作为Web3.0世界的社区基础，公链在基础设施中扮演着重要的角色。建议关注近期以太坊的升级和公链生态的创新发展。摘要
公链是操作系统，也是元宇宙时代网络社区的底层基础设施。公链是一个具有智能合约功能的公共区块链平台，具有开源、去中心化、可编程等诸多属性。如果把Web3.0定义为一种行业创新，我们可以把公链比作Windows、iOS等操作系统，其核心功能是制定软件和应用生态行业标准。但是，我们建议将公链定义为元宇宙底层社区的基础设施：全球清算和结算系统；实现确权等基本功能，提供透明管理的工具；不可篡改的智能合约系统和开源代码等。基于这些属性，我们认为公链有望成为元宇宙时代网络社区的规则和共识机制。
以太坊：生态领先，升级迫在眉睫。以太坊于2015年7月开始运营，是行业领先的公链。截至2022年9月，以太坊令牌ETH总市值接近2000亿美元，仅次于比特币；以太坊的生态应用数量接近3000个，智能合约数量接近5000个，均大幅领先于其他生态。但以太坊目前面临着能耗高、交易效率低的问题，因此致力于通过不断升级，让整个生态更绿色、更安全、更高效。今年9月完成的合并升级，核心是从传统的PoW转向PoS共识机制，降低以太坊的参与门槛，提高安全性。以太坊基金会预计，合并后以太坊的能耗将下降99.95%，浪涌的后续升级将于2023年启动。预计以太坊的扩展将通过切片和Rollup实现，以太坊每秒处理的交易数量将从目前的约15笔增加到10万笔，同时交易成本将显著降低。
其他公共链：竞争时代。除了以太坊，其他的公链可以分为两类：第一类是EVM兼容链，比如彼岸的BNB链，可以高效的复用以太坊的生态，将彼岸生态的优势、高速、低成本叠加起来获得份额。第二类是非EVM兼容链。典型案例有：Solona基于独特的PoH共识机制，每秒可处理65000笔交易，与Visa不相上下，但妥协了部分去中心化；Polkadot试图建立连接不同公链生态系统的公链，实现跨链通信；基于更新技术的Aptos、Sui等公链也计划陆续上线。
未来：预计多极格局将逐步形成。我们认为，公链的未来概率是多极的。一方面，考虑到公链的基本功能是建立行业标准，具有足够的规模和网络效应；持有Token的用户利益也是一致的，更大的公链可以惠及所有人，所以公链的格局不会很分散。另一方面，Web3.0的开源属性和fork机制为不同意见的用户提供了最终的解决方案。我们预计其竞争格局将比操作系统更加分散。最后，由于以太坊本身在权力和机制上是去中心化的，我们认为以太坊EVM相关公链更高的市场份额与Web3.0去中心化的思想并不冲突
危险
监管风险；社区决策被操纵；安全风险；过度的经济动机；社会发展考虑薄弱。
主体
什么是公链？
公共区块链是区块链最常见的形式，这意味着区块链对世界上所有人开放，任何人都可以加入并成为其节点。在公链上，任何人都可以阅读和发送交易，交易可以得到有效确认。每个节点基于共识机制(如PoW、PoS等)工作。).作为区块链的主要类型，公有链具有以下特征
但公链的特点是，作为一个公共的区块链平台，拥有包括智能合约、虚拟机、共识机制、算法系统、数据库等一整套基础工具。供不同项目在公链上开发自己的应用。公链的诞生，开启了Web3.0的应用生态。
图表：公共链的基本属性
资料来源：CICC研究部wind信息。
公链的本质是什么？
要理解公链是什么意思，我们需要知道Web3.0的理想和愿景，目前看Web3.0有两个视角：一个是Web3.0是对Web2.0的行业革命，一个是Web3.0是未来元宇宙的底层基础设施。
Web 3.0是一项行业创新。大多数人认为Web3.0是与Web2.0相对应的概念，旨在创新Web2.0的超级平台模式，保护用户数据，提升创作者利益，建立互联网行业新范式。从这个角度来看，公链可以和iOS、windows等操作系统相提并论，试图建立行业应用的标准格式(如EVM的solidity language)，建立Web3.0的底层操作系统
Web 3.0是元宇宙趋势中的底层基础设施。假设Web2.0代表移动时代，元宇宙代表元宇宙时代，社区应用产品最终成为元宇宙空间的基本单元，那么Web3.0实际上提供了元宇宙时代的生态共荣治理方案。从这个角度来说，公链更像是这个新网络社区的根，而不是简单的为应用建立行业标准。比如两个微软员工发生冲突，Windows无法解决这个冲突，但是公链可能有自己的工具和机制来解决这个线上冲突。
我们更喜欢用第二种视角来理解Web3.0和公链。对于公链，我们认为从长远来看，它有以下几个重要的基本定位和功能：1。全球化的分散清算和结算系统；2.不可篡改、开源代码的智能合约系统；3.实现确权等基本功能，提供透明管理的工具；4.其他确认身份和信誉的功能：如SBT等。
分散清算和结算系统的全球化
在Web3.0的愿景中，如果去中心化的网络社区(即大规模网络效应)最终大规模建立起来，那么底层的重要动力源之一就是经济激励(即代币)。在crypto风险投资机构A16z创始人Chris Dixon看来，传统的网络效应往往难以冷启动，而代币制的Web3.0利用代币的金融效用(即经济激励效用)引导用户前期加入，以弥补前期局部效用的不足，更快地构建网络效应。
既然经济激励是源头，那么最必要的基础设施就是高效安全的利益分配体系。这是公共链的主要功能。——它应该承担全球性的、高效的、安全的分散清算和结算系统的功能。公链的共识机制、智能契约、投票治理机制都有可能参与到利益分配中，而公链的整个体系则是将从代币发行、代币激励到代币分发的利益分配所涉及的环节有机统一起来。
图表：代币可以创造网络效应[1]
资料来源：A16z，CICC研究部
图表：Token在Web3.0生态中的作用[2]
资料来源：扎克祖科夫斯基《Introduction to Tokenomics》 (2022)，CICC研究部。
公链的安全性非常重要。普通链的安全本质是基于去中心化的特点：一是去中心化提高了容错率，与集中式系统相比，降低了分布式系统同时失效的可能性；其次，去中心化增加了攻击网络的阻力，理论上没有中心节点，所以攻击去中心化网络需要多线并行，成本很高；再次，去中心化增加了合谋的成本，从原来的单人博弈变成了复杂的多人博弈，降低了牺牲其他参与者利益的可能性。
其次，公链的交易效率。这里可以介绍一下SWIFT这种合作组织来做比较。SWIFT是目前全球领先的清算组织，其合作组织实际上提高了信息传递的效率。但相比之下，SWIFT仍然有很多繁文缛节，目前效率不高(一个清算过程可能需要几天)。在一些国家清算系统落后的情况下可能无法推进，整个清算系统仍然依赖于地方银行等集中机构。区块链提倡点对点的去中心化交易模式来交易加密货币。理论上不受任何时间和地域的限制，速度快，成本低。智能合约可以进一步降低这一过程中的摩擦成本。但问题是加密货币本身波动较大，不适合日常交易活动。所以出现了一个稳定的货币(如USDT——理论上锚定美元1:1)，致力于解决这个问题。
图表：SWIFT与比特币和USDT的对比
来源：官网，币安学院，CICC研究部tether.to注：USDT是Tether发行的锚定美元的稳定货币。
实现确认权限等基本功能，提供透明管理的工具。
实现确权等基本功能，提供透明的管理工具，让自治成为可能。简单来说，去中心化的账本不仅可以用来记账，还可以用来记录任何值得记录的信息，这样就可以建立一个去中心化的确认系统，作为透明自治管理的基础设施，这在某种程度上可以看作是智能合约系统的前提条件。具体来说，Web3.0为整个互联网生态系统创造了一个新的去中心化“透明”范式：在这里，区块链在确认和交易领域的能力被首次利用，这确保了区块链上记录的信息无法被篡改。让更多的组织运作环节透明化，可以提高组织运作的效率。这个概念现在很流行，比如舒菲和其他提高组织效率的工具。相对而言，基于公链的权限确定体系更加去中心化，对数据隐私保护更加友好。
以学历认证为例。传统的学历认证需要相关中介机构和高校进行认证，效率低，成本高。假设未来可以提倡链接所有学生的学习经历(每一门课程)。符合相关标准(如必修课学分数)的学生可以通过智能合约即时自动验证链上相关员工的学业记录(可以做一个不可交易的NFT)，高效可信。
图表：确认学历的过程
资料来源：CICC研究部
不可篡改的开源智能合同系统
Web3.0利用了智能合约的特点，如程序执行不变、高效等，提出了更高效的组织解决方案。智能合同系统使用区块链为现有流程创建更加可信、透明和可验证的属性。本质是把一个生态的所有日常执行，甚至基本的治理规定(已知的、可量化的流程)都写进代码，整个生态会在触发代码中按照一定的运行条件自动运行。因为代码是开源的，并且是自动执行的，所以大多数人都相信代码运行得很公平，有自己的信任机制3354。通过智能合约体系，Web3实现了一定程度的去中心化，这也使得组织实现了熵减，降低了传统组织管理半径扩张的难度。
这些已知的、可量化的过程可能是：经济利益的分配、争议的解决等。首先，智能合约系统可能会取代公司高管的部分职能。这里并不是说守则本身可以代替高管，而是说守则背后的规则可以包含相关利益分配的规则和方案，更加透明、可信、高效。此外，这一制度可能取代争端解决等职能。
图表：智能合同的特点及其执行流程
资料来源：华尔街日报，CICC研究部
实际上，传统公司组织管理半径的一个核心局限就是层级越来越多，中介机构越来越多，导致中间环节利益寻租，整体效率降低。Web3.0的解决方案是，对于已知的、可量化的流程，可以利用区块链和智能合约的结合来实现高效执行，有望大幅降低管理层级，提升组织管理的半径。典型的案例是DAO组织，DAO把日常治理交给智能合约，而一些重要决策交给内部投票机制(同时投票机制也是由智能合约决定的)，重要决策通过后也会写入智能合约。精简了管理层级，扩大了组织管理半径。
图表：传统公司与道的组织管理差异
资料来源：研究部琳达谢《A beginner’s guide to DAOs》 (2021)。
基于公链的城市治理开始尝试3354 citydao。城市道试图从零开始创造一个全新的城市。在怀俄明州法律允许的框架内，它购买了40英亩土地作为注册有限责任公司。这笔资金来自出售代表公民权和社区治理权的“公民NFT”和作为代表土地访问和准入许可的“0号NFT地块”出售的土地。治理方式利用社区链下的讨论和链上的二次投票，对城市的土地管理、国库使用、税收等进行决策。作为一个社会实验，我们可以观察到，公链实现了赋能城市治理的作用。一方面，它使征税和投票过程更加透明；另一方面，也可以将代币机制作为确认权利、鼓励居民参与治理的手段，如哈伯格税、二次融资、土地NFT等。
其他功能：比如确认身份和信誉。
结合公链之上的功能，Web3.0生态呈现出想象的形态。但与未来真正建立在线元宇宙的目标相比，还有很多功能需要完善。
公链面临着个人身份、信誉等问题。公链的匿名性使得系统内的用户“互不相识”。虽然有智能合约和共识机制来建立信任，但是在项目初期，比如ICO阶段，还是有很多欺诈事件发生。Web3.0也有频繁的黑客攻击。一旦攻击发生，由于其匿名性，甚至无法追踪资金去向和黑客地址。其次，目前公链整体由代币系统驱动，导致大量用户可能因为逐利而缺乏道德诚信(更注重利益，而其他如道德、信誉等则被忽略)。因此，这个系统需要改进，否则它将无法承担作为元宇宙底层架构的如此重要的功能。
解决方案是在Web3.0中嵌入身份和信誉系统. Vitalik最新的SBT(灵魂令牌)潜在解决方案：SBT是不可转让的灵魂通行证。每个用户拥有一个灵魂，而灵魂存储了多个灵魂令牌(SBT)。不同的SBT代表不同的事件，例如可以代表教育证书、就业历史、出勤证明、文章或艺术作品的哈希值[3]。因此，SBT可以用于构建Web3.0生态系统内的身份证书、荣誉、声誉、社会关系等要素，但只是区块链的形式(涉及权利的确认)。这个想法仍处于非常早期的阶段。
图表：SBT恢复身份的方式与传统社会恢复身份的方式比较。
资料来源：E. Glen Weyl，Puja Ohlhaver，Vitalik Buterin 《Decentralized Society: Finding Web3’s Soul》 (2022)，CICC研究部。
以太坊：行业领先，升级迫在眉睫。
以太坊引领公链生态。目前，从Web3的整体公链生态格局来看，存在“一超多强”的格局，其中“一超”指以太坊，以太坊凭借其首创的理念和强大的先发优势建立了强大的生态，形成了显著的领先优势。由于基于以太坊契约层的核心机制EVM造就了Dapp的繁荣局面，所以BNB(币安智能链)等“后起之秀”直接采用EVM兼容模式，打造新的公链。除此之外，还有一些其他的公链采用非EVM模式建立自己的生态，如Solana、Polkadot、Cardano chain等。他们试图从不同的技术手段解决以太坊交易速度慢、费率高等短板问题。本章我们将对以太坊进行系统的梳理和分析，尤其是它最近的合并升级及其背后的逻辑。
图表：区块链的生态图片
资料来源：CICC研究部居鲁士风险投资公司；注：1。这个数字只包含了公链的一部分，BNB的市值是彼岸生态的总市值，不仅仅是公链；2.截至2022年9月13日公链市值数据
从市值来看，以太坊原生币(ETH)仅次于比特币。以太坊(Ethereum)是Vitalik Buterin在2013年提出的具有智能合约功能的去中心化公共区块链平台，于2015年正式上线。以太坊作为业内最早的公链平台，有足够的先发优势。创始人Vitalik Buterin通过深刻阐释去中心化等Web3的核心理念，形成了强大的行业影响力，为以太坊的发展吸引了大量的行业资源。以太坊(ETH)是本次区块链的原生加密货币，是目前市值第二高的加密货币(截至2022年9月13日总市值2099亿美元)，仅次于比特币(截至2022年9月13日总市值4262亿美元)。此外，自2014年以来，ETH在加密货币总市值中的份额不断上升，表明其重要性日益增加。
图表：区块链的市场份额
资料来源：CICC研究部CoinMarketCap注：数据截至2022年9月14日。
以太坊简史：起源于革命，隶属于社群
以比特币为代表的可编程货币，带来了“区块链1.0”时代。比特币交易由脚本驱动，当交易发生时，执行脚本将交易写入区块链。出于安全考虑，比特币脚本的表达能力是有限的，以避免其无法停止和阻止其他交易的问题。早期区块链的发展主要集中在完善比特币的功能性，对原有的比特币进行修修补补，应用生态非常零散。
以太坊起源于比特币的革命，维塔利克布特林提出了“比特币2.0”模型。2011年，17岁的维塔利克布特林(Vitalik Buterin)第一次接触到比特币，随即与人联合创办了《Bitcoin Magazine》。在调查比特币生态后，Vitalik主张在区块链上创建一个更完整的编程语言，创建一个通用的去中心化基础设施(比特币专用)，让开发者基于这个区块链开发去中心化应用。这个想法最终以以太坊的形式落地。以太坊不需要开发自己的应用。它应该始终保持简单的架构，坚守安全和去中心化的底线。
图表：以太坊的八个早期开发者
资料来源：decrypt.co ethereum.org，CICC研究部。
Vitalik Buterin带领以太坊成为一个非盈利组织，真正成为Web3社区的公共基础设施。以太坊在成立之初就面临着自己应该是一家盈利公司，支持开源以太坊的发展。或者一个非盈利基金会，支持全球开发者建立一个更加去中心化的生态选择。最终，维塔利克布特林将把邰方注册为一个非营利基金会，并开放邰方代码的源代码。这意味着以太坊的所有权并不属于任何一个公司或个人，而是属于整个以太坊生态，每个个人或公司都可以为以太坊生态的发展和应用做出贡献。社区的所有参与者都可以参与社区治理，共同做出重要决策。
图表：以太坊的发展历程
资料来源：CICC研究部以太坊
2014年以太坊众筹成功。ETH分发给投资人、贡献人、以太坊基金会，进入前沿阶段。以太坊ETH是以太坊上最初的加密货币。以太坊在2014年通过ICO众筹筹集了31531 BTC，共售出6000万以太。早期的ETH捐助者也获得了相当于出售ETH总额9.9%的额外金额，而另外9.9%则留给了以太坊基金会。创立时，总共有1.198倍的ETH售出在流通。ETH是永久性的通货膨胀。EIP-1559引入气体的破坏机制后，进一步控制了膨胀率的增长速度，以更好地适应以太坊的生态发展。
图表：以太坊持股比例
资料来源：CICC研究部以太坊白皮书(2014年)。
家园阶段，大量用户加入以太坊，但智能合约的代码漏洞攻击也越来越多。2016年，以太坊进入宅地阶段。有了图形化的钱包，受众开始包括普通人。然而，在这个阶段，大量用户的加入，使以太坊暴露在黑客的视野中。DAO曾经是以太坊社区的去中心化项目，在2016年高峰期吸引了14%的ETH在流通。然而，DAO的智能合约代码易受攻击并被黑客攻击，导致当时损失超过5000万美元。道事件对社区的声誉和发展造成了不良影响，导致以太坊艰难地分裂为以太坊ETH和以太坊classic等两个连锁店。超过85%的机构群体成员迁移到ETH，取消了交易，少数成员留在ETC，没有取消交易。
在大都会阶段，ERC-20令牌标准和ERC-721 NFT标准进一步推动了以太坊的发展。2017年，ERC 20提案提出后，开发者可以通过ICO筹集资金开发项目(类似于股权众筹)，代币持有者可以分享项目收益。随着以太坊降低ICO参与成本，更多资金参与ICO，带动ETH价格上涨，但泡沫终于在2018年破灭。无独有偶，ERC-721为NFT提供技术基础设施，推广明星产品和交易平台。市场公认NFT是2021年元宇宙的基本通行证，因此NFT市场也面临着短期过热的局面。但抛开猜测，从长远来看，ERC-20和ERC-721是推动以太坊生态增长的里程碑之一，进一步奠定了作为元宇宙基础设施的公链基础。
图表：2016-2018年ICO募集资金额(百万美元)
资料来源：CICC研究部自主NEXT
以太坊概述：契约层创新推动应用蓬勃发展。
目前以太坊的生态架构从下到上分为四层：数据层、共识层、契约层、应用层(外部)。在区块链技术的基础上，上层应用系统由不同应用编写的智能合约实现，合约由EVM执行(EVM是从以太坊抽象出来的，运行在所有以太坊节点上的虚拟计算机)，不同节点之间的一致性由共识机制保证。
数据层：这一层的基础是块(Web3.0最重要的基础设施，书籍记录工具)，它包含了包括加密算法、账户、交易信息等其他数据层概念。
共识层：共识机制可以理解为所有用户对整个公链的信任载体(如决定交易的产生和顺序等。)，并同步不同节点的EVM状态。以太坊前期基于PoW共识机制(即比特币发起的工作量证明机制)，后期正在向PoS(权益证明机制)转化，这将为提高以太坊的运行效率奠定基础。
契约层：不同应用的执行操作都放在契约层，用户信任契约层。信任的来源在于不同应用的底层执行角色是智能合约(代码)。智能合约运行在分布式的EVM虚拟机上，EVM执行过程需要燃气费(燃气可以理解为燃料，EVM运行代码需要消耗一定的资源)。
应用层(外部):整个以太坊相当于一个操作系统，上面的去中心化应用涵盖了DeFi、NFT、GameFi等类型。同时，不同的应用有不同的组织类别，有些应用已经升级为DAO(去中心化自治组织)形式。需要说明的是，以太坊本身不开发任何应用，但是基于它的应用是以太坊生态的重要组成部分。
图表：以太坊的生态结构
资料来源：CICC研究部Bitpush
图灵的完全EVM是以太坊交易操作的基础，是对比特币的重大改进。与比特币相比，以太坊最大的创新之一是推出了EVM，这是一个运行在所有以太坊客户端上的图灵完全虚拟机(由软件模拟的完整计算机系统，理论上可以计算任何可计算的问题)，作为智能合约的执行环境。收到事务代码后，挖掘器在EVM的本地副本上运行事务，如果成功执行，结果将被添加到本地块中。不同节点通过共识机制对区块链的内容和时序达成共识，最终将交易写入以太坊的区块链。
智能合约是区块链应用的执行代码，是开发者开发去中心化应用的脚手架。智能合约是位于以太坊区块链上特定地址的一系列可执行代码和数据，可以用类似Java的solidity语言编写。区块链上的代码是公开、透明、不可篡改的，任何人都可以查看。应用程序的日常操作通过智能合约的代码自动执行。智能合约相当于从底层对复杂的“人和事”进行深度逻辑化简，创建了Web3.0的简单而独特的信任机制——，信任程序执行。程序执行不可篡改的操作是平等公正的。
图表：智能合同执行流程
资料来源：CICC研究部DCX学习
为了避免恶意或错误的程序阻塞以太坊交易，以太坊引入了gas机制。所谓气，就是每次交易消耗的“燃料”。以“Gwei”(以太单位)计量，需要在与原生令牌ETH交易前支付。交易过程中产生的气体一部分被销毁，一部分作为小费支付给矿工，剩下的在交易完成后返还。气用完了，如果交易没有完成，就会回到交易执行前的状态，从而保证某个交易一定会结束。气体机制一方面可以避免程序进入死循环浪费系统资源的问题；另一方面定义了以太坊令牌ETH支付交易费用的最基本使用场景3354。所以ETH不是传统意义上的股票，更像是从气体的角度来看的一个经济体系中的“货币”。
图表：EVM和气体机制的功能
资料来源：CICC研究部以太坊
按照整个以太坊网络的交易成本计算，2Q22以太坊总交易成本为12.77亿美元(生成气成本)，同比下降33.4%。减少的原因是2Q22加密货币市场进入冷静期，相关交易量大幅下降。同时，由于EIP-1559提案(ETH销毁机制)的实施，2Q22的销毁价值相比2Q21为10.93亿美元，2Q22加密市场情绪下降(生成块数减少，块数奖励减少)，因此ETH通胀率同比大幅下降。
图表：以太坊财务数据对比[4]
资料来源：CICC研究部，无银行
以太坊应用生态的繁荣：ERC-20标准催生了以太坊大量衍生应用，ERC-721标准将NFT纳入生态。以太坊的征求意见稿(ERC)将在社区投票后写入以太坊标准。著名的提案有——ERC-20同质化令牌标准，定义了令牌的命名、创建、交换、总供给等属性，这意味着允许应用生成自己的令牌。以太坊开始出现大量去中心化的应用，尤其是DeFi应用。ERC-721非同类令牌NFT标准定义了NFT的唯一ID、创建、命名、交换和其他属性。从此NFT可以接入以太坊生态，比如在交易所交易，在以太坊钱包展示。截至2022年8月，以太坊的生态应用总数已达2970个，签约数达4900个，大幅领先于其他生态系统。
图表：不同区块链的DApp数量
资料来源：CICC研究部stateofdapps注：记录于2022年8月22日。
以太坊升级：更环保、更安全、更高效
以太坊正在升级，以符合其自身的发展目标，变得更绿色、更安全、更高效。2022年7月21日，Vitalik在EthCC上再次公布了以太坊的未来路线图。升级路线分五步走：“合并”在2022年9月15日前后进行，共识机制由PoW改为PoS，为下一步的分段扩容奠定了基础；在“激增”阶段，以太坊将通过切片技术增强其可扩展性，使每秒交易量TPS达到10万。以太坊基金会预计2023年上线；随后的“The Verge”和“The Purge”阶段将引入新的数据结构，并降低以太坊的硬件要求(减少网络拥塞)；“挥霍”阶段将继续升级，以增强整体体验，如最终采用ZK-斯纳克(零知识证明)。在短期内，短期目标是“合并”和“激增”。Vitalik表示，用户最终可以使用普通PC和手机加入以太坊。
图表：以太坊的未来路线图
资料来源：ETHCC，CICC研究部
即将到来的合并：你为什么要转向PoS？
传统以太坊采用PoW共识机制。区块链采用分布式记账，不同节点由于接收交易信息的顺序不同，可能会不一致。所以需要一套共识机制来确定“谁来记账”并确认。PoW(工作证明)和PoS(利害关系证明)是两种类型的共识机制。权力的核心是矿工通过解决问题(一个很容易验证但不容易在一个区块上计算的数学问题)来争夺记账权。成功的矿工成为验证员，成功记账可以获得区块奖和油费。一方面，PoW给加密货币带来了去中心化和安全性。——恶意篡改节点需要具备全网51%以上的计算能力；但另一方面，它带来了大量的能源消耗。解决问题需要很大的计算能力，很容易被一个拥有大量高性能矿机的矿池所支配。
合并后，以太坊完全转向PoS共识机制。参与验证的节点承诺其持有的ETH。系统随机选择一个节点作为验证者进行记账，记账结果可以通过其他验证节点的投票上传。当验证者被发现有恶意行为或不作为时，节点将失去所有承诺的ETH，从而使得攻击整个系统的成本更高。事实上，以太坊使用PoS的信标链已经在2020年12月上线，作为以太坊PoS共识的试验田，标志着以太坊进入宁静阶段。2022年9月中旬转换为PoS的“The Merge”完成后[5]，现有以太坊主网将作为新以太坊的执行层，负责处理交易和数据；作为共识层，信标链为执行层的结果提供共识和安全性。两者真正合二为一，以太坊进入PoS机制时代。
图表：权力共识机制运作流程
资料来源：CICC研究部以太坊
图表：PoS共识机制操作流程
资料来源：CICC研究部以太坊
PoS在安全性、可扩展性、效率和环保性上超越PoW，是以太坊扩张的重要前提。1.安全性：PoW有比较集中的矿池，容易被攻击。PoS验证器随机生成，一旦发现作弊，将失去所有质押的ETH，惩罚力度大，PoS攻击难度更大；2.可扩展性：PoS不再要求用户购买昂贵的矿机，因此降低了验货员的准入门槛，提高了去中心化程度；3.绿色环保：同样，PoS可以减少资源的消耗，因为它不再需要矿工来解决问题，验证者由认捐的ETH生成。以太坊基金会称，PoS可以将区块链的能源效率提高99.95%。4.为未来扩张做准备：基于PoS的共识机制将成为下一个激增阶段细分的核心步骤，为作为基础设施的易拉宝提供服务(方便线下扩张)，为细分奠定基础(在服务链上扩张)。下一步将显著提高交易速度，降低以太坊的交易成本。
但PoS也可能存在让富人更富的问题，主要是PoS的随机选举成功率与认捐金额之间存在正相关关系；另外，PoS的共识机制比较年轻，抗攻击能力有待验证；PoS实现起来也相对复杂，验证节点需要运行三个分部程序参与验证。
图表：PoW和PoS的优缺点比较
资料来源：Dcard，以太坊，CICC研究部
接下来，我们可以期待什么？
以太坊面对不可能的三位一体。去中心化、安全和效率是阻碍以太坊发展的不可能的三位一体。因为它在初期更注重去中心化和安全性，所以它的交易处理效率比较低。目前以太坊每秒能处理的事务数(TPS)只有15-20。所以以太坊一直被人们诟病的问题就是效率太低，燃气成本太高，急需解决扩容问题。目前以太坊社区在保持去中心化和安全性的基础上，扩容的思路主要来自L1碎片化和L2扩容，其中L1指以太坊主链；L2指的是从以太坊的主网络派生出来的第二层网络。L1的扩展是指直接在以太坊主链上切片提高处理速度；此外，L2将扩大以太坊的容量，并有一些技术想法，如国家频道，等离子和卷。
增兵的核心行动是在链条上分割L1，这是将显著提高邰方效率的重要一环。这个环节进行后，L1将成为一个更强大的基础层；将未来的主干网与L2强大的计算能力(如Rollups方案)相结合，二者可以共同提升以太坊的整体效率和性能。保持分散性和安全性，同时具有可扩展性。以太坊完成这一整套升级后，TPS可以从原来的平均15左右提升到10万。
图表：L0，L1，L2结构图
资料来源：波尔卡多特，ethereum.org CICC研究部
如何切片L1？简而言之，碎片化就是把任务分成块，分配给不同的人处理。它是计算机数据库领域的一个通用概念，可以显著提高数据处理的效率，增加以太坊每秒的交易次数。同时还能进一步减少每个节点需要承载的数据量，进一步降低以太坊的生态准入门槛。分段L1和二层上卷共同推动以太坊的扩张，但是技术操作难度很大。由于碎片化方案的复杂性和安全性，以太坊基金会一直在调整方案，从最初的“64链并行处理交易”方案，到最新的“danks Harding”3354方案，采用“集中区块，分散反审查验证”的思路。它是一个抽象的碎片，预计在2023年登陆。
图表：以太坊的碎片化方案[6]
资料来源：CICC研究部vitalik.ca
如何扩大L2产能？实际上，L2是以太坊激增之前就存在的一个扩张计划，在L2上已经进行了大量的交易。运行模式为L2，对交易进行计算和验证，并将验证后的交易和认证结果记录在以太坊的主网络上。目前，认为最先进的方案是Rollups。以太坊主网完成浪涌后，L2的Rollups方案将成为以太坊扩张的中心(因为L2承载了大部分交易，所以必须随着L1的扩张而扩张，范围会更大)。
Rollups目前有基于欺诈检测的最优Rollup、基于密码学理论的ZK Rollup等。总的来说，ZK Rollup在安全性、可扩展性、可验证终结性等方面都优于最优Rollup，所以呼声更高。
图表：累计方案比较
资料来源：CICC研究部stakingrewards
除了L2，另一个过渡性解决方案是侧链。侧链比L2早诞生。它是一个独立的区块链，有自己的共识机制和安全属性，兼容以太坊(主链)。典型案例是以太坊侧链多边形带PoS。侧链给出的扩展思路是将主计算移到另一个新的区块链，将计算验证的交易结果写入主链。在早期，这为NFT和GameFi(基于区块链的游戏)提供了一个快速而安全的平台，这些游戏需要大量快速而小额的交易。
但侧链和L2的区别在于，L2继承了以太坊主网的安全性，而侧链则依赖于自身的安全性。从这个维度来说，L2未来的安全性会比侧链更高，因为以太坊的网络更大更稳定。侧链一般采用减少验证点的思路来提高效率，带来了安全隐患。比如GameFi的著名项目Axie Infinity，就是基于侧链Ronin中运行游戏产生的交易。然而，Ronin仅使用9个节点进行验证，攻击者设法控制了其中5个节点的私钥，并窃取了ETH中约6.2亿美元的资金。基于此，侧链的安全性很难和以太坊相提并论，所以很可能只是浪涌前的过渡解决方案。
图：多边形侧链示意图
资料来源：CICC研究部Polygon
其他公链：互相竞争的时代
EVM生态：重用以太坊的便利
EVM生态将以邰方为中心，延伸与EVM兼容的生态链。去中心化生态通常以总锁定价值(TVL，即存储在契约中的加密资产的总价值)来衡量一个项目的受欢迎程度和实力。TVL高说明参与项目的资金多，以太坊的TVL目前排名第一。针对升级前以太坊燃气成本高、交易速度慢的痛点，部分开发者选择依靠强大的EVM开发兼容以太坊的新链来解决这些问题：一种方法，如雪崩、BNB链，选择建立多个并行链，其中一个是EVM实例执行智能合约；另一种方法，如TRON和Fantom，是从以太坊中发散出来兼容EVM的代码，EVM根据自己的场景需求进行修改。兼容EVM可以快速“拥有”以太坊应用和开发者生态，开发者可以零成本迁移到相应的公链，从而快速扩展自己的生态；依托以太坊繁荣的DeFi生态，可以加速加密资产的沉淀，提升自身价值。
EVM兼容链3354以BNB链为例
BnChain是币安建立的EVM兼容链，速度快，交易成本低。BNB是2017年币安在以太坊上发行的ERC-20代币。总量限制在2亿件，定期回购销毁。持有BNB的用户可以降低在币安上交易的手续费。随着BNB生态的发展，2019年，Binan推出了以BNB为原生令牌的币安链，以满足币安DEX对高吞吐量、低延迟、低交易成本的需求，但缺乏智能合约功能。2020年9月，彼岸推出从以太坊分支的彼岸智能链BSC，实现智能合约功能。2022年2月，硬币安全链(更名为BNB信标链，作为质押和投票的特殊层)和硬币安全智能链(更名为BNB智能链，作为EVM执行层)发展成为统一的模块化
资料来源：币安学院，CICC研究部
B链上的生态头由DeFi组成，最近也在通过侧链应用于其他领域。BNB链排名前50的TVL应用都在DeFi领域，如去中心化交易所Pancakeswap和借贷平台Venus等。BNB链的DeFi生态系统高度依赖DEX的成功，DEX占整个BNB生态系统总锁价值的50%左右。
BNB的劣势是严重依赖货币安全平台，不够分散。BNB代币的功能(如质押、连锁治理投票、提供流动性等。)都链接到大川比南平台，BNB的验证节点相对集中。共识机制是21个“可信”节点的利害关系权威证明(POA)。根据BscScan的数据，在过去的30天里，共有49个验证者参与了BNB的区块输出，几乎所有的区块都是由Top21验证者生产的。
图表：BNB最近30天有49台验证机，几乎所有的积木都是Top21生产的。
资料来源：CICC研究部BscScan注：记录于2022年8月25日。
非EVM公共链生态：自力更生。
除了以太坊，也有一些公共连锁店选择从零开始，而不是基于EVM。这样做的好处是历史包袱轻，可以尝试新的思想和技术，实现低成本和高可扩展性，但缺点是不能直接利用以太坊现有的智能合约。为了与EVM生态沟通，一方面，这些公链试图用跨链桥连接以太坊中的资产；另一方面，我们也在EVM上尝试智能合约迁移方案，将solidity写的合约部署到非EVM公链，比如NEAR的Aurora协议。
卡尔达诺：追求安全的部分学术风格的公共链
卡尔达诺由以太坊创始团队成员之一查尔斯霍斯金森(Charles Hoskinson)于2016年创立。其学术风格主要体现在功能开发、PoS共识先锋、形式验证等方面。Cardano是用函数式编程语言Haskell开发的。这种语言确定性更强，错误概率低，但也比较复杂，在行业中很少使用。Cardano计划在发布时直接采用PoS共识机制，而不是PoW(这在当时是非常先进的)。Cardano的开发人员还首先设计了通过形式验证的PoS算法[7]，从数学上证明了其正确性和安全性，并接受了同行评审。[8]
图表：卡尔达诺的发展
资料来源：Cardano.org，CICC研究部。
索拉纳：追求最高效率
Solana是一家追求快速高效的公链，短期交易额堪比VISA。Solana成立于2017年。其技术特征是试图引入一种新的PoH机制(历史证明机制)来加快共识的建立，增加TPS，从而降低平均交易成本。还有一些辅助技术可以提高区块链的去中心化程度和安全性。
图表：索拉纳的理论TPS和VISA的不相上下。
资料来源：CICC研究部wind信息。
图表：索拉纳的交易成本
来源：CICC研究部《索拉纳日报》；注：统计日期为2022年9月10日。
结合HPOS共识机制，加速达成共识。在Solana的PoH机制设计中，首先选择一个不负责验证的节点领导者，所有的交易信息都由领导者进行排序。同时，领导者将串行计算每个事务和前一个事务的哈希值，并生成一个块。其他节点从leader处获取块，可以并行验证块上的数据是否一致，从而提高效率。排名靠前的领导通过PoS选举产生，如有分歧，领导重新选举。同时，集群通过轮换领袖，将恶意领袖的影响降到最低。
图表：索拉纳共识模型
资料来源：CICC研究部《索拉纳白皮书》(2018年)
Polkadot:提供跨链的可组合性
Polkadot作为一个创新的L0级公链，旨在连接多个区块链，形成一个区块“网”。Polkadot是Web3基金会的主要项目之一。2020年5月在主网上线。它的创始人加文伍德也是最初以太坊的创始人之一，原生令牌是DOT。Polkadot主要处理跨链互操作性、可扩展性和共享安全性问题，实现不同区块链之间的跨链通信，为分散的区块链世界建立统一的生态系统。
图表：波尔卡多特和以太坊的对比
资料来源：ethereum.org polkadot . network，CICC研究部
Polkadot是一个可伸缩的异构多链系统，它提供了跨链的可组合性。Polkadot与其他公共链的最大区别在于其架构：与通常的区块链实现不同，Polkadot本身被设计为不提供内在的功能应用，而是提供一个中继链来托管大量可验证的并行链，两者通过“插槽”相连。打个比喻，中继链类似于一个“配线架”，而插槽类似于配线架上的“插座”。不同的男性链作为“电线”插入波尔卡多特网络。Polkadot采用PoS机制保证中继链的安全性，验证者需要如实报告并行链上的交易，否则质押点将丢失。平行链可以是智能合约或外部区块链，如比特币或以太坊。平行链还可以通过中继链相互交互，比如将比特币链上的交易信息同步到邰方，无需过桥打包。
图表：波尔卡多特网络模型
资料来源：okx，CICC研究部
Polkadot还为开发者提供了搭建区块链的框架衬底，帮助开发者“一键发链”。区块链开发者可以基于Substrate快速构建自己的区块链，免去构建底层网络和共识机制的繁琐工作，专注于业务功能的开发。如果说以太坊通过智能合约帮助开发者“一键汇款”，那么Polkadot则利用其架构帮助开发者“一键汇款”。
新特点公链：Aptos，隋[9]
在传统公链逐渐走向成熟的同时，拥有特色技术和创新架构的公链也继续做“后来者”，带来新气象。采用模块化和并行处理，不断提升公链性能(高TPS，低Gas)。典型案例有Aptos、Sui等。
APTOS是一个公共链项目，由Diem(以前的Libra)的前团队成员发起，是一个元稳定货币项目。其核心特征如下：1 .共识机制中加入新的创新声誉体系，验证者在没有回应时可以自行更换领导者；2.Block- STM(内存智能合约并行执行引擎)这种新的技术方法，极大的提升了TPS3.采用Move编程语言，尤其可以提高DeFi交易的安全性。
Sui是由Mysten Labs推出的公链(团队来自Meta stable currency Diem和Novi wallet项目)。与Aptos类似，Sui也在共识机制和Move语言的使用方面进行了改进，但Sui的特点是其SDK试图连接各种形式，例如为包括游戏、社交和商业在内的广泛的元宇宙应用扩展可组合和动态NFT。
未来趋势：预计未来将逐步形成多极共存。
不同公链的生态比较：一超多强，多元化发展
第二章和第三章分别对以太坊和其他公链进行了系统分析。我们将从总锁定量(展现用户生态繁荣程度)、交易速度(生态“带宽”)、交易率(生态“税率”)、申请数量、融资情况等方面对不同公链进行比较。
从总仓锁来看，以太坊占据了生态的主导地位。锁量(TVL)是用户在任何去中心化的应用生态中质押的加密货币的总价值，反映了用户对应用的信任度和应用的流动性。因此，它是评价公链应用生态成熟度的重要指标。根据DefiLlama显示的2022年9月总锁值排名，EVM相关的代币占比相对较高，其中以太坊占比近60%。虽然自身占比在下降，但EVM系依然占据绝对优势，Top10公链中只有Solana不是EVM公链。以太坊凭借智能合约理念的先发优势和社区成熟度的持续推动，使EVM成为智能合约事实上的标准，整体生态优势显著。
图表：总锁定仓值比例的变化
资料来源：CICC研究部DefiLlama注：统计日期为2022年8月31日。
从交易速度来看，以太坊作为早期的公链，目前效率相对较低，后起之秀的效率得到了不同程度的提升。以太坊创立较早。虽然比比特币快，但TPS(每秒交易数)的速度在今天略落后。因此，要保持生态上的领先地位，以太坊交易的扩张是必由之路(以太坊基金会预计2023年落地)。在EVM的其他公链中，有的尝试修改EVM，在去中心化和可扩展性之间重新平衡(BNB、创)，提高出块速度；有的尝试Layer-2技术提高以太坊的并发性(最优性，多边形)来达到高吞吐量。非EVM公链常自称“以太坊杀手”，跳出EVM的局限和历史包袱，用新算法构建高效的交易逻辑(Solana，Cosmos)。
从交易率来看，公链交易率与交易效率存在一定的反比关系。以太坊的每个街区都有煤气上限，防止矿工阻塞其他节点，所以网络繁忙时煤气价格更高。其他公链通过加速块释放，或者将多个交易打包成一个大交易，来降低单个交易的交易成本。
图表：每种常见链理论的TPS
资料来源：CICC研究部梅萨里；注：统计日期为2022年9月1日。
图表：每个公共链的平均交易成本
资料来源：CICC研究部梅萨里；注：统计日期为2022年9月1日。
从应用生态成熟度来看，以太坊的应用生态最为成熟。以太坊有足够的先发优势，提供完整的基础设施，吸引最多的开发者和用户，在生态内部形成正反馈效应。EVM体系的其他公链以更低的迁移成本和交易成本吸引以太坊的应用生态，进一步强化以太坊的生态优势。而非EVM公链通过跨链桥连接EVM以上的资产，并通过Solana的Neon、NEAR的Aurora等项目，尝试在公链上运行一些Solidity编写的智能合约。从目前公链应用数量来看，以太坊呈现“一骑绝尘”之势。
图表：不同公共链的申请数量
资料来源：CICC研究部stateofdapps注：统计日期为2022年9月1日。
以太坊生态优势明显。随着英特尔的CPU和Windows成为PC行业的核心标准，苹果的iOS成为移动时代的重要行业标准，我们发现系统的性能从来不是决定其最终市场地位的唯一因素。能否成为被广泛接受的操作系统，最终取决于切入时机、性能、品牌知名度、渠道能力、安全性、便捷性、应用成熟度、价格等生态优势。基于以上分析，即使以太坊在交易速度、费率等环节存在一些不足，但基于其显著的生态优势和以太坊推荐的升级流程，我们认为其优势在可预见的未来有望延续。
图表：公链生态对比总结
资料来源：以太扫描、多边形扫描、BSCscan、Solscan、defillama、CICC研究部。注：TPS，总锁定仓值记录于2022年9月1日。
未来展望：逐步形成多极共存格局。
展望未来，我们认为公链将大概率多极共存。这涉及到两个方面的判断：为什么不是完全垄断格局，为什么不是完全竞争格局。
为什么不是去中心化的完全市场竞争格局？
公链本身具有很强的网络效应和规模效应。如果把公链比作“操作系统”，它定义了行业软件和应用的统一标准，开发者可以用最低的成本获得更多的用户，这自然说明领先者有足够的网络效应和规模效应。
从博弈论的角度来看，更大的公链对每个代币持有者都有好处。公链的发展对每个参与者都有好处。
（大家持有的Token都会升值，能够享受到更好的应用服务等），因此头部公链会天然吸引大量人群加入，这样就导致理论上的“强者恒强”。
为什么不是完全垄断格局？
► 从开发角度来看，开源的代码也意味着开发成本的降低。整个公链生态都是开源的，因此在技术门槛和制度设计上没有显著的壁垒，任何人只要有能力都可以开发自己的公链。
► Web3.0的fork（分叉）机制：分叉机制是Web3.0去中心化思想最重要的体现之一，一般发生在公链进行重大决策时，一旦用户对原链决策不满，不同意该决策的用户可以完全复刻一条新链来维持原来的共识，给了用户最后选择的权利。典型案例为ETC（以太坊经典）和ETH（以太坊）两个fork生态，预示着相对传统操作系统——手机端的双强局面（iOS和安卓）和PC端的垄断局面（windows），未来Web3.0的公链体系或将会更加分散。
以太坊占据较高市场份额，Web3去中心化理念并不矛盾。按照以太坊创始人Vitalik的定义，如果将去中心化分成建筑、组织和逻辑三个维度来看，以太坊本身只是在逻辑上实现了中心化，而在建筑上（打破地理位置限制）、组织（权力分布）上的去中心化：以太坊不是归任何个人所有，而是所有参与者的公用基础设施。且其产品核心逻辑和理念就是去中心化。因此，即使以太坊本身形成一定市场地位上的“垄断”，最后所得的利益也并不会归结于某个人或者某家具体的公司，因此不存在对参与生态的用户利益的挤压。
图表：不同的中心化类型
资料来源：Vitalik Buterin 《The Meaning of Decentralization》(2017)，中金公司研究部
风险提示
当然，整个公链体系还在探索过程中，仍然存在诸多风险和不确定，我们总结主要以下几点：
► 政策监管风险：公链的Token仍然有被认定为证券需要接受相关行业更严格监管的风险，会给整个生态带来一定不确定性。
► 决策机制仍然存在被操纵可能性：公链决策权最终可能掌握在少数富豪手里（因为拥有更多的Token），这一点可能导致贫富差距进一步增加，且不同阶层不平权。
►系统安全性仍待加强。由于公链底层交易属性使得其必然成为黑客攻击重点目标，由此不断提升安全性，将是公链生态最终成功重要指标。
►经济动机过强：基于Token的经济体系是Web3核心创新，但如果其执行过度，也容易带来问题。比如动机单一，目前仍以经济激励为主，责任感、荣誉感、道德约束在体系中暂时难以体现。
►社会发展整体考量相对较弱：通过Token分配，Web3应用可以提前考虑类似科研、环保、基础设施建设等对社会整体利好，但对个人利益并没有直接利好的投资。然而，在加密经济体中，事物的外部性仍然较难被发现，这就导致人们无法对具有正外部性的操作做出良好的决策、对具有负外部性的操作加以限制，从而影响系统可持续性增长。
[1]https://blockchain-society.science/?p=940
[2]https://medium.com/borderless-capital/introduction-to-tokenomics-c7af75c09bfe
[3]https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4105763
[4]https://newsletter.banklesshq.com/p/state-of-ethereum-report-q2-2022
[5]https://blog.ethereum.org/2022/08/24/mainnet-merge-announcement
[6]https://vitalik.ca/general/2021/12/06/endgame.html
[7]Kiayias,2017,Ouroboros:AProvablySecureProof-of-StakeBlockchainProtocol, https://eprint.iacr.org/2016/889.pdf
[8]Buterin, 2020, Combining GHOST and Casper, https://arxiv.org/pdf/2003.03052.pdf
[9]https://www.chaincatcher.com/article/2077776
文章来源
本文摘自：2022年9月21日已经发布的《Web3.0社区底座，以太坊升级在即》
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