通信区块链行业深度：大转换——以太坊合并，从显卡跌价说起

事件：3月以来，显卡价格较去年末最大降幅超过37%。 我们认为，显卡降价的主因可能是以太坊挖矿需求走低，而这与年内即将发生的以太坊“合并”直接相关。我们估算，目前在网显卡数量约2676万张，而独立显卡的全球出货量达5000万张/年，以太坊合并将对产业链构成影响。以太坊作为第二大加密资产，市值高达2864亿美元，占加密资产总体市值的1/5，是比特币的48%（Coinmarketcap，2022.5.11）。 “合并”，指以太坊共识机制转换，即将由目前平行运行的工作量证明（PoW）和权益证明（PoS），全面合并为PoS单线运行，POW将不复存在。这意味着，用户无需购入显卡或ASIC矿机等硬件，仅需在软件层质押ETH，即可参与以太坊“挖矿”，即对以太坊分布式账本记账权的争夺。 本篇报告聚焦于以太坊合并的原因、路线和影响，并分析了合并催生的质押服务商赛道和将迎变革的POW挖矿赛道。 以太坊合并，为了更去中心、更安全、更节能。以太坊将最快于今年三季度迎来关键的合并，进入到PoS时代。新PoS机制有望使矿工更易搭建节点参与安全维护、主网被51%算力攻击难度更高，且节约99.95%的电力消耗。合并仅是以太坊技术升级中的一步，根据以太坊开发团队计划，合并后还有起飞、边界、清除、狂欢阶段，并计划最终借助分片等技术，解决以太坊生态繁荣但区块处理交易能力供不应求、Gas费高企等问题。 合并后，以太坊或将进入通缩通道，而PoS矿工收益或将翻倍。1）合并后，PoS矿工除目前已可享受的增发奖励外，还将赚取交易费和MEV分成，而每日新发ETH较当前将减少近90%。我们测算，假设2022年12月1日以太坊合并，短期内ETH质押收益率（APR）约为7.9%，较合并前或将翻倍，通胀率为-0.96%，ETH进入通缩通道；2）合并完成后的一年内（2023.8.1），质押APR将减少至6%，届时通胀率为-1.76%。 以太坊质押率已达10%，未来仍将有3倍以上增长，利好质押赛道服务商。截至2022年4月29日，已有37万个验证者在以太坊信标链上质押了1200万枚ETH，超过以太坊总量的10%，总价值达350亿美元。参考Binance、Solana等现有PoS主链长期质押率在40%~70%之间，以太坊质押率至少还有3倍以上的增长空间。 为了便利散户参与质押、运维节点和获得质押期间的流动性，质押服务商应运而生。其中，已占据流动性质押赛道90%市场份额的Lido，通过与Curve建立ETH兑换流动性池，让用户在质押资金锁定期间仍能获取ETH流动性，Rocket等协议也在奋力追赶。而SSVNetwork作为底层技术供应商，率先上线测试网，使用分布式验证（DVT）技术为上层客户提供更去中心化的技术方案。 投资建议：合并后，以太坊PoW挖矿模式不复存在，质押PoS取而代之，对以太坊公链而言具有里程碑意义。底层逻辑变换使原有以太坊挖矿的显卡、矿机的商业逻辑将受冲击，在以太坊挖矿合规海外市场可关注：1）合并前后的ETC产业链；2）ETH PoW矿工可能分叉出的新链；3）其他公链及Layer2生态，如SOL、Polygon、Cosmos等；4）以太坊质押服务商：Lido、SSVNetwork等；5）以太坊链上应用：StepN、Axie及元宇宙等。出于对合并后的通缩预期，我们也建议提前关注ETH自身表现。 风险提示：节点运营商与质押服务商的中心化；以太坊合并进度不及预期。 1引子 1.1显卡价格大幅下跌 显卡价格大幅下跌。根据央视财经2022年4月对深圳“华强北”电子市场的实地报道，显卡价格暴跌，结束了两年的暴涨态势，例如，热门显卡型号英伟达“3060”从2021年6900元左右下跌了1700-1800元，跌幅高达25%-26%。 图表1：央视报道显卡价格下跌（2022年4月8日节目） 图表2：央视报道显卡价格下跌（2022年4月8日节目） 1.2显卡价格为何下跌？——以太坊挖矿范式转移 显卡价格下跌，或与以太坊共识机制转换更为相关。显卡，作为一种计算单元，可以用于游戏，也可以用于以太坊“挖矿”。其中，后者指将显卡算力投入以太坊全网账本记录权的争夺中，以获取以太坊发行的虚拟资产奖励（ETH），其收入与ETH币价和矿工拥有的算力占全网算力的比例相关。由于游戏对显卡的需求较为稳定，因此，业内普遍认为，显卡价格的波动与以太坊挖矿高度相关。 根据Bitinfocharts数据，在前述显卡价格大跌期间，尽管以太坊价格有所下跌，但理论上与显卡价格更直接相关的单位算力挖矿利润较为稳定。也就是说，币价下跌只是一方面的理由，显卡价格大跌的原因另有其他。我们认为，显卡跌价，或与以太坊共识机制将由工作量证明（PoW）转换为权益证明（PoS）相关。PoS机制下，矿工能获取的以太坊收益将与其质押的ETH占全网ETH质押的比例相关，而不再需要购入矿机等硬件。 图表3：以太坊价格与单位算力挖矿利润（2021.4.15~2022.4.15） 2以太坊合并的“前世今生” 以太坊合并，指当前使用PoS（权益证明）的共识层与使用PoW（工作量证明）的主网的执行层合并。合并后，共识层将执行节点的验证，执行层将执行EVM（以太坊虚拟机）的运作，原有PoW挖矿的相关部门将会被弃用。虽然此前以太坊基金会对合并的时间一再推迟，但目前确已处于转型POS的前奏阶段，4月11日，合并测试网已上线，各种测试也在推进中，预计合并时间将在2022年底。 图表4：执行层和共识层的合并，之后并不存在ETH1或者ETH2 图表5：信标链和主网合并示意图 图表6：以太坊信标链（Beacon Chain）和主网合并，PoW将被弃用 2.1为什么要合并？——更公平、更安全、更节能 下面我们将分析以太坊合并的逻辑及影响，之所以深度解析这一即将带来的变化，是因为以太坊目前聚集了区块链领域最大的创新社区，也一直是公链的标杆及探索者，其上不断繁衍、迭代的应用对下一代数字技术及元宇宙的发展具有举足轻重的作用，而本身共识机制从POW向POS升级也是公链的第一次，之前公众关注的以太坊挖矿将自然消失，向节点质押演进，除底层机制的改进外，类金融的行为特点更为明显，将是下一阶段行业发展的焦点。 根据以太坊基金会及其各核心开发者，我们总结，以太坊合并主要有以下三大目的： 更公平。 以太坊基金会认为，PoW（工作量证明）机制下，算力投资等级越高，硬件维护能力越高，这让大的资本，相比散户来说，拥有更高的资本回报和优势；相比之下， 在PoS机制中，成为PoS验证者的技术障碍更低：只需一台普通的笔记本电脑以及一个可靠的、保持在线的互联网连接即可，所有质押者获得的投资回报率更平等，也由于质押者的数量更多，会更去中心化。 以太坊核心开发团队希望，通过允许更多人参与保护网络，使以太坊从长远来看更加安全。 更安全，从PoS中恢复攻击会更为容易。例如， 在PoW中，成功的首次攻击会导致更加危险的“Spawn Camping（蹲点）”攻击，这种情况下，因为在攻击进行期间，矿工无法获得奖励而退出，后续攻击网络的成本变得很低。 而PoS的惩罚机制可以保护网络免受同一恶意方的多次攻击，使攻击网络的代价高企。 更节能。 PoW机制下，矿工需要购买矿机硬件、电力和矿池，这导致了对于能源的较大消耗。 根据以太坊基金会2021年5月18日对Digiconomist研究成果的援引，以太坊矿工目前每年消耗44.49太瓦时的电量，转化成PoS机制后，能够节约99.95%的能源消耗，原因是以太坊给质押者的收益只需要消耗少量的网络和电力费用。 图表3：比特币PoW挖矿、以太坊PoS和PoW能源消耗对比(2021.5.18) 2.2合并进度如何？——2022年内完成 合并过程艰辛曲折。从2017年开始，以太坊最著名的创始人——VitalikButerin就提议，要在2019年从PoW转向PoS，实现ETH2.0，但出于对难度安全性等因素的考虑，拖延至今没有完成。2020年12月，开始在信标链上的质押测试，开启了以太坊从PoW专向PoS的重要一步，每个节点验证者需要质押32个ETH，合并完成后才能分批取出。截止到2022年4月25日，质押在信标链上的ETH总计为11,387,194个。2021年下半年完成的以太坊伦敦硬分叉EIP-1559的升级，和以太坊信标链Altair的升级，也为合并做了准备。 合并的具体时间尚不确定，但大概率在今年内完成。我们很难断定具体以太坊合并的具体时间，这完全取决于合并在Kiln测试网的运行情况。由于运行在ETH上的应用（Dapp）过于复杂和重要，主要开发人员一定会在完整测试完成后进行合并。现有合并进展速度符合社区预期。2022年3月15日，以太坊合并公共测试网Kiln上线，代表它已经成功过渡、升级到完整的PoS机制。开发者下一步将合并现有的PoW测试网。截止到2022年3月下旬，过渡到PoS机制的以太坊测试网上有超过10.6万个验证者，和340万枚测试网ETH。 图表4：2020年以来以太坊的合并进展 “合并”后的下一站是什么？根据以太坊基金会及其核心开发者的披露，我们总结如下： 2023年，The Surge（起飞） 当前以太坊Gas费高企，反映出以太坊每秒能处理的交易笔数（TPS）低、区块处理交易能力供不应求的现状，我们对这一问题的解决方案作如下比较： 实现难度较大 方案一：扩大区块。 方案二：压缩出块时间。最初以太坊设计的出块时间为15秒，当前为13.1秒，合并完成后会达到12秒，但出于对安全性的考虑，很难进一步提高。 有望实现：分片（方案三） 概念：分片是计算机术语，指为了分散负载，水平分割数据库，以太坊分片则指的是通过创建新链/分片，多个分片同时处理数据，从而减少网络堵塞、增加TPS、降低Gas费。 实现阶段：2022年的合并并不会降低以太坊Gas费，但下一阶段——TheSurge（起飞）致力于实现分片。根据以太坊基金会的预估，分片链应该会在2023年的某个时间上线，具体取决于合并后的工作进度，这些分片将增强以太坊存储和访问数据的能力，但不会用于执行代码。 目标：当前披露的数据为，以太坊合并后可能将切割为64个分片，结合Layer2的卷叠（Rollups）技术，则理论上TPS的上限可能是10万笔/秒（本报告写作时的4月28日以太坊TPS约为13笔/秒），可以缓解当前以太坊拥堵问题。 TheVerge（边界） 技术更新，计划从merkle树过渡到verkle树，可以将它们视为以太坊的数据库，这阶段由于区块数据增大，会反过来验证拓展性和分散网络。 ThePurge（清除工作） 清除，意味着并非所有节点都必须永久存储所有历史块。相反，客户端将停止存储超过一年的历史记录。这意味着以太坊对节点的硬件要求会降低，网络的带宽也会降低。 TheSplurge（狂欢） 杂项升级，简化以太坊的使用，使其更容易被普通用户访问。 图表5：以太坊的升级路径 3旧赛道的覆灭：与合并进度赛跑 显而易见，以太坊共识机制转换成PoS对以太坊矿机厂商将带来不确定性，对显卡价格的增长也有负面影响。但是，正因为以太坊矿机赛道的变革与以太坊合并进度高度相关，在以太坊合并完成前、在以太坊合并一次次“跳票”的当下，以太坊矿机赛道仍将存在。 根据Bitinfocharts数据，4月15日本报告写作时，尽管以太坊单位算力挖矿利润有所下降，以太坊全网算力延续了2021年7月以来的上升态势，为1.039PH/s，仍然是不可忽视的市场。 图表7：以太坊全网算力与单位算力挖矿利润（2022年4月15日） 3.1英伟达和AMD会受到多大冲击？ 挖矿，英伟达的重要市场。英伟达在2021年财报中坦承，GPU除了其设计和市场销售外，还可能被客户用于以太坊挖矿。2021年上半年，英伟达推出了面向非矿工客户的LHR版GPU（Lite Hash Rate，低算力），和针对矿工市场的CMP（Cryptocurrenc