以太坊难度炸弹详解，第五次延迟意味着POW结束可能再次延迟

8 月 20 日，以太坊核心开发者 Tim Beiko 在开发团队电话会议的回顾中表示，12 月的难度炸弹可能会推迟，但在合并之前不会有新的 EIP。倒计时，这可能是难度炸弹第五次延期了。难度炸弹为何一拖再拖？它存在的意义是什么？它与 ETH2.0 的合并有什么关系？

1、难度炸弹的含义

难度炸弹是以太坊挖矿中的开关，导致难度迅速上升。以太坊的挖矿难度不仅与前一个区块的出块时间有关，还与该区块的难度系数有关。难度计算公式如下。前半部分为常规难度调整，将每个区块的出块时间稳定在13秒；后半部分（红框）是难度系数，决定了难度炸弹的开启方式。爆炸的时间和速度。

具体来说，难度系数包括开启难度炸弹时目标方块的高度。当区块高度未达到目标值时，挖矿难度仅受前一个区块的出块时间影响；并且一旦区块高度达到预定值，出块时间将呈指数增长，然后每挖出100,000个区块调整一次难度。

2015 年 8 月 4 日，以太坊前首席商务官 Stephan Tual 首次提到了难度炸弹。

“很多人一直想知道我们如何在 Tranquility 阶段实现从 PoW 到 PoS 的转换。这将由新引入的难度调整时间表来处理，这将在接下来的 16 个月内顺利保证硬分叉点......它是这样工作的：从 200,000 块高度开始（大约 2015 年 8 月下旬），挖矿难度将开始呈指数级增长，大约一年后，难度将显着增加。到那时（可能是当 Serenity 里程碑发布时），采矿难度的大幅增加将使出块时间变长。”

为什么 PoW 到 PoS 的转换需要难度炸弹才能转换？理解这个问题可以理清难度炸弹和ETH2.0的顺序。首先，我们需要接受 ETH2.0 完成后 PoW 会退出历史舞台的事实，不存在两种共识并存的情况。这一点在吴赛之前的文章中也有分析，ETH2. 0 合并阶段的完成，就是 PoW 挖矿方式的结束。

对此，庞大的矿工社区有声音，试图在以太坊完成1.0和2.0的合并后实现分叉。这对于整个以太坊社区来说无疑是一个双输的局面，因此开发团队需要想办法防止此类事件的发生。我们知道，由于 Vitalik 的存在，以太坊开发团队更容易统一战线；虽然矿工团队不是，但去中心化使得所有矿工都无法形成利益共同体。换句话说，只要矿工之间可以互相不信任，矿工就没有足够的算力来实现 51% 攻击。

难度炸弹是在矿工之间产生不信任的阴谋。根据 Stephan Tual 的估计，以太坊在难度炸弹激活后大约需要一年时间才能上升到几乎不可能挖到的水平（实际时间可能比这更短，激活后的实施时间）难度炸弹后面会详细介绍）。块的难度。这意味着距离矿工入不敷出的时间至少还有几个月，而这段时间正是解散矿工阵营的时候。

考虑到区块高度越高，实现分叉的难度越大，矿工不应该等到完全没有输出再开始分叉，而应该在难度炸弹被激活后立即开始行动。但是，试想一下，作为一个理性的矿工，当难度炸弹启动时，你会尝试分叉主链吗？其实你会担心：如果个别矿工不合作分叉，而是在原来最长的链上继续挖矿，那么一旦分叉失败，他们的产出就会显着增加，甚至超过难度炸弹造成的损失, 这些“被背叛”的矿工会赚很多钱，而“联合”的矿工则会抽水。因此，理性的矿工会选择沿着主链继续挖矿（或者选择以合理的退出价格退出），

理解了难度炸弹的含义后，我们自然可以理解其开启时间和ETH2.0的合并时间的先后顺序。如前所述，难度炸弹的存在是为了避免以太坊1.0和2.0合并时矿工集体分叉，所以如果以太坊已经成功完成合并，那么难度炸弹就不会'甚至不再存在。之所以将难度炸弹的最终开启时间作为 PoW 终结的先行指标，就是基于这个逻辑。

难度炸弹启动后，以太坊合并必须在两三个月内完成。如果不能完成，球队就不得不暂停和推迟，这在历史上已经发生过3次了。

2、之前延迟难度炸弹的 EIP

难度炸弹历史上被激活过一次，并被推迟过四次，其中四次推迟分别是拜占庭升级、君士坦丁堡升级、缪尔冰川升级和刚刚结束的伦敦升级。

上图是历史上以太坊出块时间的变化。可以看出，正常情况下，出块时间维持在13-14秒，但是出现了3次急剧上升，而这3次是难度炸弹激活的时候。每次开启，出块时间都会呈锯齿形增加，因为每100,000个区块就会调整一次难度。以前 13 秒为例，10 万个区块耗时约 15 天，最后一次增加到 25 秒。此时10万个区块用了将近一个月的时间，所以锯齿呈现出逐渐变宽的趋势。三个难度炸弹最终因为以太坊开发团队还没有准备好全面切换到 PoS 而被暂停和推迟，

第一次摆脱难度炸弹

2017年3月，当区块高度达到370万时，难度炸弹首次激活，出块时间迅速增加。在此期间，难度调整了 6 次，直到 10 月才延长到 30 秒。这个时候，如果不尽快停止难度炸弹，将会严重影响以太坊的生态。经开发团队讨论，以太坊在437万区块高度开始硬分叉——拜占庭式升级。升级版包含 EIP-649 提案，通过将当前区块高度减去 300 万作为公式计算得出的伪区块高度，用于延迟难度炸弹的激活。

此时的真实区块高度为437万，但用于启动难度炸弹的伪区块高度为137万（437-300）。简单计算可以看出，当伪区块高度达到3.7再次百万，即在233万（370-137）个区块——即真实区块高度达到670万（437+233））之后，难度炸弹将再次被激活。

二次延迟难度炸弹

2019 年 1 月 15 日以太坊算力难度会降低吗，以太坊君士坦丁堡升级协调员 Afri Schodeon 发现，以太坊的难度炸弹在 670 万块高度按计划启动，并在约 700 万块高度“爆炸”。. 第二天，以太坊核心开发者Eric Conner（EIP-1559的发起者）在推特上指出，难度炸弹爆炸后，平均出块时间已经从14秒上升到15. 5秒，会加速增加。

2 月中旬，以太坊的出块时间升至 20 秒。以太坊开发者再次面临这个问题。唯一的办法就是分叉升级来应对难度炸弹的影响。2月28日君士坦丁堡升级在728万区块高度完成分叉，难度炸弹危机再次暂时解除。君士坦丁堡升级中包含的 EIP-1234 不仅延迟了难度炸弹，而且一个重要的变化是将区块奖励减少到 2 ETH。这次延迟爆炸的方法和拜占庭升级一样，就是简单地将难度系数中的伪块高度降低500万。调整后真实高度728万，虚假高度228万（728-500），当虚假高度回到370万时，

第三个延迟难度炸弹

2019年10月5日，难度炸弹在860万区块高度提前激活，12月中旬，区块时间升至17秒。伊斯坦布尔升级后不久，以太坊开发人员不得不再次在 920 万的高度进行硬分叉。这是缪尔冰川升级。本次升级只有一个改进方案（升级之所以以冰川命名，是因为升级只针对难度炸弹。炸弹完全爆炸后，区块奖励将“冻结”，第五次最近考虑的延迟。它也可以这样命名），EIP-2384，旨在将难度炸弹再延迟 400 万个区块，或 1320 万个高度，或向后延迟约 611 天。

提案中还有一句话引人关注：不如将难度炸弹再推迟一次以太坊算力难度会降低吗，直到 ETH2.0 确定性小工具有望发布。

第四次延迟难度炸弹

这一次，以太坊开发团队没有等到难度炸弹爆炸。2021 年 8 月 5 日，以太坊在 1296.50,000 的高度开始伦敦升级，难度炸弹再次延迟。本次升级包括EIP-3554，将难度系数中的伪块高度降低约1247万（这个高度不是当前实际高度，而是协议提出时建立的估计高度）降低970万，即277万. 因此，大约930,000（370-277）个区块后，难度炸弹将再次被激活。按13秒的出块时间计算，大约需要4.7个月（官方估计为2019 年 12 月）。开始第一周）。

第五次提出EIP推迟难度炸弹？

7 月，以太坊核心开发者 Tim Beiko 曾说过：假设我们有一个非合并升级（作者注：假设 12 月上海升级无法完成 2.0 合并，其实这个假设很有可能发生），我们需要决定是否要包含除另一个难度炸弹延迟之外的任何内容（作者注：如果包含其他升级协议，则保留名称“上海”，否则考虑“冰川主题”命名，同理与缪尔冰川升级的原因相同）。

8 月 20 日，Tim Beiko 在以太坊核心开发者电话会议的回顾中表示，基本上所有团队都同意，除了 Eth1 和 Eth2 合并的共识变化之外，还有其他重要的事情需要在接下来的几天内完成。一个月内完成，大部分是针对合并的客户端性能优化，更好的共识引擎分离等。鉴于此，参与者同意在 12 月不做功能分叉，这意味着难度炸弹可能是延迟，添加其他小的（一行）更改，但在合并之前不生成新的 EIP。

现在似乎几乎可以肯定，难度炸弹将再次延迟，这也与我们之前分析的以太坊合并之间的相关性相符。简而言之，合并意味着PoW的终结，而难度炸弹的彻底爆炸意味着合并的完成。正如我们在之前的文章中分析过的，PoW 的结束最早要到 2022 年第二季度，而从难度炸弹开始到完全爆炸只需要两三个月的时间。因此，如果难度炸弹在 12 月启动，以太坊必须在明年第一季度完成合并，这是一项艰巨的任务。

最后一个问题，以太坊开发团队会不会拿出新的EIP来延缓难度炸弹？过去四次，开发者通过降低难度系数中的伪块高度来做到这一点，修改代码必须拿出一个 EIP。如何在不提出EIP的情况下实现难度炸弹延期，需要开发团队进一步解释（笔者猜测Tim Beiko的意思是12月升级只包含延期难度炸弹的EIP，没有其他新提案，所以考虑改其他“冰川主题”的“上海”）。