从0到1：了解以太坊上海升级

作词：石奇

长话短说

了解以太坊上海升级

什么是上海升级

上海升级是以太坊执行层的下一次硬分叉。 经历了君士坦丁堡升级、伊斯坦布尔升级、柏林升级、伦敦升级、巴黎升级（Merge）。 每一次升级都意味着以太坊有一些重大的更新，比如EIP-1559改变了矿工的收入结构，Merge改变了以太坊的运行机制等等。

信标链（beacon chain）——两年共识层实习生

2020 年 12 月，以太坊推出了 Beacon 链。 此后，以太坊从执行层和共识层分管一条链，变成了执行层共识层分管两条平行链，这也是从PoW到PoS的转变。

改造后，共识层负责Beacon链，执行层负责原以太坊主网，也就是大家平时在以太坊上与用户交互的主网。 Beacon链与主网合并前，仅通过执行层的Deposit Contract进行通信。 简而言之，用户在执行层的Deposit Contract上存入ETH，然后将ETH存储在信标链中，但从此之后，信标链上的ETH无法返回执行层。 , 存款合约中的 ETH 无法提取。

注：存款合约，简称Deposit Contract是部署在ETH主网上的智能合约，它会接受任何包含至少1个ETH和有效输入数据的交易，信标链上的节点会监听这个合约，并使用被监控交易中的输入数据在信标链中建立对应的Validator。

不过，Beacon链并没有一上线就登场。 经历了两年的共识见习阶段，直到2022年9月才正式与以太坊主网合并。中间的Beacon链经历了多次升级，从最初的，到，再到Bellatrix（又名作为The Merge），终于顺利出道。 此后，Beacon 链和以太坊主网相结合，形成了一个新的以太坊。 引擎 API 进行通信。

在Beacon链两年的共识见习过程中，Beacon链上积累了大量的ETH，至今仍无法提现。 用户平时在以太坊网络上操作时，使用自己的层级执行ETH余额。 所以信标链ETH的提现功能是必须要实现的，这次上海升级（Shanghai Upgrade）来了。

上海升级其实是指执行层的升级。 除了上海升级之外，还有共识层信标链的升级，称之为升级。 将Beacon链上的ETH提现到执行层的功能是由上海升级和Capella升级共同完成的。

上海升级重点

上海升级的首要目标是实现信标链的提现功能。 除了信标链退出之外，EOF（EVM Object Format）也是一次重大升级，但正是因为它如此重要，才会需要更多的测试时间。 为了不耽误信标链提现功能的实现，EOF的升级可能会推迟，主要看他的进度。

EIP-4844是另一个备受关注的重要升级。 由于对以太坊意义重大，也可能延迟信标链提现功能的实现，EIP-4844已确认纳入下一次坎昆升级（下一次上海升级）。

上海升级进度

预计2023年1月进行影分叉，3月进行上海升级硬分叉。 本次升级除了执行层的上海升级外，还将进行共识层的Capella升级，执行层和共识层的联合升级将完成信标链的提现功能，此外对信标链上质押的ETH提现功能，也会进行EOF等一些小的升级。 预计共实现9个EIP。 另一方面，根据2023年1月5日举行的下一次All Core Developers会议，将决定是否将EOP的实施推迟到2023年秋季，以免影响提现功能的实施进度。 备受期待的 EIP-4844 也将于 2023 年秋季实施。

注：Shadow fork，简单来说，shadow fork是一种压力测试的方法，利用主网的数据在小范围的节点上进行测试。 通过运行少量配置更新的节点对以太坊网络进行分叉，得到一个影子分叉网络，使得影子分叉可以继承原网络的状态和历史，而不影响原网络中大部分节点的状态。 不会影响分叉前网络的运行。 这样做的好处是主网的数据量和交易是最复杂的，可以帮助节点模拟真实情况。

升级的具体内容

取钱

可能涉及的概念

首先，您需要了解提款。 你需要对什么是Validator、什么是ETH 2.0、The Merge发生了什么有一个模糊的概念。 如果你熟悉下面提到的概念，你可以跳过它。

如果没有概念，也可以阅读以太坊2.0知识库，也可以对现状做一个简单的了解：以太坊现在分为共识层和执行层。 共识层有一堆打工仔，叫做Validators。 （Beacon 链）承诺 32 ETH 作为他们工作的保证。 有了这个保证，Validators 就可以为以太坊工作，互相监督，换取一些收入。 目前，用于担保和收益的资金，Validators无法收回。

验证者的职责

验证器具有三个主要职责：

(1) Propose block，继承了之前矿工的职责，但目前大多数Validators选择安装mev-boost，间接实现Proposer builder分离。 如果您想了解更多关于 MEV 和 MEV-boost 的信息，可以阅读 A&T View：Investment Opportunities in Ethereum Staking Extractable Value

(2) Sign Attestation，即Validator投票确认其他Validator提案区块的有效性，Attestation每个Epoch进行一次，是对Responsibility 1的补充

(3) 监控其他 Validators 的 Slashable offences（监控违规行为）。 常见的违规行为包括 Attestaion Violation

插槽和纪元

Slot和Epoch可以理解为一个时间单位，代表一个时间间隔，一个窗口期，他们对应的是一段时间的长度，12s/slot，32个Slots=1个Epoch，6.4mins/Epoch，所以一个每 12 秒时隙有余额的以太坊私钥，每 6.4 分钟一个纪元，每天 225 个纪元。

Slots 和 Epochs 在理解取款方面起着重要作用，因为 Validators 以 Slots 或 Epochs 为单位运行，因此，取款也以 Slots 或 Epochs 计算。

图片来自：

通常每个Slot都会有一个随机选择的Validator，这个Validator可以提议一个区块（一个Slot只会有一个有效区块，但每个Slot不一定有一个区块，比如这个slot选出的validator离线提议区块）。 同时，所有的Validators会被分成很多委员会（committees），每个委员会至少有128个，最多有2048个Validators。 每个委员会中的聚合器数量目前为 16 个。聚合器负责聚合验证器的证明投票并广播给下一个区块提议者。 在每个 Epoch 之后，委员会将解散，然后重新组织。

验证者的状态

Validator 有几种常见的状态。 根据不同的状态，会满足不同的 Validator 退出条件。 因此，有必要了解Validator的几种主要状态，才能正确理解提现是如何发生的。 显然，并不是所有的Validator都处于Active状态，只有处于Active和Withdrawable状态的Validator才满足退出条件。

1. 存款

首先，用于成为Validator的32ETH首先要存入主网的存款合约（Deposit Contract），这个状态会持续7个小时左右，然后进入Pending状态。 每个Validator创建成功后，都会有一个对应的Number（index），这个数字是单调递增的，也就是说越晚成为Validator，你的index越大

2.待定

Validator完成充值后，成为正式的Validator后备军。 它需要等待其他活跃的（Active）Validators投票后才进入Pending状态。 该投票每 4 小时进行一次。

进入Pending状态后，Validator会进入一个队列等待完全激活。 每个 Epoch 可以激活的 Validator 数量受“搅动限制系数 (CHURN_LIMIT_QUOTIENT)”限制。 计算方法是

最大（MIN_PER_EPOCH_CHURN_LIMIT，n // CHURN_LIMIT_QUOTIENT）

其中 = 4，n 是活跃验证者的数量，CHURN_LIMIT_QUOTIENT = 65536。

因此，以2022年12月29日的数据为例，目前全网有492,975个Active Validators，所以目前每个Epoch可以激活的新Validators数量为7个，按每天225个Epochs计算，每天可激活的新验证人 验证人数量为 1575。

3.主动

处于 Active 状态的 Validator 可以参与 Attestation 并提出区块（开始工作），直到 Validator 的余额降至 16ETH 以下，自愿退出或被 Slashed。

如果任何验证者错过了区块提议或参与证明，这种状态称为离线（缺勤）。 如果至少有 2 个 Epoch 没有参与 Attestation，则 Validator 将被扣除。 一般来说，Validator 必须至少有 50% 的时间在线才能获得正回报。 但是，离线的 Validator 仍然保持 Active 状态。 只有被罚没（违纪）才会被强制退网，至少没收1/32的余额

4. 退出&提现

不活跃的验证者将被迫离开网络（退出）并且无法重新加入。 另一方面，验证者离开网络的速度也受到严格限制。 实际上，Pending部分提到的验证者激活速度的限制，实际上是对全网验证者离场的限制。 这个限制的目的是为了防止验证者（Validator）数量的快速变化导致网络的不稳定。 同时，另一方面，退出网络（Exit status）的Validator需要大约27小时才能退出（Exit -> Withdrawable），以及因违规而被迫退出的Validator。 目前信标链自愿退出的Validator有867个，被Slashed退出的Validator有223个，目前都处于Withdrawable状态。 如果您想主动退出网络，请参考退出您的验证器 | 棱镜

Validator数量与以太坊流通量和APR的关系

详情可见：

N是验证者的数量，225是每天可以运行的Epochs的数量

APR与N的增长呈负相关。 这种设计有几个原因。 首先是保证 APR 是与 N 相关的函数，可以防止理性验证者在成本明显高于收益时果断退出。 同时，它可以避免为安全支付过高的成本。

另一方面，让 APR 和 N 负相关会鼓励 Validators 审查其他人的工作结果，以想办法将那些行为不当的 Validators 赶出网络。

0x01 凭据和 0x00 凭据

0x01 和 0x00 都是验证者在存款期间收到的证明。 对于提现，只需要知道只有持有0x01 Credential的Validators才能顺利提现，因为0x01包含了Validators收益的目标地址，而大部分Validators目前持有的是0x00 Credentials，升级后需要升级到0x01 Credentials在上海。 如果想知道如何升级到0x01 Credentials，可以看[Tim's Twitter]()。 这种转变是由于提款计划的变化。

现在 Beacon 链中有多少个验证节点和 ETH？

Beaconcha.in数据显示，截至12月29日，Beacon链上有效质押的ETH为15,775,062 ETH()，活跃（Active）验证人数量为492,975人，验证人总数为494,096人。 目前，每个验证者平均质押的 ETH 为 33.93 ETH（也就是说 Beacon 链上的 ETH 总数为 16,764,677 ETH）。 目前质押收益最高的Validator地址有36.9690 ETH，质押时间超过700天。

提款将如何实施

提现将由执行层和共识层共同升级。 执行层主要通过引入EIP-4895辅助共识层退出流程。 具体来说，EIP-4895基于“Push”而不是“Pull”的思想完成提现，即用户不需要主动发起提现请求，而是会根据Validators中的状态生成对应的validator信标链。 “Receipt”，这个rec​​eipt包含了完成提现所需要的详细信息，receipts会进入一个提现队列，每个block打包时会执行一部分receipt，一个block内可以执行的提现请求数固定时间由严格限制确定。

注意：1）这些提现请求将是“系统级”操作类型，不会独立进行，也不会进入用户正常交易的内存池。 争夺块空间。 只有当执行客户端通过Engine API同步时，才会进入执行块。因此，提现行为不会增加以太坊的gas，也不会使以太坊更加拥堵

2）Payload用于告诉合约用户要调用的函数以及这个函数使用的参数的值。 系统级操作意味着会定义一个新的payload对象withdrawal来区分提款行为和用户正常的Transaction行为，而不是将withdrawal定义为一种新的Transaction类型，这种方法更复杂但更容易测试也更安全去实现。更多关于Payload可以看

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3）卡佩拉升级内容

Capella 是一个共识层升级，包含许多与验证者提款相关的功能。

自动撤回 `withdrawable` 验证器。

对具有 0x01 提款凭证且余额超过“MAX_EFFECTIVE_BALANCE”（32ETH）的验证者进行部分提款。

从“BLS_WITHDRAWAL_PREFIX”（0x00）更改为“ETH1_ADDRESS_WITHDRAWAL_PREFIX”（0x01）版本化提款凭据以启用验证器提款的操作。

提款条件

提现分为两种。 “部分提现”和“全额提现”对应不同的条件。 部分提现和全额提现不会有优先级的区别，因为提现是全自动的，也就是说你只要满足条件就可以等待了。

提款将如何进行

可以直接看#has_eth1_withdrawal_credential

当Validator提出区块时，会根据Validator的索引线性扫描所有Validator，找到的前16个满足Withdrawal条件的Validator组成一个集合，计入ExecutionPayload，等待执行withdrawal。

也就是说，每个Epoch将有512个Validators可以被撤回（因为一个Epoch有32个Slots，一个Slot就是一个区块），一天将有115,200个Validators被撤回（一个Epoch需要6.4分钟，大约有225 Epoch），5天内遍历所有validators的所有validators。

理想情况下，如果这 115,200 个提现是 Partial Withdrawal，那么按照指数从低到高，指数中前 115,200 个 Validator 的可提现余额为 3 - 4 ETH（根据 beaconcha 数据质押，最早的 Validator 余额约为36.3 ETH，第115,200个Validator的余额约为35 ETH），以中间数3.5 ETH计算，首日提现功能解锁的ETH约为403,200 ETH（115200 * 3.5）。 同样的计算方式，升级第二天大约解锁2.5*115,200 = 288,000 ETH，第三天解锁1.5*115,200 = 172,800 ETH。 第四天，将解锁约0.5*115200 = 57,600 ETH。 从第五天开始，大部分Validator都已经提币，所以抛压不会像前几天那么大。

注：ETH质押于2020年12月开始有余额的以太坊私钥，此时ETH价格在1000美元左右，所以此后参与质押的ETH与当前价格相比，大部分会处于亏损状态。

图片来自：Cryptorank

但事实上，取款并不总是像想象中那么顺利，总会出现一些意想不到的情况，使实际取款金额高于或低于理想值。

退出的可能影响

注：以下只是自己做的时候想到的一些问题和自己的看法，不属于投资建议

Q1：解锁后的ETH会在市场上大量出售吗？

很有可能不会。 虽然在升级的前几天解锁了大量的ETH，但解锁并不代表一定会卖掉。 这批质押者解锁ETH的成本，以目前的ETH价格来看，已经不低了。 作为不知道什么时候解锁就加入ETH质押的用户，相信大部分都是做多ETH（没有证据纯属炒作），如果没有足够的收益，个人认为不会选择出售 ETH，但可以选择重新质押。 同时，开放提现后，质押的ETH有更明确的解锁时间和解锁期限，意味着风险更低，相信会吸引更多用户参与质押。

Q2：对流动性质押服务有什么影响？

这里以丽都为例，大家猜一猜。

根据提款流程，大部分提款将通过“部分提款”进行。 也就是说，对于流动性质押服务商而言，实际解锁的ETH只是平台上运行的Validator的盈利部分。 除非平台主动让Validator退出，但显然从各方面来看，平台都没有这样做的动力。

那么就会导致一个极端的情况，就是如果释放质押后stETH可以立即1:1兑换成ETH，那么一旦大量stETH持有者申请兑换，总量超过了Lido通过届时ETH提现 当ETH总量减少时，会出现stETH没有ETH可以兑换的情况（因为实际上是锁仓的），所以即使开启解锁后，stETH和stETH的1:1兑换ETH 仍将需要一个缓冲期，使得平台有时间释放验证者的质押，而由于这个时间差，以 stETH 为代表的质押衍生品仍将以略低于 1 的汇率与 ETH 池化： 1 在上海升级后。

延迟提款的一个好处是它可以减少恐慌和挤兑风险。 此外，还有一个潜在的好处，就是Lido遇到的困难是所有流动性Staking服务商都会遇到的，所以ETH质押的延迟提现很可能成为流动性Staking服务商的通用模式。 为什么这是一件好事？ 因为stETH的护城河之一是其良好的流动性和可组合性，但有人担心质押解除后stETH的流动性优势消失，因为质押的衍生品可以1:1兑换ETH，但由于A存在延迟提款的机制，stETH 仍将保持其流动性优势。