脑与网络连接。
结合 EIP-1559 的手续费销毁机制，在网络活动正常到高位时期，ETH 已呈现净通缩。被销毁的交易手续费超过了质押奖励新增发行。
Ethereum 上的权益证明如何运作
验证者
任何人都可以通过向质押合约存入 32 ETH 成为验证者。验证者需要运行两类软件：
- 执行客户端：处理交易并管理状态（如 Geth、Nethermind、Besu、Erigon）
- 共识客户端：处理权益证明逻辑（如 Prysm、Lighthouse、Teku、Nimbus、Lodestar）
同时运行两类客户端称为运行完整验证者节点。Ethereum 社区长期倡导客户端多样性——使用不同实现，避免单一客户端 bug 影响整个网络。
Slot、Epoch 与最终性
Ethereum 的 PoS 将时间划分为离散单位：
- Slot：12 秒窗口，由一个验证者提议区块
- Epoch：32 个 slot（6.4 分钟）
- Finality：经过两个 epoch（约 13 分钟）后，区块被视为已最终确认——若要回滚，至少需要 slash 全网三分之一的质押 ETH
每个 slot 中：
- 随机选出一名验证者提议区块
- 分配一个验证者委员会对区块有效性进行证明/投票（attest）
- 证明会被聚合并写入后续区块
奖励
验证者可通过以下行为获得奖励：
| 活动 | 说明 |
|---|---|
| 提议区块 | 每个验证者约每 2 个月被选中一次 |
| Attesting | 每个 epoch 对区块有效性投票 |
| 同步委员会 | 协助轻客户端验证链状态 |
| 举报作恶 | 报告其他验证者可被 slash 的行为 |
年化质押收益取决于全网总质押 ETH。到 2026 年，在数千万 ETH 已质押的情况下，收益约为 3-4% APR。这一水平低于 Merge 后早期（当时验证者更少），反映了质押市场逐步成熟。
Slashing
Slashing 是通过销毁部分已质押 ETH 来惩罚作恶验证者的机制。可被 slash 的行为包括：
- 双重投票：在同一 slot 对两个不同区块做出证明
- 环绕投票：提交与先前证明相冲突的证明
- 双重提议：在同一 slot 提议两个不同区块
Slashing 处罚会递增：
- 初始惩罚：验证者质押的 1/32（对 32 ETH 验证者最低为 1 ETH）
- 相关性惩罚：若同一时间有大量验证者被 slash，惩罚按比例增加——若三分之一或更多验证者同时被 slash，可高达全部质押
- 强制退出：被 slash 的验证者会被移出验证者集合
相关性惩罚是非常精妙的设计：个别验证者的诚实失误惩罚较轻，但协同攻击（通常会影响许多验证者）将让攻击者承担灾难性损失。
Inactivity Leak
如果验证者离线（未能 attest），会受到轻度惩罚，规模大致等于其原本可获得的奖励。但当网络无法最终确认（超过三分之一验证者离线）时，inactivity leak 会激活，持续削减离线验证者质押，直到剩余在线验证者占比达到三分之二并可再次完成最终确认。
这保证了网络在灾难场景下也能恢复——即便大量验证者消失，协议也会逐步将权重重新分配给活跃参与者。
质押实务
Solo Staking
最去中心化、主权性最强的方式：
- 要求：32 ETH、8+ GB RAM 电脑、2+ TB SSD、稳定网络
- 优点：收益最大化（无服务费）、有助于去中心化、完全自主控制
- 挑战：技术部署门槛、维护责任、32 ETH 资金门槛
- 提现：验证者可退出并提取质押（自 2023 年 4 月 Shanghai/Capella 升级后可用）
Liquid Staking
流动性质押协议（Lido、Rocket Pool、Coinbase cbETH）接受用户 ETH 代为质押，并返回可流通的衍生代币：
- Lido (stETH)：最大流动性质押协议。用户存入 ETH 获得 stETH，自动累积质押收益。底层 ETH 被质押时，stETH 仍可在 DeFi 中使用。
- Rocket Pool (rETH)：更去中心化的替代方案，节点运营者无需许可。用户获得 rETH，随着质押收益累积，rETH 相对 ETH 升值。
- Coinbase (cbETH)：中心化流动性质押代币。简单且受监管，但存在托管风险。
流动性质押已成为主流方式，仅 Lido 就占据了全网已质押 ETH 的显著份额。这种集中化引发了去中心化担忧，也推动了分布式验证者技术（DVT）和自我限制机制的发展。
Distributed Validator Technology (DVT)
DVT（由 Obol Network 和 SSV Network 率先推动）允许单个验证者由多个独立运营方共同运行。验证者密钥不再由单机持有，而是通过门限密码学拆分到多个节点，从而提升：
- 韧性：无单点故障
- 安全性：无单一运营方掌握完整密钥
- 去中心化：验证者可跨地域、跨运维团队分布
到 2026 年，DVT 已得到显著采用，尤其在机构质押者和希望改善去中心化画像的流动性质押协议中。
对 ETH 经济模型的影响
供给动态
The Merge 从根本上改变了 ETH 的货币政策：
Merge 前（PoW）：
- 发行：约 13,000 ETH/天，给矿工
- 销毁：约 6,000-10,000 ETH/天（EIP-1559，自 2021 年 8 月启用）
- 净效果：通胀（净增约 3,000-7,000 ETH/天）
Merge 后（PoS）：
- 发行：约 1,700 ETH/天，给验证者
- 销毁：约 2,000-4,000+ ETH/天（EIP-1559，随需求变化）
- 净效果：常见为通缩（销毁大于发行）
自 The Merge 以来，ETH 总供应整体呈下降趋势，成为少数供应持续收缩的大型资产之一。
“Ultrasound Money” 叙事
EIP-1559 销毁与 PoS 低发行的结合，形成了 “ultrasound money” 叙事——即 ETH 不只是“健全货币”（如 Bitcoin，发行可预测），更可能是ultrasound money（供应可能持续下降）。在网络活动高峰期，ETH 供应收缩，形成网络使用与资产价值之间的正反馈。
质押作为“无风险利率”
ETH 质押收益已成为 Ethereum 生态中的事实“无风险利率”。类似美国国债收益率是传统金融基准，ETH 质押收益（2026 年约 3-4% APR）成为 DeFi 收益比较基准。任何低于质押收益的 DeFi 收益都会显得缺乏吸引力，因为用户可直接质押 ETH 获取更高回报。
挑战与批评
验证者中心化
到 2026 年，已质押 ETH 在少数大型流动性质押服务商（尤其 Lido）和中心化交易所中出现显著集中。这引发了以下担忧：
- 审查风险：大型质押服务商是否可能被迫审查特定交易？
- 治理俘获：验证者集中是否会影响协议决策？
- 系统性风险：若主要质押服务商出现 bug 或被利用，会怎样？
Ethereum 社区已通过以下方式积极应对：
- 客户端多样性倡议
- 推进 DVT 采用
- 质押上限提案（如 Lido 的自我限制讨论）
- 对 enshrined proposer-builder separation（ePBS）的研究
MEV（Maximal Extractable Value）
验证者可通过重排区块内交易提取价值。此类 MEV 提取会造成不公平竞争，并通过夹子攻击、抢跑等方式损害用户。
MEV-Boost 与 Flashbots 生态已成为缓解机制，将区块构建（MEV 提取）与区块提议（验证者）分离。到 2026 年，大多数区块经 MEV-Boost 生成，MEV 分配更均衡，但也形成了半中心化的区块构建市场。
验证者退出与队列
Shanghai/Capella 升级（2023 年 4 月）首次启用验证者提现。验证者现在可以退出并取回已质押 ETH，但出入队列会限制质押与解质押速率以维持网络稳定。在高需求时期，入队可延长至数周。
Merge 后升级
Shanghai/Capella（2023 年 4 月）
启用质押提现，补全了质押生命周期。验证者终于可以提取自 2020 年 12 月 Beacon Chain 上线以来一直锁定的奖励和本金。
Dencun/EIP-4844（2024 年 3 月）
为 Layer 2 数据可用性引入了 blob transactions。虽然与 The Merge 并非直接相关，但这是 Ethereum Merge 后路线图中的关键一步，将 L2 成本降低 10-100 倍，使以 rollup 为中心的扩展路线更具可行性。
未来：Pectra 及之后
Ethereum 仍在持续演进，升级重点包括：
- Proposer-Builder Separation (PBS)：将区块构建与提议的分离机制正式化
- Single-Slot Finality (SSF)：将最终性时间从约 13 分钟缩短到单个 12 秒 slot
- Verkle Trees：支持无状态客户端并降低节点存储需求
- Max Effective Balance 调整：允许验证者单个实例质押超过 32 ETH
无论你是单独质押 ETH，还是使用流动性质押服务商，你的助记词都在保护验证者密钥和已质押资产。使用 SafeSeed Seed Phrase Generator 生成安全的 BIP-39 助记词，并将其备份到耐久材料上。对于 32+ ETH 的质押规模，建议考虑 metal seed backup solution 以获得最高级别保护。
FAQ
什么是 The Merge？
The Merge 是 Ethereum 在 2022 年 9 月 15 日从工作量证明（PoW）切换到权益证明（PoS）的升级。它将 Ethereum 既有执行层（交易处理）与 Beacon Chain（PoS 共识）合并，结束挖矿并改为质押。
The Merge 是否降低了 gas 费？
没有。The Merge 改变的是区块生产方式（由挖矿改为质押），并未提升吞吐量或直接降低费用。费用下降主要来自 Layer 2 方案（Arbitrum、Optimism、Base）和 EIP-4844 等数据可用性改进。
The Merge 后 Ethereum 节省了多少能耗？
Ethereum 能耗约下降 99.95%——从约 112 TWh/年（接近荷兰水平）降至约 0.01 TWh/年（约等于几千户家庭）。这是科技行业规模最大的单次减碳事件之一。
现在还能挖 Ethereum 吗？
不能。The Merge 发生后，Ethereum 挖矿已永久结束。原 Ethereum 矿工通常转向其他 PoW 加密货币（如 Ethereum Classic）、出售硬件，或将 GPU 转用于 AI/ML 工作负载。
质押需要多少 ETH？
Solo staking 每个验证者严格需要 32 ETH。不过，流动性质押服务（Lido、Rocket Pool）和交易所质押（Coinbase、Kraken）允许任意数量质押，甚至可质押小数 ETH。
什么是 slashing？
Slashing 是对可证明作恶验证者（如签署互相矛盾区块）施加的惩罚。被 slash 的验证者会损失部分已质押 ETH，并被强制退出验证者集合。正常运行下 slashing 很少发生，主要用于惩罚蓄意攻击。
The Merge 后 Ethereum 是通缩的吗？
有条件地是。当地网络活动足够高、EIP-1559 销毁量超过验证者发行量时，总供应下降；在低活跃期，发行超过销毁，供应会小幅上升。自 The Merge 以来，总体趋势为温和通缩。
The Merge 成功了吗？
几乎按所有指标都成功。转换过程无停机、无资金损失、网络平稳运行，且所有预期收益（能耗下降、发行降低、确定性最终性）均已实现。它是计算基础设施史上最成功的在线升级之一。