以太坊协议的演进史：重要的硬分叉和升级

编者按：本文最初发表于2019年5月13日，原文翻译在此。 变化不大，增加了最近几次硬分叉的信息。

从整体来看，区块链技术出现的时间并不长。 尽管与区块链相关的基本概念（密码学、去中心化、点对点网络和交易）已经被研究了几十年，但直到 2008 年比特币诞生时，人们才相信这些概念确实可以结合起来创建可用的产品。 尤其是以太坊，直到2015年才以公开可用的面貌出现在人们的视野中。 尽管预期的开发时间表和具体细节发生了变化，但以太坊仍在坚持计划并不断升级协议，以确保提高可用性、安全性、功能性和去中心化性。

随着今年2月君士坦丁堡升级的完成，以太坊已经跨上了Serenity（也就是以太坊2.0）阶段的门槛，只需要经历一系列的硬分叉和阶段性升级（包括“以太坊1.0”）。 x") 可以实现。 然而，为了更好地理解以太坊 2.0 的目标，我们首先要回顾一下我们的起点。 这里是以太坊大事年表，回顾以太坊历史上重要的计划（外部）硬分叉和升级，为下一阶段的发展做准备。

奥林匹克 | 2015 年 5 月 9 日

以太坊区块链于 2015 年 7 月正式启动。在此之前的最后一步是奥林匹克 - 概念验证 (PoC) 的第九个也是最后一个开放测试网，允许开发人员提前探索以太坊区块链在启动后将如何工作。 Vitalik 宣布将发行总计 25,000 ETH 以奖励对网络进行压力测试的开发人员。 测试要求很明确：尝试使网络过载并“疯狂地操纵网络状态”以查看协议将如何处理过多的流量。 开发者需要测试交易动作、虚拟机运行、挖矿机制、通用惩罚机制四个方面。

边境 | 2015 年 7 月 30 日

经过数月的压力测试，以太坊网络已准备好正式启动主网。 7月20日，以太坊创世区块被挖出，社区开始逐步扩大。 在 Frontier 发布前几个月，Vinay Gupta 发表了一份说明，解释了以太坊的发布过程。 慷慨激昂的声明中不乏对以太坊潜在用户的警告。 Gupta 表示，Frontier 是以太坊“最原始的形式”，开发者应谨慎行事。 就在 Frontier 发布前几天，Stephen Taul 也提醒像 Gupta 这样的开发者：“就像美国开拓者浪潮中那些勇敢的开拓者一样，以太坊社区的参与者会发现巨大的机遇，同时也会有很多挑战。”

Frontier 协议包括以下主要功能：

区块奖励：当矿工在以太坊区块链上成功挖出一个区块时，他们将获得 ETH 奖励。 在 Frontier 阶段，矿工的区块奖励是每个区块 5 ETH。 Gas：在 Frontier 发布初期，每个区块的 gas 限制被硬编码为 5000 gas。 说白了，这意味着互联网上不会有大动作。 这为矿工开始在以太坊上工作以及为早期用户安装客户端提供了缓冲期。 几天后，gas cap 自动解除，网络可以按计划开始处理交易和智能合约。 金丝雀合约：金丝雀合约被纳入 Frontier 以告知用户哪些链已经或容易受到攻击。 金丝雀合约被赋值为0或1。如果合约被赋值为1，客户端可以识别这是一条错误链，并在挖矿时避开这条无效链。 本质上，金丝雀合约的这些功能允许以太坊核心开发团队在网络出现问题时暂停网络的运行。 在以太坊早期，金丝雀合约是一种极其中心化但不可或缺的保护机制。 可用性：所有开发人员操作都通过命令行执行，因为没有 GUI。 整个网络都可以使用，但是用户界面非常简陋，只有熟悉以太坊并有操作经验的人才能使用。

家园 | 2016 年 3 月 14 日

Homestead 升级是以太坊网络的第一个硬分叉，于 2016 年 3 月 14 日在第 1,150,000 个区块实施。 总的来说，Homestead 升级主要包括对以太坊的三个重要改进。 首先，它删除了金丝雀合约，删除了网络的中心化部分。 其次，它在以太坊的合约编程语言 Solidity 中引入了新代码。 最后，它介绍了 Mist 钱包，它允许用户持有/交易 ETH 并编写/部署智能合约。

Homestead 升级是首批实施的以太坊改进提案 (EIP) 之一。 EIP 是指向社区提出的建议，一旦获得认可，就会纳入网络升级。 Homestead 升级包含三个 EIP：

EIP-2：宅基地核心升级

EIP 2.1：通过交易将创建智能合约的成本从 21,000 Gas 增加到 53,000 Gas。 以前，通过合约创建合约（推荐的方法）比通过交易创建合约更昂贵。 由于通过交易创建合约的 gas 成本增加，EIP 2.1 激励用户恢复通过合约创建合约。

EIP 2.2：“所有 s 值大于 secp256k1n/2 的交易签名都被认为是无效的。预编译的 ECDSA 恢复合约保持不变并接受更高的 s 值；在合约需要恢复旧的比特币签名等情况下。现在，这个特性派上用场。” [来源]

EIP 2.3：明确规定，如果一个合约没有收到足够的Gas来完成整个操作过程，则合约创建将“失败”，而不是创建一个空白合约，这样交易可能的输出将从原来的[成功]、[失败]或[空]变为[成功]或[失败]。

EIP 2.4：移除了用户创建难度值更高的区块的激励，从而增加了网络挖到区块的概率。 此次升级将出块时间稳定在 10 秒到 20 秒，让全网回到了 15 秒左右的目标出块时间。

EIP-7

“在 0xf4 中添加了一个新的操作码，DELEGATECALL。此操作码类似于 CALLCODE，只是它将发送者和值从父作用域发送到子作用域，也就是说，调用的创建与原始调用完全相同，具有相同的发送者和价值。”

EIP-8：面向未来的升级

EIP-8 是一项面向未来的网络升级计划改进提案。 这一改进确保了以太坊网络上的所有客户端软件都能够适应未来的网络协议升级。

道叉 | 2016 年 7 月 20 日

除了计划中的以太坊升级和硬分叉，还有一个计划外的 DAO 事件值得铭记。2016 年，一个

一个名为 The DAO 的去中心化自治组织

通过代币销售筹集了 1.5 亿美元。 6 月，The DAO 遭到黑客攻击，价值 5000 万美元的 ETH 被一名不知名的黑客盗走。 以太坊社区的大部分参与者决定进行硬分叉，以恢复钱包中被盗的 ETH 并修补漏洞。 但硬分叉并未得到社区所有参与者的一致认可，部分参与者继续在原链上进行挖矿和交易。未追回被盗ETH的原链称为

随着时间的推移以太坊发展史，以太坊经典（ETC）的安全性逐渐降低，挖矿难度也随之降低

. 大多数社区和核心开发人员继续在分叉链上工作——被盗的 ETH 归还给他们原来的持有者——现在被称为以太坊区块链。

大都会：拜占庭叉子 | 2017 年 10 月 16 日

以太坊路线图的下一步称为大都会，它将分两个阶段进行：拜占庭和君士坦丁堡。 拜占庭分叉于2017年区块高度437万激活，包括以下9个EIP：

生态工业园区 100

调整出块难度评价公式，将叔块纳入参考范围。 新的公式使得货币发行率更加稳定，保证不能通过操纵叔块来强制提高发行率。

工业知识产权658

对于拜占庭硬分叉升级的区块，交易收据将包含一个状态字段来指示成功（赋值 1）或失败（赋值 0）。

工业知识产权 649

“难度炸弹”是一种机制，一旦被激活，就会增加挖掘新区块的成本（即难度），直到难度达到无法挖掘新区块的程度。 一旦达到这个难度，以太坊网络就会“冻结”。 难度炸弹最初于 2015 年 9 月被纳入以太坊网络，以帮助以太坊网络从 PoW 过渡到 PoS。 一旦实施了PoS机制，矿工理论上仍然可以选择支持旧的PoW链，这将导致社区分裂并产生两条独立的链——一条由staker维护，一条由矿工维护。 维持。 为了防止这种情况发生，难度炸弹机制应运而生，这会让挖矿效率越来越低，最终保证全网在没有硬分叉的情况下完成向PoS机制的过渡。 在本次提案中，难度炸弹（又称冰河世纪）推迟一年，区块奖励从5 ETH减少到3 ETH。

剩余拜占庭分叉EIP具体内容（140、196、197、198、211、214）

大都市：君士坦丁堡 | 2019 年 2 月 28 日

Metropolis 升级二期君士坦丁堡原定于 2019 年 1 月中旬在 708 万个区块上线。1 月 15 日，一家名为 ChainSecurity 的独立安全审计公司发布报告称，五次重大系统升级中的一次将给攻击者窃取资金的机会。 针对报告提出的问题，以太坊核心开发人员和社区其他成员投票决定在安全问题解决之前暂缓升级。 1月底，核心开发者宣布将在区块高度728万激活升级。 2月28日，君士坦丁堡硬分叉实施以太坊发展史，区块高度为728万。 以太坊网络目前处于君士坦丁堡阶段。

EIP 145：按位移动指令

按位移动指令已添加到以太坊虚拟机 (EVM)。 这些指令允许将二进制信息中的位向左和向右移动。 这一改进意味着智能合约的按位移动操作将便宜 10 倍。

EIP 1052：智能合约验证

智能合约能够通过检查另一个智能合约的哈希值来验证自己。 在君士坦丁堡分叉之前，智能合约必须提取另一个合约的完整代码进行验证，这会消耗大量的时间和资源。

EIP 1014：创建 2

状态通道的可执行性变得更强。 状态通道是基于链下交易的以太坊扩容方案。

EIP 1283：SSTORE

降低 SSTORE 操作所需的 Gas 成本。 此举使事务中的多个更新操作成本更低。

EIP 1234：区块奖励和难度炸弹暂停

由两部分组成：降低区块奖励和暂停难度炸弹。

区块奖励减少矿工获得的区块奖励已从每个区块 3 ETH 减少到 2 ETH。 此举称为“Thirdening”。

难度炸弹暂停 EIP 1234 将难度炸弹的激活再推迟 12 个月，届时将举行另一次投票。

前景：伊斯坦布尔和宁静

展望未来，“宁静”将是以太坊区块链的最后阶段，但将经历伊斯坦布尔分叉和“以太坊 1.x”。 先相。 伊斯坦布尔硬分叉将主要围绕关于 ProgPoW 的决定展开。 Serenity 将完成从 PoW 到 PoS 的转换，以及其他一些重要的升级。 特别值得关注的是：信标链和分片概念的引入，以及用 eWASM（以太坊风格的 Web Assembly）替换以太坊虚拟机（EVM）。 Serenity的所有升级都将分阶段进行。 同时，以太坊 1.x 也将不断完善，以保证 PoW 原链的后续运行。 后续的硬分叉计划和Serenity我会在下一篇文章中讲解，敬请期待。

编者按：遗憾的是，截至本次校对（2021 年 7 月），作者在此设想的未来尚未成为现实。 2020年底，信标链将正式上线。 ETH 持有者可以将资金锁定在以太坊区块链上，成为 Beacon Chain 的验证者，参与 PoS 共识过程。 但是，信标链目前还没有任何功能，甚至信标链验证人的奖励也无法转移，资金也无法提取。 信标链还需要经过一个叫做“合并”的过程，才能真正用于承载目前由 PoW 共识机制承载的区块链上的活动。 （“Merge”的实施还没有明确的时间表，乐观估计可能在明年第一季度。）另外，在原文章发表后，以太坊区块链经历了数次硬分叉。 硬分叉信息补充如下：

“伊斯坦布尔”升级伊斯坦布尔分叉的激活高度为区块9,069,000，激活时间为2019年10月8日（UTC时间）。 升级内容： EIP-152：增加BLAKE2压缩函数F预编译功能，在以太坊合约中增加验证Equihash PoW的功能。 这开启了在 Zcash 和以太坊之间中继交易和原子交换的可能性。 EIP-1108：减少 alt_bn128 曲线的预编译 Gas 消耗使 zk-SNARKs 操作更便宜，从而允许开发更便宜的扩展和隐私应用程序。 示例包括 Matter labs、Aztec Protocol、Rollup 和 Zether。 EIP-1344：ChainID 操作码为合约添加了一种跟踪自己的以太坊链的方式，以便合约（尤其是状态通道和 Plasma 等第 2 层解决方案使用的合约）跟踪正确的第 1 层链，尤其是在硬分叉。 EIP-1884：根据 Merkle 树大小对操作码重新定价 更改了一些 EVM 操作码的气体消耗，以防止交易垃圾邮件攻击并更好地平衡每个块的计算开销。 在以太坊网络上，一个操作消耗的 Gas 量通常与该操作所需的计算开销相匹配。 该 EIP 增加了一些计算密集型但目前 gas 密集度较低的操作码的消耗，即 SLOAD、BALANCE 和 EXTCODEHASH。 EIP-2028：降低交易数据gas消耗，通过减少交易中调用数据的gas消耗，使zk-SNARKs和zk-STARKs的应用更便宜。 这样做还有助于提高第 2 层解决方案的吞吐量。 Starkware 就是一个例子。 EIP-2200：更改SSTORE操作的gas消耗量计量方式 更改EVM数据存储操作的gas消耗量计量方式，让合约可以引入一些新的功能，比如重入锁（re-entry lock）和same-合约多发。 看：

“缪尔冰川”升级伊斯坦布尔分叉激活高度为920万个区块，激活时间为2020年1月2日（UTC时间）。 升级内容：EIP 2384将难度炸弹推迟400万个区块，约611天。 看：

“柏林”升级伊斯坦布尔分叉的激活高度为区块1224 4000，激活时间为2021年4月15日（UTC时间）。 升级内容： EIP-2565：ModExp Gas Cost 减少使用ModExp (0x00..05)预编译模块的Gas消耗 EIP-2929：增加状态访问操作码的Gas消耗 增加第一次使用SLOAD的交易Gas消耗， *CALL, BALANCE, EXT* and SELFEDESTRUCT EIP-2718: 标准化交易信封引入了一种新的交易类型作为信封，以更好地支持多种交易类型 EIP-2930: Optional 在访问列表中添加了一种新的交易类型，它将包含访问列表：交易计划访问的地址和存储项密钥的列表。 这可以在一定程度上缓解EIP-2929带来的Gas消耗增加。 看：

即将到来的“伦敦”升级尚未确定。 确认内容： EIP-1559：ETH 1.0 链的费用市场改革 EIP-3198：BASEFEE 操作码 EIP-3541：拒绝以 0xEF 字节开头的新合约 EIP-3554：难度炸弹推迟到 2021 年 12 月 1 日见：