掌握以太坊奖励机制？速看PoW与PoS奖励差异！

以太坊区块奖励怎么计算？

以太坊的区块奖励机制经历了从 Proof-of-Work (PoW) 到 Proof-of-Stake (PoS) 的重大转变，也就是大家熟知的 “The Merge”。 理解以太坊区块奖励的计算方式，需要分别考察 PoW 时代的奖励规则和 PoS 时代的奖励规则，以及两者之间的一些关键区别。

以太坊 1.0 (PoW) 时代的区块奖励计算

在以太坊历史上的“The Merge”事件之前，以太坊区块链依赖于工作量证明（Proof-of-Work，PoW）共识机制。 在这种机制下，矿工们需要投入大量的计算资源，运行特定的算法，来争夺验证交易和创建新区块的权利。 他们需要解决一个极其复杂的数学难题，这个难题的难度会根据网络算力的变化而动态调整，以保证区块的产生速率稳定在一个预定的目标值附近。

每当一个矿工成功地解决了这个难题，并因此“挖矿”出一个新的区块，该矿工就会获得一笔预定的区块奖励。 这笔奖励的设计初衷是为了激励矿工持续投入算力，维护以太坊区块链的安全和稳定运行。 在以太坊 1.0 (PoW) 时代，区块奖励的构成主要包含以下几个核心部分：

1. 基本区块奖励 (Base Block Reward):

• 初创阶段 (2015-2017): 在以太坊创世之初，为了吸引矿工参与并构建网络基础设施，每个成功验证并添加到区块链的区块都会给予 5 ETH 的奖励。这一高额奖励旨在快速启动网络，确保交易得到及时处理，并鼓励对挖矿硬件的投资。该阶段的重点在于激励早期参与者，加速以太坊生态系统的形成。
• 拜占庭分叉 (Byzantium Fork, 2017): 随着以太坊网络的逐渐成熟，为了更好地管理通货膨胀并优化经济模型，拜占庭硬分叉实施，将区块奖励从最初的 5 ETH 降低至 3 ETH 。这次调整旨在降低ETH的发行速度，并为未来的经济政策调整提供空间，同时保持对矿工的足够激励，维护网络的安全性。
• 君士坦丁堡/圣彼得堡分叉 (Constantinople/St. Petersburg Fork, 2019): 为了进一步控制ETH的供应量，并为之后的协议升级铺平道路，君士坦丁堡和圣彼得堡两次连续的分叉将区块奖励进一步降低到 2 ETH 。 这一调整是长期规划的一部分，旨在建立一个更可持续和稳定的以太坊经济模型。
• 缪尔冰川分叉 (Muir Glacier Fork, 2020): 缪尔冰川硬分叉主要用于解决“难度炸弹”问题，该问题原计划逐渐增加区块的挖矿难度，从而促使网络过渡到权益证明 (Proof-of-Stake)。由于以太坊2.0的推出被推迟，缪尔冰川分叉推迟了难度炸弹的生效时间。虽然这次分叉本身没有改变区块奖励的数量，但难度炸弹的推迟直接影响了区块的产生速度，因此间接影响了ETH的发行速度，维持了网络的正常运行。
• 伦敦升级 (London Upgrade, 2021): 伦敦升级引入了以太坊改进提案 EIP-1559，对以太坊的交易费用机制进行了重大改革。尽管伦敦升级没有直接调整区块奖励的数量，但它引入了基础费用 (Base Fee) 销毁机制，这意味着每个区块产生的部分交易费用会被销毁，永久性地从流通中移除。 这一机制极大地影响了ETH的供需关系，使其更具通缩性，对ETH的价值和长期可持续性产生了深远的影响。 EIP-1559的引入标志着以太坊经济模型的一个重要转折点。

2. 叔块奖励 (Uncle Block Reward):

叔块是指由于网络延迟或其他原因，在主链区块生成的同时或之后被挖出的有效区块。虽然叔块最终没有被纳入最长的链，成为主链的一部分，但它们仍然消耗了计算资源，并为网络的安全性做出了贡献。以太坊协议设计了叔块奖励机制，以激励矿工持续贡献算力，即使他们的区块最终成为了叔块。

叔块的发现和包含，有助于提高网络的抗审查性和整体安全性。 通过奖励叔块的矿工，以太坊鼓励更多的矿工参与网络，并减少了算力集中化的风险。

• 叔块奖励的计算公式较为复杂，并且与叔块被包含在主链区块中的深度有关，即叔块生成后多久才被主链承认。 奖励并非固定值，而是依据叔块与主链的相对位置进行调整。这种机制旨在平衡奖励分配，避免矿工仅仅为了追求叔块奖励而忽略了主链的挖掘。

  具体来说，叔块矿工获得的奖励是主链区块奖励的一部分，范围通常在主链区块奖励的 1/8 到 7/8 之间。 这个比例取决于叔块被包含的区块相对于叔块自身高度的深度。 举例说明，如果主链区块奖励是 2 ETH，那么叔块奖励可能在 0.25 ETH 到 1.75 ETH 之间，具体的数值取决于叔块与主链的相对距离。

  公式： Uncle Reward = (Block_Reward * (8 - (Block_Number - Uncle_Block_Number)) / 8) ，其中 Block_Reward 是主链区块奖励， Block_Number 是包含叔块的区块号， Uncle_Block_Number 是叔块自身的区块号。

• 包含叔块的矿工也会获得额外的奖励，作为对他们验证并包含叔块工作的补偿。这种奖励鼓励矿工积极地验证和广播新的区块，即使这些区块有可能最终成为叔块。

  对于每个包含的叔块，矿工会获得主链区块奖励的 1/32 作为奖励。 这项奖励机制旨在激励矿工尽可能地包含有效的叔块，从而提高区块链的整体效率和安全性。 包含叔块的上限为每个区块最多只能包含两个叔块。

  公式： Inclusion Reward = Block_Reward / 32 ，其中 Block_Reward 是主链区块奖励。

3. Gas 费用 (Transaction Fees):

除了区块奖励和叔块奖励之外，矿工还会通过处理交易获得 Gas 费用，这是他们收入的重要组成部分。Gas 费用是用户为了在以太坊区块链上执行交易或部署、调用智能合约而支付的费用。它本质上是执行计算操作的成本，确保网络资源得到合理利用，并防止恶意用户滥用。

在以太坊改进提案 (EIP)-1559 实施之前，矿工对 Gas 费用的处理拥有极大的自主权，他们可以根据交易附带的 Gas 价格高低来决定交易的处理优先级。Gas 费用较高的交易往往会被优先打包进区块，从而更快地得到确认。这种机制在高峰时期可能导致 Gas 价格飙升，用户需要支付更高的费用才能确保交易及时完成。

EIP-1559 对 Gas 费用机制进行了重大改革，将其拆分为两部分：基础费用 (Base Fee) 和小费 (Tip, 或 Priority Fee)。基础费用由网络根据区块拥堵情况自动调整，旨在更有效地管理 Gas 价格的波动。这部分费用会被协议直接销毁，有助于减少以太坊的代币供应，并可能对 ETH 的价值产生积极影响。

小费 (Tip) 则类似于对矿工的额外奖励，用户可以通过设置更高的 Tip 来激励矿工优先处理他们的交易。这部分费用会直接支付给矿工，作为他们为交易排序和打包进区块所付出的努力的补偿。EIP-1559 的实施旨在改善用户体验，降低 Gas 费用的不确定性，并使以太坊的费用市场更加高效。矿工通过小费机制继续获得激励，维护网络的正常运行。

总结： 在 PoW 时代，矿工通过竞争解决计算难题来获得区块奖励。 区块奖励包括基本区块奖励、叔块奖励以及 Gas 费用。 基本区块奖励随着时间推移而逐渐降低，旨在控制以太坊的通货膨胀率。

以太坊 2.0 (PoS) 时代的区块奖励计算

The Merge 是以太坊发展历程中的一个重要里程碑，它标志着以太坊网络从工作量证明 (Proof-of-Work, PoW) 共识机制到权益证明 (Proof-of-Stake, PoS) 共识机制的转变。在PoW机制下，矿工通过竞争解决复杂的密码学难题来争夺区块的记账权，并获得区块奖励。而在PoS共识机制下，验证者 (Validator) 通过质押 ETH（以太币）来参与区块的验证和创建过程。验证者需要将一定数量的 ETH 锁定在一个智能合约中，以此来获得参与网络共识的资格。

验证者代替了传统 PoW 机制下矿工的角色。与 PoW 机制需要消耗大量算力进行哈希运算不同，PoS 机制下的验证者不再需要进行大量的计算工作。参与区块提议和验证的概率主要根据他们质押的 ETH 数量来决定。质押 ETH 数量越多的验证者，被选为区块提议者的概率越高，从而获得更多奖励的机会。这种机制旨在提高网络的效率和安全性，同时降低能源消耗。

在 PoS 时代，区块奖励的计算方式发生了根本性的改变，不再依赖于矿工的算力竞争。验证者获得的奖励主要来自于以下几个方面：

1. 共识奖励 (Consensus Rewards):

• 共识奖励是区块链网络激励机制的核心组成部分，用于激励验证者积极参与区块的提议、验证和最终确认，从而维护网络的安全性和稳定性。验证者通过执行这些关键任务，在保证交易有效性和防止恶意行为方面发挥着至关重要的作用。奖励的大小并非固定不变，而是动态调整的，其计算受到多种因素的综合影响，其中包括验证者的活跃程度、整个网络的总质押数量，以及验证者自身所持有的有效余额。
• 验证者为了获得共识奖励，必须积极参与到网络的共识过程之中。这意味着他们需要保持在线状态，以便能够及时接收并验证新的区块。验证者还需要确保其验证行为的准确性和可靠性，避免出现任何形式的错误或偏差。如果验证者未能积极参与网络活动，或者更严重地，存在任何作恶行为，例如尝试提交无效区块或进行双重支付，他们将会面临严厉的惩罚，通常被称为“Slashing”。这种惩罚机制旨在防止恶意行为，维护网络的整体安全。
• 共识奖励的具体计算公式通常相当复杂，并且会随着网络参数的不断调整而发生变化。这些参数的调整可能受到多种因素的影响，例如网络拥堵程度、交易费用水平以及社区的治理决策。一般来说，网络的总质押量越高，单个验证者能够获得的奖励相对就越低。这是因为奖励是按照比例分配给所有活跃验证者的，总质押量增加意味着更多的验证者分享相同的奖励池。因此，验证者需要仔细评估网络的经济模型，以便做出明智的质押决策。同时，网络通常会设置一个最大的质押上限，以防止出现单一验证者控制整个网络的情况。

2. 交易费用 (Transaction Fees):

• The Merge 之后，以太坊的交易费用机制得以保留，但分配方式有所调整。交易费用依然由两部分组成：Base Fee（基础费用）和 Tip（小费）。Base Fee 作为网络拥堵的动态调整机制，其作用在于控制以太坊的 Gas 价格，并确保网络的稳定运行。不同之处在于，The Merge 后，Base Fee 不再分配给矿工，而是会被系统自动销毁，这有助于降低以太坊的总供应量，并可能产生通货紧缩效应。Tip，也称为 Priority Fee (优先费用)，则会被分配给提议区块的验证者，也就是负责将交易打包到区块中的验证者。
• Tip 的引入旨在为验证者提供额外的激励，使其更倾向于优先处理包含较高 Tip 的交易。用户可以通过支付更高的 Tip 来加速交易确认，从而在网络拥堵时获得更快的交易体验。这种机制允许用户根据自身需求和紧迫性调整交易费用，从而优化交易体验，并确保交易能够及时被处理。验证者通过优先处理高 Tip 交易，能够获得更高的收益，从而增强了参与网络维护的积极性。

3. MEV (Miner Extractable Value/Maximal Extractable Value):

• 定义与来源： MEV (矿工可提取价值/最大可提取价值) 指的是区块链验证者 (例如以太坊中的矿工或权益证明验证者) 通过在区块构建过程中策略性地选择、排序、包含或审查交易来获得的额外利润。这种利润并非来自于区块奖励或交易手续费，而是源自于区块内交易执行顺序带来的价值。MEV 的来源多种多样，主要包括：
  • 套利交易： 区块链中不同去中心化交易所 (DEX) 或其他协议之间存在价格差异，验证者可以通过在区块中包含套利交易来获利，例如，在A交易所低价买入，在B交易所高价卖出，并在同一区块中完成交易。
  • 清算交易： 在去中心化金融 (DeFi) 借贷协议中，当借款人的抵押品价值低于一定阈值时，其仓位会被清算。验证者可以通过优先执行清算交易来获得清算奖励，通常是清算金额的一部分。
  • 抢先交易 (Front-Running)： 验证者观察到一笔即将发生的交易 (例如，一笔大额的 DEX 交易)，预测该交易会影响市场价格。验证者可以在目标交易之前提交自己的交易，从而抢先获利。例如，在观察到用户准备用100ETH买入ABC代币后，先用少量ETH买入ABC代币，然后等待用户交易推高价格后卖出。
  • 夹层交易 (Sandwich Attacks)： 一种更为复杂的抢先交易形式。验证者在目标交易之前和之后都插入自己的交易，从而进一步榨取目标交易的价值。例如，先买入，等待目标交易发生，然后卖出。
• MEV 的获取与潜在影响： 验证者可以通过运行专门的 MEV 机器人 (MEV bots) 来自动寻找和执行 MEV 机会。这些机器人监控区块链交易，并根据预设的策略进行操作。验证者也可以与其他 MEV 参与者 (例如，搜索者、中继者) 合作，共同获取 MEV，并分享收益。然而，MEV 的存在也可能导致一些负面影响，例如：
  • 网络拥堵： MEV 机器人会参与竞价，争夺区块空间，从而导致网络拥堵和交易手续费上涨。
  • 交易审查： 验证者可能会审查某些交易，阻止其进入区块，以便最大化自己的 MEV。
  • 中心化风险： MEV 可能会加剧区块链的中心化风险，因为拥有更多资源 (例如，算力或资金) 的验证者更容易获取 MEV，从而进一步扩大其优势。
  • 不稳定 gas 费用: MEV 交易可能会导致 gas 费用大幅波动。
• MEV 缓解与公平分配： 以太坊社区正在积极研究和开发各种解决方案，以减轻 MEV 的负面影响，并提高 MEV 的分配效率和公平性。这些解决方案包括：
  • 交易排序公平性 (Transaction Ordering Fairness)： 旨在防止验证者操纵交易顺序，例如，通过引入时间锁或承诺方案。
  • MEV 拍卖 (MEV Auctions)： 将 MEV 机会拍卖给搜索者，并将部分收益分配给区块提议者或其他参与者。
  • PBS (Proposer-Builder Separation): 将区块提议者的角色和区块构建者的角色分离，使得专门的区块构建者可以更高效地寻找 MEV 机会，并将部分收益分配给区块提议者。
  • MEV-Boost: 以太坊权益证明(PoS)共识机制下的一种实现 PBS 的方案，允许验证者外包区块构建过程，从而参与 MEV 市场，获得更高的收益。

总结： 在 PoS 时代，验证者通过质押 ETH 并参与网络的共识过程来获得奖励。 奖励主要来自于共识奖励、交易费用 (Tip) 和 MEV。 奖励的计算方式相对复杂，并受到多个因素的影响。

PoW 和 PoS 的关键区别

• 参与方式：

  工作量证明 (PoW) 机制依赖于矿工使用强大的计算能力，通过竞争性地解决复杂的数学难题来验证交易并创建新的区块。 矿工们通过不断尝试不同的随机数（nonce）来寻找满足特定难度目标的哈希值，第一个找到符合条件的哈希值的矿工将被允许将新的区块添加到区块链上，并获得相应的奖励。 这种竞争性的算力比拼确保了区块链的安全性和不可篡改性。

  权益证明 (PoS) 机制则采用不同的方法，它不再依赖于大量的算力消耗，而是通过让验证者质押一定数量的加密货币（例如 ETH）来参与共识过程。 验证者被随机选择来提议新的区块，其他的验证者则对提议的区块进行投票确认。 如果验证者试图作恶或违反协议规则，他们质押的 ETH 可能会被罚没。 这种机制通过经济激励来确保验证者的诚实行为，并维护区块链的安全。

• 能源消耗：

  PoW 机制的一个主要缺点是其巨大的能源消耗。 为了获得更高的算力优势，矿工们需要部署大量的专用矿机，这些矿机消耗大量的电力，对环境造成了显著的影响。 随着区块链网络规模的扩大和挖矿难度的增加，能源消耗问题变得更加严重。

  PoS 机制则更加节能环保。 由于它不需要大量的算力竞争，因此验证者只需要消耗少量的能源来运行验证节点。 这使得 PoS 成为一种更可持续的区块链共识机制，能够更好地适应未来的发展需求。

• 安全性和去中心化：

  PoW 的安全性依赖于算力的分散程度。 如果某个实体控制了超过 51% 的算力，它就有可能发动 51% 攻击，篡改区块链上的交易记录。 因此，PoW 网络需要足够多的矿工参与，才能保证其安全性和去中心化程度。

  PoS 的安全性则依赖于 ETH 的质押量和验证者的数量。 如果某个实体控制了大量的 ETH，它就有可能影响共识过程。 因此，PoS 网络需要足够多的验证者参与，并且 ETH 的质押量要足够分散，才能保证其安全性和去中心化程度。 两种机制在安全性和去中心化方面各有优缺点，需要根据具体的应用场景进行选择。

• 奖励机制：

  在 PoW 机制中，矿工的奖励主要来自于区块奖励和交易手续费（Gas 费用）。 区块奖励是网络为成功挖出新区块的矿工提供的固定数量的加密货币，Gas 费用则是用户在进行交易时支付给矿工的费用，用于补偿矿工的计算成本。 这两种奖励机制激励矿工参与网络，维护网络安全和促进网络发展。

  在 PoS 机制中，验证者的奖励主要来自于共识奖励、交易手续费（Tip）和 MEV（Miner Extractable Value）。 共识奖励是网络为验证者提供的固定数量的加密货币，交易手续费是用户在进行交易时支付给验证者的费用，MEV 则是验证者通过对区块中的交易进行排序、插入或审查而获得的额外收益。 MEV 机会的存在也带来了一定的风险，例如抢先交易和三明治攻击等。

• 通货膨胀率：

  PoS 相比 PoW 更有利于控制 ETH 的通货膨胀率，甚至可能实现通货紧缩。 在 PoW 机制中，为了激励矿工参与挖矿，网络需要不断发行新的加密货币，导致通货膨胀。 而在 PoS 机制中，共识奖励的数量可以根据网络的运行情况进行调整，从而更好地控制通货膨胀率。

  以太坊的 EIP-1559 提案引入了 Base Fee 的销毁机制，该机制规定每笔交易都需要支付一定的 Base Fee，这部分费用会被销毁，而不是支付给矿工或验证者。 当网络交易量较高时，Base Fee 的销毁量会超过新发行的 ETH 数量，从而导致 ETH 的总供应量减少，实现通货紧缩。 这种机制有助于提高 ETH 的价值，并增强其作为价值存储的吸引力。

理解以太坊区块奖励的计算方式对于理解以太坊网络的经济模型和激励机制至关重要。 无论是 PoW 还是 PoS，区块奖励都是激励矿工和验证者参与网络、维护网络安全和促进网络发展的重要手段。 区块奖励的大小会影响矿工和验证者的收益，从而影响他们参与网络的积极性。 因此，合理的区块奖励机制对于维护网络的稳定性和安全性至关重要。

随着以太坊的不断发展和升级，其奖励机制也将继续演变和完善。 例如，以太坊 2.0 引入了新的质押机制和共识算法，对区块奖励的分配方式进行了调整。 未来，以太坊可能会继续探索新的奖励机制，以更好地激励参与者，并提高网络的效率和安全性。