原主网继续负责交易、EVM 与状态；信标链接管共识。它们成为同一系统的执行层和共识层。
Ethereum learning path · 10.02
以太坊如何在不停机时，换掉共识引擎？The Merge · Bellatrix · Paris · Terminal Total Difficulty
2022 年 9 月 15 日，以太坊没有重置余额、没有迁移合约、没有暂停主网， 却把决定“谁能出块、哪条链有效”的规则从算力竞争切换成了权益证明。 这不是复制一条新链，而是一次运行中系统的协议级热切换。
双轨换引擎
STATE CONTINUES
THE
MERGE
MERGE
PoW 主网
矿工 · 算力 · 最重链
执行层继续
EVM · 交易 · 世界状态
Beacon Chain
验证者 · Slot · Finality
PoS 共识接管
提议 · 证明 · 分叉选择
账户与余额连续保留
EVM 与合约继续执行
安全来源PoW → PoS
Paris 在主网累计难度首次达到 TTD 时激活。下一个规范区块开始由 PoS 保护。
地址、私钥、ETH、NFT、合约状态和自 2015 年以来的交易历史全部连续。
01 · Orientation
先拆开“合并”二字
The Merge 最容易造成的误解，是把它想成“两条都有账户和交易的链， 把数据库首尾拼接”。真实情况恰好相反：两套系统长期并行，是因为它们承担的职责不同。
一条区块链至少要回答两个问题：这一批交易执行后，状态会变成什么？ 以及谁有权提出下一批交易，网络承认哪条历史？前者是执行，后者是共识。 在早期以太坊里，两者被打包在 PoW 主网中；The Merge 把共识职责交给已经运行近两年的 Beacon Chain，同时保留原主网的执行能力。[1]
一句话定义：The Merge 是“原以太坊主网的执行层”
与“信标链提供的 PoS 共识层”接轨，并从此由后者决定规范区块与最终性。
- 执行层 · Execution Layer
- 接收和验证交易，运行 EVM，计算 Gas，把旧世界状态变成新世界状态。
- 共识层 · Consensus Layer
- 安排提议者与证明委员会，选择链头，对检查点投票并形成最终性。
- The Merge
- 让两层开始为同一条规范历史协作；不是创建“新 ETH”，也不是清空旧账本。
关键区分
“Ethereum 1.0 / 2.0”曾是路线图时期的通俗叫法，后来容易让人误以为要迁移资产。 更准确的词是执行层与共识层。ETH 始终是 ETH， 不存在协议要求的 ETH2 兑换。
02 · Before the merge
为什么要先跑两套系统？
以太坊不能把一套未经长期验证的新共识直接装进承载真实资产的主网。 因此，PoS 先作为独立信标链运行，让验证者、客户端、证明与最终性机制在真实网络中“实习”。
2020 年 12 月 1 日，Beacon Chain 启动。它有自己的 PoS 区块和状态， 记录验证者注册、余额、提议、证明、奖励与惩罚；但它当时不承载主网交易执行载荷。 与此同时，2015 年启动的主网仍由矿工保护，继续处理 ETH 转账、DeFi、NFT 和合约调用。 [2]
合并前 · 平行运行
PoW Mainnet
真实交易 · EVM · 账户与合约状态
矿工和累计工作量决定规范链
矿工和累计工作量决定规范链
Beacon Chain
验证者 · Slot · Attestation · Finality
没有主网 execution payload
没有主网 execution payload
两条链不是两份用户资产账本
合并后 · 一套分层系统
Consensus Layer
PoS 验证者负责提议、证明、选头和最终性
Execution Layer
原主网状态连续，继续执行全部交易与合约
同一规范链，由两个客户端协作验证
为什么不直接停机升级？
公共区块链没有一个能让所有节点同时关机的中央运维窗口。交易仍在全球广播， 钱包、交易所、应用与节点也不受单一机构控制。因此升级必须被写成所有客户端都能独立判断的确定性规则： 到达同一触发条件后，旧规则停止接受 PoW 后代，新规则只接受由信标链共识提供的区块。
双链阶段把风险拆开了：先验证 PoS 共识能否稳定运行，再接入价值密集的执行状态。 这也是为什么“信标链早在 2020 年已经是 PoS”，但“以太坊主网在 2022 年才切换到 PoS” 两句话可以同时为真。
03 · Timeline lab
五个节点，看清合并瞬间
The Merge 不是单一开关，而是一段经过准备、触发、接管和最终确认的状态机。 点击五个阶段，观察哪套系统在每一步拥有哪项职责。
合并状态机
INTERACTIVE · OFFLINE
2020-12-01
Beacon Chain 独立启动
PoS 信标链开始独立运行，管理验证者和自身共识；PoW 主网继续处理全部用户交易。
边界：此时还没有把主网 execution payload 放进 beacon block。Bellatrix 是准备，不是合并发生
2022 年 9 月 6 日，Bellatrix 在信标链 epoch 144896 激活。
它让共识层具备识别合并转换、携带 ExecutionPayload 并与执行引擎协作的逻辑。
节点运营者必须同时升级执行客户端和共识客户端。[3]
Paris 才是执行层切换
当 PoW 主网累计难度首次达到
58750000000000000000000，Paris 规则激活。主网最后一个规范 PoW 区块是
#15,537,393；它的子块 #15,537,394 是第一个由 PoS 保护、承载主网执行载荷的区块。
不能把它称作“以太坊历史上第一个 PoS 区块”，因为 Beacon Chain 已经出 PoS 区块近两年。
[4]
最终确认不是秒表承诺
当年的主网公告把“信标链最终确定首个 post-TTD 区块”视为转换完成； 正常网络条件下约两个 epoch、约 13 分钟。网络参与不足时，最终性可以延迟， 所以这不是固定 SLA。
04 · Terminal total difficulty
为什么选择 TTD，而不是日期或高度？
PoW 中每个区块都有一个 difficulty；一条链从创世到当前区块的 difficulty 相加， 就是 Total Difficulty。它代表这条历史累计投入了多少 PoW 工作。
TD(block) ≥ TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY 且 TD(parent) < TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY
主网参数：TERMINAL_TOTAL_DIFFICULTY = 58750000000000000000000
固定日期依赖节点的墙上时钟，不适合作为所有节点必须一致执行的共识条件。 固定区块高度只说明“出了多少块”，不能区分累计工作量：低算力分叉也可能以较低难度堆出同样高度。 TTD 则把切换锚定到规范 PoW 历史累计的真实工作量。 [4]
累计难度仪表
比例教学演示 · 非主网原始数值
当前共识
PoW 继续
TD < TTD
累计工作量尚未达到阈值。规范客户端继续接受符合 Ethash 与 PoW 分叉选择规则的区块。
跨过阈值之后会发生什么？
达到 TTD 的区块成为 terminal PoW block。规范要求转换区块必须直接建立在它之上； terminal block 后继续挖出的 PoW 后代不再能成为规范以太坊主网的一部分。 从转换区块起，原来的 PoW seal、矿工区块奖励与 PoW 最重链规则退出， 链头由 PoS 共识提供。[4]
别把难度炸弹当触发器
难度炸弹会逐渐拉长 PoW 出块时间，是历史上的升级协调机制；它在合并前还被 Gray Glacier 再次延期。真正触发 The Merge 的是 TTD，不是“炸弹爆炸”。 [10]
05 · One block after the merge
合并后，一笔交易怎样进入区块？
用户签名、交易验证和 EVM 执行并没有被 PoS 取代。改变的是：谁提出区块， 其他验证者如何为链头投票，以及什么时候获得协议明确的最终性。
钱包签名交易；执行客户端验证签名、nonce、余额与费用字段，并放入本地交易池。
当前 slot 的提议者让执行客户端选择并执行交易，得到新的 state root 与 ExecutionPayload。
共识客户端把 execution payload 与证明、奖惩等共识数据装进 beacon block。
其他节点重新执行交易并检查共识规则；验证者委员会发送 attestation。
LMD-GHOST 选择当前链头；Casper FFG 让 epoch checkpoint 依次 justified、finalized。
在 PoS 以太坊中，一个 slot 是 12 秒，32 个 slot 组成一个 epoch，也就是 6.4 分钟。 每个 slot 是一次出块机会，不是保证：被选提议者离线时可以出现 missed slot。 所以“PoS 每 12 秒必有一块、12 秒就绝对不可逆”都不准确。 [6]
SLOT 01
BLOCK
BLOCK
SLOT 02
BLOCK
BLOCK
SLOT 03
MISSED
MISSED
SLOT 04
BLOCK
BLOCK
SLOT 05
BLOCK
BLOCK
SLOT 06
BLOCK
BLOCK
SLOT 07
MISSED
MISSED
… / 32
CHECKPOINT
CHECKPOINT
LMD-GHOST 按验证者最新证明所代表的有效质押权重选链头， 不是简单数“哪边节点更多”；Casper FFG 则需要至少三分之二活跃质押权重在检查点之间形成 supermajority link，建立明确的加密经济最终性。下一课会完整拆解其中的安全机制。
06 · Client architecture
EL、CL 与 Engine API 各做什么？
合并后的完整节点不是一个万能程序，而是两个客户端组成的协作体。 如果还要主动参与提议和证明，再加一个 validator client。
Consensus Client
维护 beacon 状态、slot/epoch、attestation、LMD-GHOST 与 finality；告诉执行客户端哪个 payload 要构建、验证或作为链头。
Engine API
两层之间的认证接口。它传递 payload 构建、验证和 forkchoice 更新；不是面向普通钱包的 JSON-RPC。
Execution Client
维护交易池和世界状态，执行 EVM，验证交易与 execution payload，并向应用提供 JSON-RPC。
职责检查器
EL ↔ ENGINE API ↔ CL
EXECUTION LAYER
它回答：执行后状态是什么？
执行客户端验证交易并重放 EVM 状态转换，把一组交易变成可验证的 execution payload。
- 验证签名、nonce、余额与 Gas 规则
- 维护 mempool、账户状态与合约存储
- 计算 receipts root、state root 与 Gas 使用量
普通节点不等于验证者
任何人都可以运行执行客户端 + 共识客户端，独立验证链，而不质押 ETH。 只有要被协议选中提议或证明区块时，才需要 validator client 与协议层质押门槛。 合并时激活门槛是 32 ETH；截至 2026 年最低门槛仍为 32 ETH， 但 Pectra 后选择复利凭证的验证者有效余额上限可达 2048 ETH。 [11]
07 · Change matrix
到底改变了什么，又保留了什么？
“只是换共识”并不等于“什么都没变”；“升级到 PoS”也不等于“整条链被替换”。 最可靠的方法是逐项核对系统边界。
改变 / 连续矩阵
SELECT A VIEW
从硬件、算力与电力竞争，转为质押 ETH、奖励、惩罚和可罚没的经济担保。
矿工退出；协议按有效质押权重伪随机选择验证者作为 slot 提议者。
从 PoW 累计工作量规则切换到验证者 attestation 权重驱动的 LMD-GHOST。
从随确认数增加的概率性安全，增加由 checkpoint 投票形成的明确 PoS 最终性。
从约 13.3 秒的随机 PoW 出块，变成每 12 秒一个 slot 机会；slot 仍可能错过。
执行层矿工与 ommer 新发行停止；共识层验证者奖励继续，base fee 销毁继续。
| 观察对象 | 合并前 | 合并后 |
|---|---|---|
| 谁提议区块 | 解决 Ethash 谜题的矿工 | 当前 slot 被选中的验证者 |
| 谁执行交易 | 所有验证区块的执行节点 | 仍是所有验证 payload 的执行节点 |
| 状态历史 | 自 2015 年累积的账户与合约状态 | 从同一 parent state root 连续向前 |
| 用户操作 | 持有原 ETH 与资产 | 无需兑换、迁移或重新导入钱包 |
08 · State continuity
为什么没有停机，也不用迁移资产？
因为 The Merge 没有把世界状态复制到另一套数据库。 第一个 PoS 保护的执行区块，直接把最后一个 PoW 区块当作 parent，并从它的状态根继续执行。
#15,537,393 · PoW
Terminal PoW block
包含当时全部账户、余额、合约代码与存储的 state root。
#15,537,394 · PoS PROTECTED
Transition block
以终端 PoW 块为 parent，执行新交易并生成下一个 state root。
对钱包来说，私钥仍然签同一种账户授权；对合约来说，代码和 storage 仍在原地址； 对应用来说，JSON-RPC 与 EVM 的主体行为继续存在。EIP-3675 的设计目标就是用最小必要修改 热切换共识，降低智能合约和服务需要干预的范围。[4]
安全提醒
当年任何声称“需要把 ETH 升级成 ETH2”“需要提交助记词迁移余额”的信息都是错误的， 也很可能是诈骗。协议升级从不要求用户把私钥或助记词交给第三方。
“没有迁移”不等于“开发者完全无感”
区块时间、区块字段、链上随机数来源、安全确认语义以及节点部署方式都发生了变化。
依赖 block.difficulty、假设固定确认数、把 12 秒 slot 当作必然出块，
或使用区块属性充当强随机数的应用，需要重新审视假设。
09 · Impact and limits
The Merge 带来了什么，又没有解决什么？
ethereum.org 对合并后能耗降幅的长期口径。不是“零耗电”，而是不再用持续哈希竞争购买安全。
时间变得规则，但 slot 可以错过；相比 PoW 约 13.3 秒，用户体感并非数量级提升。
checkpoint 获得至少三分之二活跃质押权重的投票后，依次 justified 与 finalized。
矿工基础奖励与 ommer 奖励停止；共识层发行仍存在，base fee 仍按 EIP-1559 销毁。
影响一：不再用能源密集型哈希竞争
PoW 依靠全网矿工不断试算哈希；PoS 依靠可被惩罚的质押与验证者投票。 节点、网络和验证者机器仍然耗电，但计算不再为了赢得随机哈希竞赛而成规模堆叠。 能耗约下降 99.95% 是估算口径，不是写进协议的常数。 [1]
影响二：发行结构改变，但不保证永久通缩
合并前，新 ETH 同时从执行层矿工奖励和已经运行的信标链验证者奖励产生。 合并后，执行层矿工发行停止，只保留共识层发行；EIP-1559 的 base fee 销毁继续。 因此最稳妥的框架是：
净供应变化 = 共识层发行 − Base Fee 销毁
优先费与 MEV 是用户价值转移，不是协议新发行。净通胀或净通缩取决于质押、需求、销毁和后续规则。
边界：Gas 费不会因合并自动下降
Gas 价格主要由对有限区块空间的需求决定。The Merge 改了共识，没有显著扩大 L1 容量， 所以它不是降低 Gas 费或大幅提高 TPS 的升级。合并为后续路线图铺路， 但不能把未来扩容成果倒算成 The Merge 当天的功能。
费用市场和区块空间需求仍然存在；扩容重点逐步转向 rollup 与数据可用性。
slot 由约 13.3 秒变成 12 秒，只是轻微节奏变化，不是执行容量跃升。
提款由 2023 年 Shanghai/Capella 升级启用，而不是 The Merge。
资产、地址、私钥与 chain ID 连续；不存在协议要求的 ETH2 代币迁移。
10 · Protocol lens
协议和开发者看见的细节变化
对普通持有者，合并几乎无需操作；对客户端和部分合约开发者， 这次升级仍然改动了几个必须理解的底层语义。
DIFFICULTY 变成 PREVRANDAO
PoS 不再需要 PoW difficulty。EIP-4399 把区块头 difficulty 设为零，
并让 EVM 的 0x44 操作码返回 Beacon Chain 的 RANDAO 输出，
操作码语义因此被称为 PREVRANDAO。依赖旧 difficulty 数值范围或把它当随机源的合约
必须重新检查。[8]
safe 与 finalized 成为一等确认概念
应用不必只用“等 N 个区块”表达安全度。合并后的 JSON-RPC 可以查询 safe / finalized 链头， 把共识层判断显式传给执行层消费者。不过最终确认依然受网络参与度影响， 不能把“正常约两个 epoch”写死成固定时间。
完整区块从共识网络传播
交易仍在执行层点对点网络传播，但 post-Merge 的完整 beacon block 携带 execution payload， 由共识层网络广播。节点只有同时运行 EL 和 CL，才能完整判断执行有效性与共识有效性。
随机性边界
PREVRANDAO 提供的链上随机性仍有提议者可影响的边界。
高价值应用不能因为它名称里有 “random” 就把它当作不可操纵的完美随机数。
11 · Misconceptions
十个常见误区，一次拆清
Beacon Chain 当时不处理主网 execution payload。合并是执行职责与共识职责接轨。
它是第一个 PoS 保护的主网执行区块；Beacon Chain 从 2020 年已产生 PoS 区块。
实际触发条件是 TTD；难度炸弹只是旧 PoW 路线中的升级协调机制。
不存在这种协议迁移。要求发送资产或提交助记词“升级”的信息应视为诈骗。
合并没有显著扩大主网执行容量；Gas 仍由需求与可用区块空间共同决定。
PoS 的 12 秒 slot 相比 PoW 约 13.3 秒仅轻微变化，且 slot 仍可能错过。
提款功能在 2023 年 Shanghai/Capella 升级中启用。
普通验证型完整节点无需质押；32 ETH 是激活协议验证者的最低门槛。
普通离线通常是遗漏奖励和离线惩罚；slashing 专指可证明的冲突签名等违规。
净供应取决于共识层发行与 base fee 销毁的动态差额，不是永久保证。
12 · Recap
把整课压缩成一个心智模型
把以太坊想成一列持续运行的列车：车厢是账户、合约和状态， 轨迹是自 2015 年以来的交易历史；The Merge 换掉的是决定前进规则的牵引与调度系统。
最终记忆句：执行层决定“交易做了什么”，共识层决定“谁提议、哪条历史有效、何时最终确定”；
The Merge 保留前者的连续状态，把后者从 PoW 交给 Beacon Chain 的 PoS。
六题检查：你真的理解了吗？
13 · Glossary and sources
术语表与一手资料
- Beacon Chain
- 2020 年启动的 PoS 信标链；合并后成为以太坊共识层的核心。
- Bellatrix
- 合并前的共识层升级，让 beacon block 可以承载和验证 execution payload。
- Paris
- 执行层的合并升级，在主网达到 TTD 时激活。
- TTD
- Terminal Total Difficulty，触发 PoW → PoS 转换的累计难度阈值。
- ExecutionPayload
- 执行层生成的交易、状态根、收据根等区块执行数据，被装入 beacon block。
- Slot
- PoS 以太坊的 12 秒时间单位，每个 slot 是一次提议区块的机会。
- Epoch
- 32 个 slot，约 6.4 分钟；检查点投票与验证者任务按 epoch 组织。
- Attestation
- 验证者对区块与检查点的签名证明，参与链头选择和最终性。
- LMD-GHOST
- 依据验证者最新证明所代表的质押权重选择当前链头的规则。
- Casper FFG
- 通过检查点与三分之二超级多数投票建立 justified / finalized 状态的最终性机制。
- Engine API
- 执行客户端与共识客户端之间进行 payload 构建、验证和 forkchoice 更新的认证接口。
- PREVRANDAO
- 合并后 EVM 操作码 0x44 的语义，提供来自信标链 RANDAO 的随机性输入。
以下以 ethereum.org、Ethereum Foundation 公告、EIP 和官方协议规范为主。 历史时间与协议参数按合并时规则说明；会随网络变化的数据不写成永久常数。
-
The Merge · ethereum.org
合并定义、资产与历史连续、能耗约下降 99.95%，以及 Gas、速度、提款与 32 ETH 等常见误区。
-
The Beacon Chain · ethereum.org
2020 年 12 月 1 日启动、双系统并行背景，以及合并后执行层与共识层的关系。
-
Mainnet Merge Announcement · Ethereum Foundation
Bellatrix epoch 144896、Paris、TTD、两阶段激活与转换最终确认。
-
EIP-3675 · Upgrade consensus to Proof-of-Stake
TTD 精确值、终端 PoW 块、转换区块、停止导入 PoW 后代、奖励与 fork choice 变化。
-
Bellatrix Beacon Chain Specification
ExecutionPayload 结构、合并转换状态与共识层对执行引擎的调用逻辑。
-
Proof-of-stake (PoS) · ethereum.org
12 秒 slot、32 slot/epoch、提议者、委员会、执行载荷、LMD-GHOST 与 Casper FFG。
-
Ethereum Execution APIs · Engine API
执行客户端与共识客户端之间的 Engine API 规范。
-
EIP-4399 · Supplant DIFFICULTY opcode with PREVRANDAO
合并后 difficulty 字段、0x44 操作码与 RANDAO 随机性语义。
-
How The Merge impacted ETH supply · ethereum.org
合并前双路发行、合并后执行层发行为零、共识层发行与 EIP-1559 销毁的关系。
-
EIP-5133 · Delaying Difficulty Bomb
Gray Glacier 对难度炸弹的最后延期，以及难度炸弹和 TTD 的不同作用。
-
EIP-7251 · Increase the MAX_EFFECTIVE_BALANCE
Pectra 后最低激活余额仍为 32 ETH，复利验证者最大有效余额提高到 2048 ETH。
-
Execution Specs · Protocol History
Paris 与主网首个 post-Merge 执行区块 #15,537,394 的历史记录。
Chapter 10 · Lesson 02 complete