以太坊合并是加密货币行业最令人印象深刻的工程壮举之一，该事件正在迅速临近。合并标志着多年研究、工程和开发的结束，并将以太坊区块链从工作量证明过渡到权益证明共识机制。
在许多方面，这一事件可以被认为相当于更换了价值 2000 亿美元的喷气式飞机的发动机，这架喷气式飞机还承载着价值数千亿美元的金融基础设施，同时还全速飞行。
合并已正式计划在 58.75e21 的总终端难度下进行，预计将于 2022 年 9 月 15 日进行。距离合并日期只有几天了，这份报告将引入一套新指标来帮助理解以太坊权益证明系统，并将描述自 2020 年 12 月 1 日创世区块以来信标链的性能。
区块生产和参与
信标链上的块生产过程比等效的工作量证明链有几个额外的步骤。在 PoW 系统中，矿工负责区块构建，然后将他们的获胜区块广播到节点网络，节点网络随后验证包含的交易和区块模板是否符合共识规则。
在以太坊 PoS 系统中，出块和验证经过以下步骤：
- PoS 区块链由一系列插槽构成，平均间隔为 12 秒。每个插槽都代表验证者构建和提议区块的机会。
- 每组连续的 32 个时隙（6.4 分钟）被分组为一个Epoch。
- 协议选择了一组 128 个验证者，为每个 Epoch 组成一个委员会。
- 该委员会的一名验证者被算法选择为在即将到来的Slot中提出一个块。
- 委员会中的其余验证者提供证明，证明提议的区块和包含的交易遵循共识规则。
- 然后由三分之二的验证者网络系统地确定 Epoch。
信标链创世区块于 2020 年 12 月 1 日，在撰写本文时，这个新网络已经运行了 639 天（1.77 年）。链尖已超过区块高度 4,557,056 和 epoch 高度 142,408。
每个插槽都可以被认为是产生块的机会。如果选择用于出块的验证者离线，或未能成功提出区块，则该插槽被视为Missed。到目前为止，共有 41,389 个空位被错过，仅占迄今为止总空位的 0.908%。
在其他情况下，一个区块被证明验证者拒绝，或者导致自然发生的分叉。这些区块被称为孤块，代表了区块历史的替代版本，大多数网络都没有遵循。到目前为止，信标链上仅产生了 5,017 个孤块，仅占插槽的 0.110%。
希望区块链保持高度的可靠性，这是验证器节点正常运行时间长的结果，从而导致非常少的块丢失。我们可以使用参与率指标来衡量总体网络性能，该指标是成功生成（即未错过）的块数与可用插槽总数之间的比率。
下面的蓝色曲线显示了每个 epoch 的实测参与率，可以看出普遍高于 96%。然后，红色曲线显示了每日平均参与率，尤其是自 2021 年 11 月 ATH 市场价格以来，该参与率一直达到 99% 以上。这表明，到目前为止，信标链上的验证者始终在线并在分配插槽时生成块。
我们还可以衡量验证者委员会对生成的区块进行签名的证明投票总数。每个证明实际上都是对在区块链顶端包含最新提议的区块的“是”投票。
平均插槽间隔为 12 秒，并且有 127 个证明验证者，我们应该预计每天稳定的证明计数在 783k 和 914k 之间。事实上，自 2021 年 8 月以来，每日证明总数稳定在此范围内，每天约有 80 万个证明投票。
验证者取代矿工
在以太坊 PoS 共识系统中，矿工被验证者所取代，验证者必须存入 32 ETH 的股份才能参与协议共识。以太坊信标链存款合约于 2020 年 11 月上旬推出，允许早期采用者存入 ETH 并帮助启动信标链。
信标链路线图的第一阶段是第 0 阶段，在生成创世区块之前，存款合约要求最低门槛为 524,288 ETH。需要注意的是，存款是（现在仍然是）单向的，在上海升级之前，ETH 无法从存款合约中提取出来，目前预计上海升级将在合并后的 6 到 18 个月内准备就绪。
虽然存款最初开始缓慢，但在 2020 年 11 月 24 日，令人信服地达到了第 0 阶段的门槛，因为在计划的创世日期前一周，社区信心迅速提高。
在过去的 639 天里，随着开发的进展、Staking 基础设施的增加以及社区信心的增强，ETH 存款继续流入信标链合约。自创世区块以来，已经观察到每天大约 200 到 250 次存款的稳定基线。
有四个明显高于平均水平的存款流入时期，其中三个是在 2020-21 牛市期间，最近一次是在 2022 年 2 月至 5 月。在 LUNA-UST 项目倒闭后，存款已经放缓，该项目的市场范围内对代币价格和信心的负面影响。
投资者总共完成了超过 418,527 笔存款，其中包括设置验证人所需的 32 ETH 股份。虽然这反映了唯一共识级别验证者的数量，但需要注意的是，这些验证者节点的运营商可以同时托管、托管和维护多个验证者，因此该指标不衡量唯一验证实体的数量。
Lido 和 Rocketpool 等流动质押衍生品运营商，Coinbase、Binance 和 Kraken 等中心化交易所，甚至个人独立质押者都能够同时操作多个验证者。
信标链上质押的 ETH 总量现已超过 1340.9M ETH，相当于流通供应量的 11.22%。信标链存款合约现在是以太坊网络上最大的供应集中之一。在所有持有 27.0% 供应量的智能合约和持有 16.8% 供应量的中心化交易所中，信标链的总股份可以与 ETH 进行有意义的比较。
大量存入信标链的 ETH 是以太坊社区和投资者对 Merge 成功充满信心的信号。
我们可以分解各种质押资金池，以更好地对质押池、交易所运营商和其他未知或单独的质押者持有的余额进行分类。
- Lido（红色）是质押网络中最大的实体，运营着超过 416.4 万个 ETH 的验证者，占验证者池的 31.1%。
- 排名前 3 的交易所（橙色）包括 Coinbase、Kraken 和 Binance，它们合计持有 356.5 万 ETH，占验证者池的 26.6%。
- 所有其他权益提供者（紫色）占额外的 126.9 万 ETH 和验证人池的 9.5%。如果我们将所有上述质押池运营商结合起来，他们代表了 899.8 万 ETH 的股份，并运营着 67.1% 的验证人池。
- Solo-Stakers 和 Unknown（绿色）托管剩余的 4.411M ETH，占验证者池的不到三分之一（32.9%）。
下图以相对方式显示了这种细分，我们可以看到质押提供者迅速在验证者池中占据主导地位，其中 Lido 的增长最为显着。这可能是多种因素共同作用的结果，包括但不限于：
- 操作单独抵押验证器所需的技术开销。
- 方便和风险委托给专业的质押服务。
- 少于所需的 32-ETH 的投资者汇集他们的股份。
- 能够标记化然后进行交易，或在 DeFi 中使用抵押衍生品，例如 Lido、Rocketpool 以及最近的 Coinbase 与 cbETH 产品。
有趣的是，似乎在 LUNA-UST 崩溃之后，“Solo Staker and Unknown”队列（绿色）略微增加了他们的主导地位。Staking 提供商的主导地位达到 69.5% 的峰值，此后下降至 67.2%。
虽然目前信标链存款合约是单向街道，但仍然可以通过两种机制从质押池中删除验证：
- 自愿退出（蓝色），验证者选择停止参与共识，并进入退出队列。这些验证者不再提议或证明区块，但 ETH 股权还不能撤回。
- 如果出现恶意行为，即协议因不当行为（例如提议或证明无效块或非共识链分裂）而强制将验证者从池中驱逐出境，则进行削减。
迄今为止，只有 67 名验证者自愿离开了矿池，并且已经发生了 167 次削减事件。需要进一步调查以评估这些是开发过程中的工程测试案例，还是真正的恶意事件。
验证者绩效和收入
验证者必须首先存入 32 ETH 的股份才能启动验证者，如果他们的余额低于 16 ETH（在不活动泄漏或削减的情况下），他们将被从协议中驱逐。一旦验证者进入协议，他们的 ETH 总余额将由于多种因素而开始变化：
- 发行和手续费收入（余额增加）
- 如果验证者经常错过区块或证明（余额减少），则不活动泄漏。
- 在恶意行为的情况下削减（余额减少）。
还有一个称为有效余额的概念，其上限为 32 ETH，并减少到低于此值的最接近的 1 ETH 增量（最小缓冲为 0.25 ETH）。例如：
- 如果质押者有 32 ETH 并获得 0.5 ETH 的奖励，他们的总余额（红色）是 32.5 ETH，但他们的有效余额（绿色）仍然是 32 ETH。
- 如果质押者有 32 ETH，但在不活动惩罚中泄漏了 0.5 ETH，他们的总余额（红色）现在是 31.5 ETH，但他们的有效余额（绿色）向下舍入为 31 ETH。
- 31.250 ETH 的总余额将有 31 ETH 的有效余额
- 31.249 ETH 的总余额将有 30 ETH 的有效余额
下图显示了积极参与 PoS 共识的总有效余额（绿色） 。剩余的总余额（红色）本质上是多余的 ETH，可被视为非活跃质押的缓冲。目前，总有效余额为 1335.7M ETH，大约 745k ETH 处于非活跃状态（占总数的 5.29%）。
然后，我们可以计算一个名为Stake Effectiveness的新指标，它以有效和总质押 ETH 之间的比率来捕捉这种平衡。目前有 5.29% 的质押 ETH 处于非活跃状态，质押有效性已从创世时的 100% 下降到目前的 94.7%。这主要是由于验证者赚取的收入推动平均验证者总余额超过 32 ETH。
我们还可以调查迄今为止聚合验证者池所获得的收入。在以太坊 PoS 共识中，发行率部分取决于质押的 ETH 数量，因此质押的人越多，每个验证者的奖励就越低。
到目前为止，这种情况已经发生，年化平均 ETH 收入从创世时的 3.65 ETH/年下降到今天的 1.42 ETH/年。考虑到存款合约本质上是一种方式（并且很少有验证者离开池），这种奖励稀释几乎完全是过去 18 个月中质押 ETH 数量增加的结果。
以 ETH 计价的 32 ETH 存款的年化收益率相应下降，从创世时的 15% 以上下降到今天的 4.44%。合并后，投资者可能会在成功升级中找到安慰，而额外的存款将使收益率进一步降低。
随着 PoS 信标链和现有 PoW 以太坊链的运行，ETH 的总发行量目前有两个来源。自信标链创世区块以来，PoS 链上共发行了 747k ETH，PoW 链上发行了 8.54M ETH。这相当于大约 8% 的 PoS 和 92% 的 PoW 的发行分配。
这也说明了 PoS 链目前是如何以相对于 PoW 链低得多的发行量运行的。
我们还可以对信标链存款的已实现价格进行评估，以及 Staking 奖励对降低平均成本基础的影响。实现价格的计算方法是将存入的 ETH 乘以当时的现货价格，然后对质押的 ETH 总量取平均值。这提供了验证者池的“平均存款价格”的估计值。
- 整个市场的以太坊实现价格（紫色）为 1,650 美元，反映了流通 ETH 供应最后交易的平均价格。
- 所有信标链存款（红色）的实际价格为 2,470 美元，比市场平均水平高出 50%。这意味着质押代币的未实现损失比普通 ETH 投资者大 33%。
- 信标链的已实现价格（包括质押奖励）（蓝色破折号）为 2,390 美元，这代表质押者成本基础的平均收益为 3.2%，但仍远高于平均市场参与者。
这表明，尽管质押者以 ETH 计价的收益率平均增加了 3.2%，但 2022 年的熊市导致平均存款相对于存款价格显着低于存款价格。这也凸显了为什么像 Lido 这样的流动性 Staking 衍生品在 Staking 市场中获得了如此大的份额。
虽然 PoW 链上的发行量相对稳定在每块 2 ETH 左右（加上叔叔奖励中的约 0.05 到 0.10 ETH），但随着越来越多的验证者进入池子，PoS 链上的发行量稳步增加。每日 PoS 总发行量已从约 340 ETH/天增加到目前的 1,623 ETH/天。
如果我们将每日通过 PoS 发行的 ETH 与 PoW 的比率进行比较，我们可以看到归属于 Beacon 链的 ETH 发行比例稳步上升。PoS 链在创世时有效地将 ETH 的净发行量增加了 2.8%，达到今天的 12.4% 以上。
最后，我们将寻求解决合并后最大的问题之一；PoS 发行量的减少以及 EIP1559 销毁机制对 ETH 净供应量的估计影响是什么？下图展示了自 2021 年 8 月 EIP1559 上线以来 ETH 每日发行量的两条曲线：
- 当前状况（橙色），在 PoW 和 PoS 链上都发生 ETH 发行，EIP1559 在 PoW 侧燃烧活跃。除了几天之外，ETH 供应量一直处于净通胀状态，自 7 月以来每天发行的 ETH 数量在 11.8k 到 14.3k 之间波动。
- 模拟条件（蓝色），仅 PoS 信标链处于活动状态，并且 EIP1559 位于 PoS 链上。这模拟了如果 Merge 与 EIP1559 一起发布的市场可能会是什么样子，并且它显示了一个明确的净通缩系统，
- 直到 2022 年 7 月下旬，发行量稳定在每天 +500 到 +1,000 ETH 左右。
鉴于链上需求，因此目前天然气价格非常疲软，这突显出，随着天然气费用压力的任何有意义的回升，可以合理地预期 ETH 将成为净通缩供应资产。
总结和结论
以太坊合并即将到来，是多年辛勤工作以及卓越的工程和研究努力的结晶。由于最近几个月所有以太坊测试网都已成功完成合并，主网合并已正式安排，预计于 2022 年 9 月 15 日进行。
在本报告中，我们探讨了以太坊新的权益证明共识机制的基本机制，以及我们如何研究信标链的网络性能。我们评估了信标链迄今为止的表现，并分析了验证者存款、收入流以及对净 ETH 供应动态的可能影响。
现在超过 11.2% 的 ETH 流通供应参与了 PoS 共识，这代表了以太坊社区的重要信任投票。我们可以期待一个成功的主网合并，并在未来分析新的迷人的权益证明共识机制。