减少99%能耗，让矿工不再为电发愁！这就是V神改革以太坊的原因

时至今日，比特币仍然是最具知名度且炒作热度最高的区块链项目，这导致更年轻且体量更小的以太坊长期生存在其阴影当中。然而，以太坊项目本身的绝对体量已经不容轻视——近日，其市值已达到约100亿美元，而保持运行所消耗的能源同样相当夸张。

以太坊采矿活动所带来的能源消耗虽然仅为比特币的四分之一到一半，但这仍然意味着纵观整个2018年，该项目的电力总消耗量几乎与冰岛这个国家相当。实际上，每一笔典型的以太坊交易操作所使用的电能都超过美国一个普通家庭一天的耗电量。

年仅24岁的俄罗斯-加拿大计算机科学家Vitalik Buterin在他18岁那年就受邀参与以太坊项目，他表示“即使大家不打算把污染和二氧化碳视为重大问题，由此带来的能源消耗本身也足以引起重视。真正的消费者，真正的人群，所能够支配的电力资源正在被这东西大量蚕食。”

Buterin计划在2019年之内全力控制他心血结晶所带来的资源浪费水平。今年，身为以太坊基金会联合创始人的他以及其它多个用于推动以太坊项目的开源运动，都打算对早已做出承诺的以太坊代码进行实地测试。如果开发人员们的估算没错，那么 到2019年年底，以太坊新代码在执行交易当中所消耗的电力，将相当于全球总发电量的1%。

△以太坊发明者Vitalik Buterin希望在2019年之内公布这套区块链平台的低能耗版本

Zaki Manian(他目前担任加密货币新贵Cosmos项目的顾问)表示，以太坊正试图以这种几近重生的方式成为今年“最值得关注的技术之一。”他解释称，以太坊的开发流程意味着需要由多位编码人员及组织以开放形式进行协作、融合各方规范、发明相应技术实现这些目标，并确保一切以无缝化形式顺畅对接。Manian总结道，“ 这是迄今为止最具技术雄心的开放社区项目。”

与比特币类似，以太坊同样依赖于区块链技术。而区块链，是由用户社区维护的数字交易总账。(其之所以被称为「区块链」，是因为新的交易将被绑定至数据「区块」当中并写入一整条描述此前全部交易的「区块链」的末端。)然而，Buterin设计的以太坊并不满足于在摆脱中心权威的同时安全维护分类账——他的愿景是让以太坊成为一台全球性计算机。这将是一台去中心化、可供所有人使用的计算机，而且在原则上不会受到停机、审查以及欺诈活动的影响。

以太坊区块链之所以拥有如此强大的潜力，是因为其能够存储数据、支持决策并自动进行价值分配。通过智能合约，用户或开发人员能够利用以太坊的定制化编码语言对此类任务加以管理。智能合约拥有明确的商业应用方向，但从长期角度来看，项目本身更希望借此构建各类应用程序，从而使以太坊成为一套终极云计算平台。

然而，这种崇高的目标与以太坊的当前状态存在着严重冲突。虽然其上已经运行着不少价值数百万美元的应用，但Buterin表示他怀疑以太坊消耗的能源太多，甚至已经超过了其在社会效益方面带来的回报。

问题的核心，出在采矿这种机制身上。 与大部分其它加密货币一样，以太坊同样依赖于所谓工作证明(简称PoW)这种计算竞争机制。 在工作证明当中，所有参与者需要以竞争方式对交易进行安全加密，并将其添加到区块链的全球分布式账本当中。这是一场赢家通吃的比赛，而奖品则是新生成的加密货币。 因此，您拥有的计算能力越强，赢得奖品的机率也就越高。

工作证明的采矿机制非常复杂。其基本思路在于防止由任何单一实体控制区块链。举例来说，如果某套比特币采矿计算机系统占据网络上全部采矿能力的一半以上，则其将有能力实施欺诈活动，例如修改以往已经完成的交易结果。而比特币用户对此几乎没有追索权，因为采矿者皆以匿名形式存在。

从理论上讲，工作证明机制会保证采矿以分布式方式进行。然而，在实践当中，由中国部分芯片厂商生产的加速采矿专用集成电路(简称ASIC)已经集中了大量资源，进而控制了加密货币的产出。

通过利用内存密集型工作证明算法进行“以太币”采矿，以太坊希望进一步对抗这种算力霸权现象。 这种以太币采矿算法会对使用ASIC的行为给予惩罚。

然而，以太坊的这种工作证明算法并没能阻止以太坊采矿所带来的计算资源消耗量猛增。2017年，由于以太币由8美元飙升至862美元，针对此项任务的算力总量增长了25倍以上。不少采矿公司建立起专用数据中心，这些数据中心采用大量通用型图形处理单元，非常适合以太坊采矿类需求。

由此产生的巨大能源消耗量引起了环保主义者的强烈反对。与此同时， 公共事业与社区一旦接受这种虽能创造就业机会，但同时也会吞噬海量廉价电力的加密货币矿工，那么相应的财务风险与机会成本也将持续提升。为了给矿工提供能源，公共事业企业必须进行设备升级;而一旦加密货币价格崩溃甚至采矿业务关闭，这部分设备也将毫无作用。

最近的市场动态亦给上述担忧带来了依据。以太币的价格去年1月达到1385美元峰值，随后开始快速下滑。 去年11月，以太币价格已经跌至120美元以下，这几乎使得采矿活动无利可图，并导致一些人放慢甚至彻底关闭了采矿设备。 根据普华永道资深合伙人兼区块链专家Alex de Vries创建的Digiconomist网站做出的预测，以太坊采矿程序的总体能源消耗可能在20天之内缩水至原先的一半以下。

也正因为如此，包括位于蒙特利尔的Hydro- Québec公司在内不少公共事业企业正在为采矿活动设定更高的电费标准。公共事业以及监管机构的这种阻力可能会进一步削弱基于工作证明的加密货币的安全性水平。 限制电力供应与不断上涨的能源成本，将阻碍新的采矿者加入这场淘金游戏，进而加速采矿权的集中。而这种集中趋势将拉高共谋与欺诈活动的风险。

对于Buterin来说，削减能源消耗量已经成为实现以太坊发展愿景的重要前提。这一点也得到大部分以太坊支持者们的认同。以太坊贡献者、澳大利亚网络安全与区块链公司Sigma Prime联合创始人Paul Hauner表示，“以太坊社区普遍认为工作证明机制消耗了太过的能源。对我来说，这也是项目当中最为重要的根本性问题。”

以太坊计划利用权益证明(简称PoS)替代工作证明——这是一种替代性的分布式共识机制， 于2012被首次应用于Perrcoin加密货币。相较于利用数百万块处理器同时处理相同的交易，权益证明机制会随机挑战一块处理器执行这项任务。

在权益证明机制当中，参与者被称为验证者而非采矿者，且必须保持诚实可信。权益证明要求每一位验证者在以太坊当中以抵押品的形式储备一批以太币。在每一次随机选择当中，以太币的储备量越大，则被选定为验证者的可能性也就越高。但一旦被发现作弊，那么相关方也将蒙受巨大的损失。

转向权益证明机制将把单一以太坊交易的执行能耗削减至原本的百分之一以下。 Buterin指出，“工作证明机制正是海量电力消耗的根本原因。区块链交易本身并不需要极高的计算资源密集度——其只需要验证数字签名，而非处理高强度3D矩阵图或者进行机器学习数据分析。”

对计算通力与能源消耗的削减并不仅仅是一种生态保护行为，同时也能够带来显著的经济利益。 这意味着新以太币的发行速度将有所降低，从而鼓励验证者及其带来的额外资金进一步稀释货币价值。效力于澳大利亚布里斯班Rocket Pool公司的高级区块链开发人员Darren Langley表示，“由于权益证明验证者不需要消耗那么多电力，因此我们不必设置那么高的奖励额度。”该公司正在开发一套组合式权益池，能够为每位加入该池的以太币所有者提供利息。

此外，转向权益证明还将提高安全性水平。在权益证明机制之下，每个验证者账户的位置是已知的;如果验证者违反规则，则其账户将被直接销毁。 以太坊基金会的首席权益证明开发人员Vlad Zamfir将其与比特币社区进行了比较，表示这类似于在发现采矿者的滥用行为后将其数据中心烧毁的机制。

到2015年，权益证明已经凭借着自身优势在以太坊社区之内得到广泛认同 ，而Buterin等领导者曾预计转换工作有望在短短一到两年当中完成。为了明确这一意图，以太坊的核心开发人员们对其工作证明代码进行了重新编写，旨在将采矿难度以指数级水平快速提升。这项举措被称为“难度炸弹”，其于2016年年底投入使用并减缓了新交易区块的建立速度，并预计在接下来的几年中以太坊采矿进度将彻底停滞。

然而，这种定时炸弹式的功能更像是附带“再睡一会儿”功能的闹钟。2017年10月，当采矿时长已经递增至近30秒时，以太坊团队重置了该时钟，从而将工作证明的生命又延续了大约12个月。看来，他们还有时间再眯上一阵。

当然，以太坊团队并没有真的在睡回笼觉。事实上，Buterin表示，以太坊开发者已经攻克了大部分与权益证明相关的理论难题。然而，将这些理论解决方案转化为高效软件的具体过程却始终相当缓慢。

2019年之所以充满希望， 是因为这位以太坊项目领导者在2018年6月采取了一项相当激进的新计划。在此之前，他们曾预计将权益证明构引入现有以太坊区块链。但去年6月，他们决定来一次彻底更新—— 从零开始建立新的区块链网络，且仅通过权益证明机制保持运营。

这套被称为 以太坊2.0 的双链解决方案给以太坊程序员们带来了巨大的挑战——因为要继续保留原始链，则意味着其需要将权益证明机制编写为一套复杂的智能合约。Hauner正在领导一项名为Lighthouse的开发工作，旨在建立起以太坊2.0软件客户端。他承认，以太坊的智能合约语言在编写复杂代码方面的表现相当差劲。“我们只能在一个非常有限的计算环境当中编写智能合约，而且无法实现任何复杂的功能。”

在决定转向以太坊2.0的几个月之后，权益证明规范已经基本构建完成，目前有六个以上的团队正在利用各种编程语言进行软件实施工作。Sigma Prime公司的Hauner团队正在利用Rust开发其以太坊2.0客户端。他预计这款应用程序及其它扩展应用将在2019年年初进行权益证明的beta测试网络“testnets”上试运行。

Buterin表示，公开测试网有望在2019年年底之前承载起另一套拥有多个分支的以太网2.0创新链，旨在提高交易吞吐量。但他同时警告称，潜在的“未知数”有可能阻碍这项时间规划的顺利实现。

作为一套价值数十亿美元的网络，以太坊一旦推出不合理或者不够安全的技术方案，那么经济损失将在所难免。为了确保以太坊能够在权益证明链上正常起效，以太币的持有者们必须在初始以太坊链上存入一份智能合约——该合约将以不可逆转的方式将以太网转移至新链。很明显，任何失误都有可能危及使用以太坊智能合约的开发人员，甚至是整个项目生态系统。

然而，如果这项工作拖得太久，以太坊同样会面临重大损失。卡尔达诺、Dfinity、Eosio以及Manian的Cosmos等一系列拥有雄厚资本支持的项目正在孵化自己的、以权益证明为基础的区块链方案。而且与以太坊一样，他们都希望努力证明高安全性与高效率并不冲突。

第一个真正释放区块链应用潜力的方案很可能成为未来的标准计算平台，而其它项目则恐怕会彻底消失。Manian指出，“这种环境天然具有极强的掠夺性，最终只会有一个平台幸存下来。”