以太坊 2.0 与 1.0 预计将在明年第 2 季迎来合并，这意味著届时以太坊将正式从 PoW 过渡至 PoS。以太坊核心开发者 Tim Beiko 近日撰文，详述合并后对以太坊应用层的影响，并指出在合併后若要进行重组攻击，需销毁总质押 1/3 的以太币，目前相当于超过 100 亿美元。
以太坊 2.0 与 1.0 预计将在明年第 2 季迎来合併。以太坊基金会生态建设协调人埃普斯（Trenton Van Epps） 上月 17 日表示，以太坊将在 3 到 6 个月内结束工作量证明（PoW）共识机制，呼吁以太坊矿工们为此做好准备。
以太坊核心开发者 Tim Beiko 11 月 29 日在以太坊基金会官方部落格撰文，解释合併后对以太坊应用层的影响，指出合併被设计为仅对以太坊终端用户、智能合约、Dapps 的运作方式产生最小影响，但还是有一些小的变化值得强调。
在文章中， Tim Beiko 总结出五个合併后值得注意的变化，包括区块结构、挖矿与叔块（Ommer Block）场、BLOCKHASH 与 DIFFICULTY 操作码改变、区块时间、安全头块与最终块等方面。
以下由动区编辑编译原文，整理如下：
区块结构
Tim Beiko 指出，在合併后，POW 区块将不再存在于网路中，以前 POW 链的内容，将成为信标链（Beacon Chain）上所创建区块的组成部分，这可以理解为信标链将成为新的以太坊 POS 共识层，取代了先前的 POW 共识层。
Tim Beiko 表示，信标链区块将包含 ExecutionPayloads，它是合併后当前 POW 链上的区块等价物，下图显示了这层关係。
对于终端用户和应用开发者而言，这些 ExecutionPayloads 是与以太坊交互的地方，在这一层的交易，仍将由执行层客户端（Besu, Erigon, Geth, Nethermind 等）处理；幸运的是，由于执行层的稳定性，合併只会带来最小的破坏性变更。
挖矿和叔块场
Tim Beiko 指出，在合併后，先前包含在 POW 区块头的几个字段将无法使用，因为它们与 POS 不相关，为了尽量减少对工具和基础设施的影响，这些字段都会设为 0，而不会完全从数据结构中删除，区块字段的完整变更可以在 EIP-3675 中找到。
Tim Beiko 指出，由于 POS 不会像 POW 那样自然产生 ommers （叔块），因此在每个区块裡的 ommers 列表将是空的，而它的哈希值将会变成一个空列表的 RLP 编码哈希值；此外，由于 difficulty 和 nonce 都是 POW 的特点，这些字段都会被设为 0，同时遵守它们以字节大小为单位。
BLOCKHASH 与 DIFFICULTY 操作码改变
Tim Beiko 指出，在合併后，BLOCKHASH 操作码仍可使用，但由于它不再能被透过 POW 哈希计算的过程来产生，所以此操作码提供的伪随机性将大大减弱。
Tim Beiko 进一步表示，与此相关的是， DIFFICULTY 操作码 （0x44） 将会更新、并重新命名为 RANDOM。合併后，它将会返回由信标链提供的随机性输出，这个操作码会因此成为应用开发者可以使用的随机性来源，它比 BLOCKHASH 更强，儘管仍有偏差。
另外，RANDOM 暴露的值将储存在 ExecutionPayload ，这也是 mixHash （一个与 POW 证明计算相关的值）储存的地方。数据的 mixHash 字段也将被重命名为 random。
Tim Beiko 以下图说明 DIFFICULTY 跟 RANDOM 操作码在合併前、合併后的运作方式：
区块时间
Tim Beiko 指出，合併将影响以太坊平均出块时间。目前在 PoW 机制下，平均出块时间大概是 13 秒，实际出块时间仍有显著差异，而在 POS 机制下，出块时间将精确到每 12 秒就会出一个区块，除非是验证者离线、或没有即时提交区块，因而错过了一个时间段，实际上，目前这种情况只在 <1% 时间段中发生过。
Tim Beiko 总结道，这意味著网路的平均出块时间将减少 1 秒，那些有在计算中假设一个特定平均出块时间的智能合约，将需要考虑这一点。
安全头块与最终块
Tim Beiko 指出，在 PoW 下，总是会有出现重组的可能性，应用程式通常会等待几个区块在一个新的区块头被挖出，因为这样一来，这些区块不太可能从权威链（canonical chain）中被移除，或者等区块被“确认”。
而在合併后，有了“最终块”（finalized block）和“安全头块”（safe head block）的概念，这些区块比 PoW 下的“被确认”区块更可靠，但理解上有区别，需要转变观念才能正确使用。
Tim Beiko 指出，“最终块”意味著它被大于 2/3 的验证者接受为权威链的一部分，因此，若有攻击者想创建一个衝突区块，它必须烧毁至少总质押金额的 1/3 以太币，以目前来说，相当于约 250 万颗以太币，价值超过 100 亿美元。
“安全头块”则是指正常的网路条件下，预期会被包含在权威链上的区块，假如网路延迟少于 4 秒，大多数验证者是诚实的、且没有对分叉选择规则攻击，安全头块将永远不会成为孤块。
Tim Beiko 分享了一份报告，详细介绍在各种情况下如何计算安全头块，并表示在即将发表的论文中，安全头块的假设和保证将被正式定义和分析。
Tim Beiko 表示，合併后，执行层的 API（例如 JSON RPC） 将在询问 latest 区块时默认返回安全头块，在正常网路条件下，安全头块和链的实际顶端将是相等的（安全头块只落后几秒钟），因此，安全头块被重组比现在 POW 的 latest 区块被重组的可能性还要低。
Tim Beiko 补充道，如果要公开 POS 链的真正链头，将会有一个 unsafe 的标记添加到 JSON RPC 中；最终块的区块也将通过 JSON RPC 公开，会出现一个新的 finalized 的标记，这些都可以作为比 POW 中的确认更强的替代品。
Tim Beiko 以下图对这些内容进行总结：
结论：下一步
Tim Beiko 最后表示，希望这篇文章能够帮助应用开发者做好准备，迎接众所期待的 POS 过渡，在接下来数週，存在已久的测试网将被提供给更广大的社群进行测试，还有一个可向基础设施、工具和应用程式开发人员提问、并了解最新合併技术进度的合併社群线上会议即将到来。
