以太坊2.0 PoS经济分析：三大变量决定网络的安全性

写在前面：

来自ConsenSys的Tanner Hoban和Tom Borgers针对以太坊2.0网络的经济问题进行了独立研究，他们认为，以太坊2.0网络的安全性取决于ETH质押量、ETH价格以及波动性这三个关键变量，而在ETH质押率达到13.8%时，以太坊2.0网络能够提供和以太坊1.0类似的安全性以抵御潜在的攻击，最后，他们还建议将以太坊2.0的基本奖励系数从当前的64至少提高到128，以保证网络的安全性。

对于这份研究报告，以太坊联合创始人Vitalik Buterin给予了高度评价，但他也担忧研究者的分析高估了PoW的攻击成本，因此他认为即便以太坊2.0的ETH质押率低于13.8%，网络的安全性也要比预期的更高，因此他并不认为增加奖励是必要的。

以下是译文：

我们要感谢Molchdao，感谢与我们交谈的利益相关者，以及感谢以太坊基金会在整个项目中给予的支持。特别感谢Danny Ryan、Barnabe Monnot、Trent Van Epps以及Vitalik Buterin对本报告草案提供的意见和建议。

虽然我们强烈建议大家通读整份报告，但为了节省各位宝贵的时间，以下是这份报告当中的重要内容摘要：

以太坊2.0网络升级是一项雄心勃勃的、逐步向权益证明（PoS）共识算法和激励系统转变的过程，这对网络的经济属性有着深远的影响。该系统的设计是复杂的，激励机制会奖励诚实的网络参与者验证交易和确定网络历史状态，同时惩罚离线和恶意的验证者。本文利用详细的网络经济模型和新的经济评估工具，对以太坊2.0的密码经济安全进行了定义、度量以及分析。

首先，为了支持经济评估，我们在Excel中构建了一个经济模型，用于解释当前规范下系统的输出和选定场景。在建立这个项目的过程中，我们逐渐开发和利用这个模型来阐明期望，并形成关于验证者收入、成本、收益和网络发行的数据驱动的结论。以太坊2.0系统依赖于对这些输出有实质性影响的近100个变量。通过这个模型，我们动态地说明了验证者在不同ETH价格和总ETH质押量下的盈利能力，强调了对网络安全性影响的可变性。

我们使用围绕网络攻击成本的一系列假设，定义了以太坊2.0第0阶段（Phase 0）中所需的经济安全级别。其目标是使攻击的成本高于攻击的潜在收益，并实现与当前以太坊区块链（ETH1.0）类似的安全级别。我们确定了两种主要的经济攻击载体，每一种都有不同的变体和不同的风险水平：（1）超级多数攻击（Supermajority Attack），（2）最终性攻击（Finality Attack）。在第0阶段，我们主要关注旨在破坏网络的攻击，并发现网络存在遭遇此类攻击的风险，而对于接下来的阶段，关注也会更多。根据我们的估计，在以太坊2.0的ETH质押率达到13.8%时，它能够提供和以太坊1.0类似的安全性以抵御潜在的攻击。

也就是说，以太坊2.0的安全性高度依赖于质押的ETH。我们建立了一个模型来理解资本效率投资者的动机，我们称它为“需求宁静主动验证者收益率”（RSAVY）模型，以应对抵押品的风险和成本以及相应的要求回报率（RRR）。根据我们的研究结果，我们预计在3.3％的年化收益率下，验证者会考虑参与（我们将其用作最小收益率的代理）。在更为悲观但稳定的情况下，年化收益率会提高到11.6％。

RSAVY模型不仅可以用来计算所需的回报率，而且可以在选定的情景下形成一幅网络图。我们在这些场景中应用不同的参数来支持我们的结论和建议，总结如下：

结论：

与工作量证明（PoW）相比，以太坊2.0的权益证明（PoS）要更为复杂。以太坊2.0是一个高度复杂且精心设计的系统，它的结构优雅，设计周到，但是从验证者的角度来看可能会很难把握，这导致了不确定性和不可预测性，这为潜在的资本效率验证者，带来了实用及叙述上的障碍。

以太坊2.0网络的安全性取决于三个关键变量：ETH质押量、ETH价格和波动性。这些变量中的每一个，都会对攻击网络的成本产生直接或间接的影响。相对来说，ETH的总质押量是最可控的变量，而ETH的价格对网络安全有直接和潜在的巨大影响，但它不在系统的控制范围之内。而波动性可能来自不同的来源，并间接影响ETH的质押量和价格。

对以太坊2.0的攻击，要比对以太坊1.0的攻击更容易扩展。在以太坊2.0中，参与网络的硬件和功耗负担基本降到了最低。此外，DeFi的繁荣和最终与以太坊2.0的连接，可以极大地加速和放大这一趋势。

资本效率验证者更可预测。虽然以太坊爱好者的参与，对于成功推出信标链来说是很重要的，但这最终不足以达到足够的安全级别。吸引资本效率高的验证者，将导致针对足够水平ETH质押量的准确性。

以13.8%的ETH质押量为目标，根据历史价格计算，以太坊2.0网络将达到以太坊1.0的安全水平。我们计算出在历史价格的波动情况下，ETH的目标质押率为13.8%。

存在验证的规模经济，但在ETH价格升高时会降低。与PoW环境只能通过不断扩大的规模运营来实现盈利能力不同，随着ETH价格的上涨，以太坊2.0验证的成本将逐渐降低。我们大体上发现，网络经济非常有利于更去中心化的网络参与，这满足以太坊2.0的设计目标。

目前77.7%的ETH供应存放在验证者的“合格”钱包（指超过32 ETH的地址）中。非交易所钱包中约有8660万ETH（占总供应量的77.7%），另外有1870 万ETH由交易所保管，它们可能会提供质押服务。这是一个引人注目的，可服务的可寻址市场，激励计划的一个关键目标是最大限度地提高网络参与度，将这些钱包转换为主动验证者。

与以太坊1.0相比，以太坊2.0为安全支付的奖励要低得多。使用当前的信标链规范，以及要求的1550万ETH质押量（13.8%），我们估计每年的网络通胀率为0.55%，远低于以太坊1.0目前4%-4.5%的年通胀率。

网络安全在很大程度上依赖于ETH的价格稳定性。关于以太坊2.0的经济稳定性和安全性，我们主要关注的是以太坊2.0在低ETH价格下的弹性。再加上对手方迅速扩大攻击的能力，我们认为这是一个值得关注的问题。

阶段0和阶段1缺乏流动性可能导致不可预测性和集中化。鉴于以太坊1.0和以太坊2.0之间缺乏双向桥梁，以及第0阶段和第1阶段缺乏交易能力，我们预计会出现衍生品和中心化二级交易市场。而高度集中的验证者利用这些平台，会产生中心化风险和不可预测性。

小心衍生品攻击。以太坊生态系统正在迅速发展，ETH作为一种资产类别也在迅速发展，期权数量不断增加，独特的金融工具如“闪电贷”会被恶意利用。有了这种势头，衍生品可能成为对手方最青睐的攻击途径。

建议：

将基本奖励系数至少提高到128：我们认为，为了网络安全考虑，增加支付是有道理的，而在当前基本奖励因子为64的情况下，网络支付的安全性是不够的。在分阶段迁移到权益证明（PoS）的过程中，我们应该要谨慎行事。

探索一种更动态的方法，以在发生冲击（例如ETH价格崩溃）时更改奖励（即探索安全网的实施）。我们建议探索一种更具动态性的方法，以便在网络冲击的情况下调整奖励或改变基本奖励系数。这可能包括使用阈值触发器、阶梯函数或与ETH价格直接相关的函数