以太坊2.0 PoS經濟分析：三大變量決定網絡的安全性

原文標題：《以太坊 2.0 PoS 經濟分析：三大變量決定網絡的安全性》

原文作者：Tanner Hoban、Tom Borgers，ConsenSys

原文編譯：灑脫喜

寫在前面：

來自 ConsenSys 的 Tanner Hoban 和 Tom Borgers 針對以太坊 2.0 網絡的經濟問題進行了獨立研究，他們認爲，以太坊 2.0 網絡的安全性取決於 ETH 質押量、ETH 價格以及波動性這三個關鍵變量，而在 ETH 質押率達到 13.8% 時，以太坊 2.0 網絡能夠提供和以太坊 1.0 類似的安全性以抵禦潛在的攻擊，最後，他們還建議將以太坊 2.0 的基本獎勵係數從當前的 64 至少提高到 128，以保證網絡的安全性。
對於這份研究報告，以太坊聯合創始人 Vitalik Buterin 給予了高度評價，但他也擔憂研究者的分析高估了 PoW 的攻擊成本，因此他認爲即便以太坊 2.0 的 ETH 質押率低於 13.8%，網絡的安全性也要比預期的更高，因此他並不認爲增加獎勵是必要的。

以下是譯文：

我們要感謝 Molchdao，感謝與我們交談的利益相關者，以及感謝以太坊基金會在整個項目中給予的支持。特別感謝 Danny Ryan、Barnabe Monnot、Trent Van Epps 以及 Vitalik Buterin 對本報告草案提供的意見和建議。

雖然我們強烈建議大家通讀整份報告，但爲了節省各位寶貴的時間，以下是這份報告當中的重要內容摘要：

以太坊 2.0 網絡升級是一項雄心勃勃的、逐步向權益證明（PoS）共識算法和激勵系統轉變的過程，這對網絡的經濟屬性有着深遠的影響。該系統的設計是複雜的，激勵機制會獎勵誠實的網絡參與者驗證交易和確定網絡歷史狀態，同時懲罰離線和惡意的驗證者。本文利用詳細的網絡經濟模型和新的經濟評估工具，對以太坊 2.0 的密碼經濟安全進行了定義、度量以及分析。

首先，爲了支持經濟評估，我們在 Excel 中構建了一個經濟模型，用於解釋當前規範下系統的輸出和選定場景。在建立這個項目的過程中，我們逐漸開發和利用這個模型來闡明期望，並形成關於驗證者收入、成本、收益和網絡發行的數據驅動的結論。以太坊 2.0 系統依賴於對這些輸出有實質性影響的近 100 個變量。通過這個模型，我們動態地說明了驗證者在不同 ETH 價格和總 ETH 質押量下的盈利能力，強調了對網絡安全性影響的可變性。

我們使用圍繞網絡攻擊成本的一系列假設，定義了以太坊 2.0 第 0 階段（Phase 0）中所需的經濟安全級別。其目標是使攻擊的成本高於攻擊的潛在收益，並實現與當前以太坊區塊鏈（ETH1.0）類似的安全級別。我們確定了兩種主要的經濟攻擊載體，每一種都有不同的變體和不同的風險水平：（1）超級多數攻擊（Supermajority Attack），（2）最終性攻擊（Finality Attack）。在第 0 階段，我們主要關注旨在破壞網絡的攻擊，並發現網絡存在遭遇此類攻擊的風險，而對於接下來的階段，關注也會更多。根據我們的估計，在以太坊 2.0 的 ETH 質押率達到 13.8% 時，它能夠提供和以太坊 1.0 類似的安全性以抵禦潛在的攻擊。

也就是說，以太坊 2.0 的安全性高度依賴於質押的 ETH。我們建立了一個模型來理解資本效率投資者的動機，我們稱它爲「需求寧靜主動驗證者收益率」（RSAVY）模型，以應對抵押品的風險和成本以及相應的要求回報率（RRR）。根據我們的研究結果，我們預計在 3.3％的年化收益率下，驗證者會考慮參與（我們將其用作最小收益率的代理）。在更爲悲觀但穩定的情況下，年化收益率會提高到 11.6％。

RSAVY 模型不僅可以用來計算所需的回報率，而且可以在選定的情景下形成一幅網絡圖。我們在這些場景中應用不同的參數來支持我們的結論和建議，總結如下：

結論：

與工作量證明（PoW）相比，以太坊 2.0 的權益證明（PoS）要更爲複雜。以太坊 2.0 是一個高度複雜且精心設計的系統，它的結構優雅，設計周到，但是從驗證者的角度來看可能會很難把握，這導致了不確定性和不可預測性，這爲潛在的資本效率驗證者，帶來了實用及敘述上的障礙。

以太坊 2.0 網絡的安全性取決於三個關鍵變量：ETH 質押量、ETH 價格和波動性。這些變量中的每一個，都會對攻擊網絡的成本產生直接或間接的影響。相對來說，ETH 的總質押量是最可控的變量，而 ETH 的價格對網絡安全有直接和潛在的巨大影響，但它不在系統的控制範圍之內。而波動性可能來自不同的來源，並間接影響 ETH 的質押量和價格。

對以太坊 2.0 的攻擊，要比對以太坊 1.0 的攻擊更容易擴展。在以太坊 2.0 中，參與網絡的硬件和功耗負擔基本降到了最低。此外，DeFi 的繁榮和最終與以太坊 2.0 的連接，可以極大地加速和放大這一趨勢。

資本效率驗證者更可預測。雖然以太坊愛好者的參與，對於成功推出信標鏈來說是很重要的，但這最終不足以達到足夠的安全級別。吸引資本效率高的驗證者，將導致針對足夠水平 ETH 質押量的準確性。

以 13.8% 的 ETH 質押量爲目標，根據歷史價格計算，以太坊 2.0 網絡將達到以太坊 1.0 的安全水平。我們計算出在歷史價格的波動情況下，ETH 的目標質押率爲 13.8%。

存在驗證的規模經濟，但在 ETH 價格升高時會降低。與 PoW 環境只能通過不斷擴大的規模運營來實現盈利能力不同，隨着 ETH 價格的上漲，以太坊 2.0 驗證的成本將逐漸降低。我們大體上發現，網絡經濟非常有利於更去中心化的網絡參與，這滿足以太坊 2.0 的設計目標。

目前 77.7% 的 ETH 供應存放在驗證者的「合格」錢包（指超過 32 ETH 的地址）中。非交易所錢包中約有 8660 萬 ETH（佔總供應量的77.7%），另外有 1870 萬 ETH 由交易所保管，它們可能會提供質押服務。這是一個引人注目的，可服務的可尋址市場，激勵計劃的一個關鍵目標是最大限度地提高網絡參與度，將這些錢包轉換爲主動驗證者。

與以太坊 1.0 相比，以太坊 2.0 爲安全支付的獎勵要低得多。使用當前的信標鏈規範，以及要求的 1550 萬 ETH 質押量（13.8%），我們估計每年的網絡通脹率爲 0.55%，遠低於以太坊 1.0 目前 4%-4.5% 的年通脹率。

網絡安全在很大程度上依賴於 ETH 的價格穩定性。關於以太坊 2.0 的經濟穩定性和安全性，我們主要關注的是以太坊 2.0 在低 ETH 價格下的彈性。再加上對手方迅速擴大攻擊的能力，我們認爲這是一個值得關注的問題。

階段 0 和階段 1 缺乏流動性可能導致不可預測性和集中化。鑑於以太坊 1.0 和以太坊 2.0 之間缺乏雙向橋樑，以及第 0 階段和第 1 階段缺乏交易能力，我們預計會出現衍生品和中心化二級交易市場。而高度集中的驗證者利用這些平臺，會產生中心化風險和不可預測性。

小心衍生品攻擊。以太坊生態系統正在迅速發展，ETH 作爲一種資產類別也在迅速發展，期權數量不斷增加，獨特的金融工具如「閃電貸」會被惡意利用。有了這種勢頭，衍生品可能成爲對手方最青睞的攻擊途徑。

建議：

將基本獎勵係數至少提高到 128：我們認爲，爲了網絡安全考慮，增加支付是有道理的，而在當前基本獎勵因子爲 64 的情況下，網絡支付的安全性是不夠的。在分階段遷移到權益證明（PoS）的過程中，我們應該要謹慎行事。

探索一種更動態的方法，以在發生衝擊（例如 ETH 價格崩潰）時更改獎勵（即探索安全網的實施）。我們建議探索一種更具動態性的方法，以便在網絡衝擊的情況下調整獎勵或改變基本獎勵係數。這可能包括使用閾值觸發器、階梯函數或與 ETH 價格直接相關的函數。

有關完整披露信息，請參閱原報告。

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