区块链:科普 | Eth2 验证者的生命流程

以太坊2.0使用权益证明机制来保护网络,也就是由许多叫做“验证者”的计算机线程来投票决定哪一个区块能够上链,当然也会自己提出备选区块。不过,验证者不是仅仅只有“开”和“关”两种状态:从成为验证者到退出验证者的整个生命周期中,其状态会经过多次转换。本文会深入研究验证者的生命周期,展示各阶段和转换过程的实质、如何触发转换,以及每种转换的历时?1。

先说明一下时间单位

以太坊2.0中的时间通常是用“epoch”这种单位来度量的,1个时段是384秒,也就是六分半钟。为便于理解,基于这一度量的时间我都转化成了以分钟、小时、天为单位,并在附录的脚注中提供详细信息。

验证者生命周期概述

在深入细节以前,我们先来看看验证者生命周期的概况、了解一下用于表述不同状态的术语。

-图1:验证者生命周期一览-

各标签所示的阶段如下:

已存入保证金:保证金要约已被以太坊1.0区块链打包

等待激活:保证金要约被以太坊2.0网络接受

活跃:验证者要见证区块及提议区块

即将退出:验证者即将停止见证及提议区块

国务院:推进科普与区块链技术深度融合:为贯彻落实党中央、国务院关于科普和科学素质建设的重要部署,依据《中华人民共和国科学技术进步法》、《中华人民共和国科学技术普及法》制定《全民科学素质行动规划纲要(2021-2035年)》,其中要求实施智慧科普建设工程。推进科普与区块链等技术深度融合,强化需求感知、用户分层、情景应用理念,推动传播方式、组织动员、运营服务等创新升级,加强“科普中国”建设,强化科普信息落地应用,与智慧教育、智慧城市、智慧社区等深度融合。(新华社)[2021/7/10 0:40:52]

被罚没:因为作弊被抓,验证者停止见证和提议区块

完全退出:验证者完全退出,不再参与任一流程

也可由此定义出一种基本状态:“

正在见证”,激活、主动退出及完全退出都在该状态中,处于该状态的验证者被指望去见证及提议区块。这个状态是最重要的,在此状态下,验证者需要连接以太坊2.0网络、同步数据,以履行责任,避免被惩罚。

-图2:“正在见证”状态-

定义完了这些阶段之后,我们就来详细考察它们之间的转换过程。

保证金存入阶段

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日,人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么?区块链如何防范恶意节点?》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解,他表示,拜占庭将军问题本质上指的是,在分布式计算机网络中,如果存在故障和恶意节点,是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里,人们提出了许多方案解决这一问题,称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法,后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法,在2008年,中本聪发明比特币后,人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性,也就是必须计算数学题,才能得到记账的权力,其他人对这个记账结果进行验证,如果是对的,就认可你的结果。与拜占庭问题比起来,就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

保证金要约被接受是验证者生涯的开始;这个接受过程是在以太坊1.0链上发生的,因为验证者资金原本就放在以太坊1.0链上。但1.0链接受之时,2.0链还不能感知到这笔存款。

验证者的保证金存入阶段大概要历时7.5个小时?2,以保证链重组影响到Eth1交易的顺序乃至保证金要约无效化的概率足够小。这个阶段完成后,验证者就进入等待激活阶段?3。

动态 | 人民日报官方微博科普区块链 强调区块链不等于比特币:人民日报官方微博今早发表9图科普区块链。其中涉及区块链的特点有:1、安全;2、不可篡改;3、可访问;4、无第三方。区块链对未来的影响:1、不需繁琐个人证明;2、看病避免反复检查;3、旅行消费更加便捷;4、交易无需第三方。同时强调,区块链不等于比特币。比特币只是区块链技术的一种应用,区块链还有医疗卫生、食品安全、版权保护等诸多应用领域。[2019/10/28]

-图3:从保证金存入阶段转到等待激活阶段-

等待激活阶段

保证金在Eth1链上存入足够久之后,它就会被Eth2链接受。这标志着验证者正式开始接受Eth2的组织。假设一位验证者存入了至少32ETH?4,那么TA就可以开始作见证了。

等待激活的验证者会组成一个队列:在一个时间点,Eth2链上能激活和能退出的验证者数量都是一个比较小的数量5,以保证验证者集合的稳定性。如果队列是空的,那么等待激活的验证者会在大约25分钟以后激活?6;如果队列很长,那可能要几天甚至几周才能激活。不过,排完队之后,验证者就可以直接激活、参与见证。

-图4:从等待激活到活跃阶段-

动态 | 币安科普MimbleWimble算法:币安官方推特今日发布隐私算法Mimblewimble的科普贴,在下方留言区大量网友留言猜测是否是基于 Mimblewimble算法的隐私币Grin或者Beam即将登陆币安交易所,其中猜测Grin的呼声更高。[2019/9/2]

活跃阶段

一般来说,一名验证者的绝大部分时间都处于这个阶段。活跃验证者大约每6分钟要发出一条见证消息,偶尔要自己提议区块?7。验证者会一直保持在活跃状态,除非出现下列三种情况:

该验证者因没有及时发出见证消息而遭受惩罚,最终其余额低于16ETH

该验证者主动要求退出,方法是发送相应的一笔交易

该验证者被证明作恶

在前面两种情况中,验证者都会被加入退出队列。

-图5:从激活状态到即将离开-

在第三种情况下,验证会被加入作恶者队列,接受惩罚。

金色财经独家分析 监管机构、媒体、业界提示风险 区块链科普道阻且长:新华社今日发文表示,近来“区块链”类案件频发,不法分子以“投资虚拟货币周期短、收益高、风险低”为借口,取用户信任并诱使其转账进行投资。无独有偶,同日消息,腾讯手机管家安全专家也提醒此类风险,并从技术上提出防建议。在美国,监管机构警示加密货币欺诈现象普遍承诺高收益而不披露潜在风险。金色财经独家分析,不法分子假借新技术之名进行,一方面是抓住民众趋利的心理,一方面反映出区块链科普的欠缺。区块链是新兴科技和底层技术并有改变社会生产关系的潜力,应该进行系统性的科普教育,当前,部分大学已经开始设置了区块链课程,但对于普通民众仍然有科普的需求,人们应该了解到系统和正确的知识,不仅要了解区块链的好,也要明确局限和弊端,以在高收益的诱惑下,保持清醒客观。[2018/4/11]

-图6:从激活状态到被罚没状态-

值得注意的是,如果有需要,验证者总是能够发送额外的保证金要约来“充值”余额(但是

有效余额的上限是32)。这样就能避免验证者余额低于16然后被放到退出队列里去。

即将退出阶段

虽然主动退出的验证者表达了停止验证的意愿,但是,他们是不能立即退出的。相反,虽然处于即将退出状态,他们还是要照常承担职责,跟活跃状态时候一样要见证和提议区块。这样保证了网络的稳定性,避免了验证者立即退出会造成的冲击。

就像验证者想激活的时候有个等待激活状态和队列,想要退出的验证者也有一个队列,一段时间里仅允许少量验证者退出。同样地,主动退出阶段要花费的时间取决于排在前面的验证者有多少。

-图7:从正在退出到完全退出-

被罚没状态

验证者违反协议后被抓,就要立即被罚没1ETH,然后进入被罚没状态,这跟即将退出状态类似,但是还要遭受惩罚。这一点我们在下文的“完全退出”部分讨论。

-图8:从被罚没到完全退出-

处于即将离开状态乃至已经完全退出的验证者,都有可能被罚没。这样能防止作恶的验证者利用正常的退出机制、在作恶被发现以前逃之夭夭。结果就是状态模型变得更加复杂:

-图9:补充罚没条件之后-

完全退出

转到完全退出状态之时,验证者就正式结束了自己的工作,不再需要见证和提议区块,也不再需要紧跟Eth2区块链的实时动态了。

转成完成退出状态之后,大概还有一天的延迟?8,之后才能取出验证者余额。不过,如果一个验证者是从被罚没状态中完全退出的,那还要接受两项额外的惩罚。

第一项,从完全退出到能够取款的间隔会长得多,要36天?9。第二项,在这36天期间,系统还会根据该验证者作恶被抓的时间点前后18天内被罚没的验证者数量对该验证者施加进一步的惩罚。那么该验证者的有效余额损失比例?10?将如下图所示:

-图10:被罚没的有效余额与同期被罚没的验证者比例的关系-

36天的周期走完,被罚没验证者剩下的余额就能拿走了。

从这个生命流程图中可以看出,没有额外的机制让一个完全退出的验证者重新激活。因此,一旦某个验证者退出,其资金就会一直休眠,等待验证者前来取走。不过,Eth2Phase0时候,资金是不能转账的——因此所有完全退出的验证者的资金都仍保存在质押系统中,直至开启转账功能。没有转账功能,是因为用户帐户模式还未引入。

补充后的验证者生命流程

把上面所有详细信息补充到流程图中,可以得到一个完整的图:

-图11:补充后的验证者生命流程图-

请细看其中补充的条件、各阶段的历时、转换过程,这些细节对成功运行Eth2验证设施非常关键。从初始化保证金到取出保证金,这个生命流程图点出了各阶段可能发生的情况,也为验证者在全时段中的表现提供了清晰的解释。

注1:要注意的的是,以太坊2.0的规范没有一个显式的状态机,因此,各阶段的名称都是作者为便于描述而给出的。

注2:1024个以太坊1.0区块的时间加上32个以太坊2.0的时段。

注3:这里假设验证者存够了32ETH。如果没有存够,则该验证者会一直停留在保证金存入阶段,直到该验证者另外发起保证金要约,使其余额超过32ETH。

注4:如果不到32ETH,那还可以另外再存入,提高该验证者的余额。

注5:每个时段有/63356个名额,下限是4个。

注6:即4个时段的长度。

注7:每一个验证者都需要在一个时段中的某个时隙发出见证消息,而每一个时隙都会有一名验证者被随机选中作为区块提议者。

注8:256个时段。

注9:8192个时段。

注10:注意,罚没力度最高是100%的有效余额,但有效余额的上限是32ETH,无论该验证者的实际余额是多少。

原文链接:?https://www.attestant.io/posts/understanding-the-validator-lifecycle/

作者:?JimMcDonald

翻译:?阿剑

本文由作者授权EthFans翻译及再出版。

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