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 在回顾开发团队电话会议的内容时表示，12 月的难度炸弹可能会延迟，但在合并之前不会有新的 EIP。倒计时以太坊算力难度会降低吗，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？和ETH2.0的合并有什么关系？

难度炸弹的含义

难度炸弹是以太坊挖矿中的一个开关，导致挖矿难度迅速上升。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，难度系数包括启动难度炸弹时的目标区块高度。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；一旦区块高度达到预定值，出块时间会呈指数增长，然后每100,000个区块调整难度。

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

“许多人一直想知道我们如何在安静阶段从 PoW 切换到 PoS。这将通过新引入的难度调整时间表来处理，该时间表将在接下来的 16 个月内顺利保证硬分叉点......它的工作原理是：从 200,000 块高度开始（大约 2015 年 8 月下旬），挖矿难度会开始呈指数级增长，大约一年后难度会显着提升到那个时候（大概是Tranquility里程碑发布的时候），挖矿难度的大幅度提升会让出块时间变长。”

为什么从 PoW 过渡到 PoS 需要难度炸弹才能过渡？理解这个问题可以理清难度炸弹和ETH2.0的顺序。首先，我们需要接受这样一个事实，即 ETH2.0 完成后 PoW 将退出历史舞台，不存在两种共识共存，以及 ETH2.0 完成后的事实。合并阶段是 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1.0和2.0合并完成后实施分叉。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。也就是说，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。

难度炸弹是一种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（实际时间可能比这个更短，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，而这段时间正是矿工阵营瓦解的时候。

考虑到区块高度越高，实现分叉的难度越大，矿工不能等到完全没有输出才开始分叉，而应该在难度炸弹第一次激活的时候开始行动但是，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：如果一些矿工不合作分叉，而是在原来最长的链上继续挖矿，那么他们的产出会大幅增加，甚至超过难度炸弹造成的损失，一旦分叉失败，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），即使知道最终结果是零产出，也没有人愿意冒险。

理解了难度炸弹的含义，我们自然可以理解其开启时间和ETH2.0合并时间的先后顺序。上面说过，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结束的先行指标，就是基于这个逻辑。

难度炸弹开启后，以太坊合并必须在两三个月内完成。如果无法完成，团队只能选择暂停和推迟，这在历史上已经发生过3次了。

过去推迟难度炸弹的 EIP

难度炸弹历史上已经激活了3次，推迟了4次。堡垒升级、缪尔冰川升级和刚刚完成的伦敦升级。

上图为历史上以太坊区块时间的变化。可以看到，正常情况下出块时间维持在13-14秒，但是已经出现了3次急剧上升，而这3次是难度炸弹启动的时候。每次开启，出块时间会以之字形的方式增加，因为难度会每 100,000 个区块调整一次。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。三颗难度炸弹最终因为以太坊开发团队还没有准备好完全切换到 PoS 而被暂停和推迟，而 PoW 模式下区块难度的增加会导致交易等待时间和叔块概率增加，从而降低以太坊车间的实用性和安全性。

难度炸弹的第一次延迟

2017年3月，区块高度达到370万，难度炸弹首次开启，出块时间迅速增加。直到 10 月的调整被延长到 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到的伪区块高度，用于延迟难度炸弹的激活。

此时的真实区块高度是437万，但是用于启动难度炸弹的伪区块高度是137万（437-300）。简单计算可以得出，当伪区块height 是在区块高度再次达到370万之后以太坊算力难度会降低吗，也就是233万（370-137）个区块——即真实区块高度达到670万（437+233）），难度炸弹将重新开始）。

难度炸弹第二次延期

2019 年 1 月 15 日，以太坊君士坦丁堡升级协调员 Afri Schodeon 发现，以太坊的难度炸弹已经在 670 万高度区块如期推出，并在约 700 万区块高度“爆炸”。次日，以太坊核心开发者（EIP-1559 的发起者）Eric Conner 在推特上指出，难度炸弹爆炸后，平均出块时间从 14 秒增加到 15. 5秒，增加会加速。

2 月中旬，以太坊出块时间增加到 20 秒，问题再次摆在以太坊开发者面前，唯一的办法就是分叉升级以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，就是简单的将难度系数中的伪区块高度降低500万。调整后真实高度728万，伪高度228万（728-500），当伪高度回到370一万，即真实高度达到870万（370- 228+728），难度炸弹会再次启动，这次只需要通过142万个区块，所以时间比上一次要短。

难度炸弹第三次延迟

2019年10月5日，难度炸弹在860万区块高度提前激活，12月中旬出块时间升至17秒。以太坊开发 伊斯坦布尔升级后不久，攻击者不得不在海拔 920 万处再次硬分叉。这就是缪尔冰川升级，它只有一个改进方案（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，区块奖励会被“冻结”，而最近考虑的第五个延迟也可能是这样命名的），EIP-2384，其目的是让难度炸弹再延迟400万个区块，或者说1320万的高度大约是611天后。

而且提案中还有一句话引人关注：难度炸弹最好推迟到ETH2.0 finality gadget（finality gadget））预计发布时间。

难度炸弹第四次延迟

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）。第一周发布）。

第五次提出EIP推迟难度炸弹？

7 月，以太坊核心开发者 Tim Beiko 说：假设我们有一个非合并升级（作者注：假设 12 月上海升级未能完成 2.0 合并，实际上是假设发生的） ，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”，否则考虑使用“冰川主题”与缪尔相同的原因冰川升级）。

8 月 20 日，以太坊 Tim Beiko 对 Fang 核心开发者电话会议内容的回顾表示，基本上所有团队都一致认为，除了 Eth1 和 Eth2 合并的共识变更之外，还有其他重要的事情需要未来几个月内完成，其中大部分是 Client 需要进行性能优化以进行合并，更好地分离共识引擎等。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延迟，添加少量其他（一行））更改，但不会导致合并之前的新 EIP。

现在似乎几乎可以肯定，难度炸弹将再次延迟，这也符合我们之前对它与以太坊合并的分析。相关性匹配。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的那样，PoW 的结束最早要到 2022 年第二季度。从难度炸弹激活到完全爆炸只需要两三个月，所以如果难度炸弹在12月激活，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。

最后一个问题是，以太坊开发团队会拿出新的EIP来延缓难度炸弹吗？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的延期，需要开发团队进一步解释（作者猜测Tim Beiko的意思是12月的升级只包含一个延期难度炸弹的EIP，没有其他新提案，所以考虑改一下”上海”用于其他“冰川主题”）。