科普：Eth2驗證者的生命流程_以太坊

編者按：本文來自以太坊愛好者，作者：JimMcDonald，翻譯：阿劍，Odaily星球日報經授權轉載。以太坊2.0使用權益證明機制來保護網絡，也就是由許多叫做“驗證者”的計算機線程來投票決定哪一個區塊能夠上鏈，當然也會自己提出備選區塊。不過，驗證者不是僅僅只有“開”和“關”兩種狀態：從成為驗證者到退出驗證者的整個生命周期中，其狀態會經過多次轉換。本文會深入研究驗證者的生命周期，展示各階段和轉換過程的實質、如何觸發轉換，以及每種轉換的歷時。先說明一下時間單位：以太坊2.0中的時間通常是用“epoch”這種單位來度量的，1個時段是384秒，也就是六分半鐘。為便于理解，基于這一度量的時間我都轉化成了以分鐘、小時、天為單位，并在附錄的腳注中提供詳細信息。驗證者生命周期概述

在深入細節以前，我們先來看看驗證者生命周期的概況、了解一下用于表述不同狀態的術語。

-圖1：驗證者生命周期一覽-各標簽所示的階段如下：已存入保證金：保證金要約已被以太坊1.0區塊鏈打包等待激活：保證金要約被以太坊2.0網絡接受活躍：驗證者要見證區塊及提議區塊即將退出：驗證者即將停止見證及提議區塊被罰沒：因為作弊被抓，驗證者停止見證和提議區塊完全退出：驗證者完全退出，不再參與任一流程也可由此定義出一種基本狀態：“正在見證”，激活、主動退出及完全退出都在該狀態中，處于該狀態的驗證者被指望去見證及提議區塊。這個狀態是最重要的，在此狀態下，驗證者需要連接以太坊2.0網絡、同步數據，以履行責任，避免被懲罰。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

-圖2：“正在見證”狀態-定義完了這些階段之后，我們就來詳細考察它們之間的轉換過程。保證金存入階段

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

保證金要約被接受是驗證者生涯的開始；這個接受過程是在以太坊1.0鏈上發生的，因為驗證者資金原本就放在以太坊1.0鏈上。但1.0鏈接受之時，2.0鏈還不能感知到這筆存款。驗證者的保證金存入階段大概要歷時7.5個小時2，以保證鏈重組影響到Eth1交易的順序乃至保證金要約無效化的概率足夠小。這個階段完成后，驗證者就進入等待激活階段3。

聲音 | 浪潮集團云南分公司總經理：云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化:據昆明日報消息，浪潮集團云南分公司總經理鄭昕表示，云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化。下一步，浪潮將繼續加大云南農業產業高質量發展體系建設力度，重點以普洱茶等云南優勢產業為切入點，打造云南“綠色、有機農產品高地”的品牌形象，并在此基礎上，開展基于區塊鏈的供應鏈金融服務，解決中小企業貸款難、貸款貴問題。[2019/11/11]

-圖3：從保證金存入階段轉到等待激活階段-等待激活階段

保證金在Eth1鏈上存入足夠久之后，它就會被Eth2鏈接受。這標志著驗證者正式開始接受Eth2的組織。假設一位驗證者存入了至少32ETH4，那么TA就可以開始作見證了。等待激活的驗證者會組成一個隊列：在一個時間點，Eth2鏈上能激活和能退出的驗證者數量都是一個比較小的數量5，以保證驗證者集合的穩定性。如果隊列是空的，那么等待激活的驗證者會在大約25分鐘以后激活6；如果隊列很長，那可能要幾天甚至幾周才能激活。不過，排完隊之后，驗證者就可以直接激活、參與見證。

動態 | 人民日報官方微博科普區塊鏈 強調區塊鏈不等于比特幣:人民日報官方微博今早發表9圖科普區塊鏈。其中涉及區塊鏈的特點有：1、安全；2、不可篡改；3、可訪問；4、無第三方。區塊鏈對未來的影響：1、不需繁瑣個人證明；2、看病避免反復檢查；3、旅行消費更加便捷；4、交易無需第三方。同時強調，區塊鏈不等于比特幣。比特幣只是區塊鏈技術的一種應用，區塊鏈還有醫療衛生、食品安全、版權保護等諸多應用領域。[2019/10/28]

-圖4：從等待激活到活躍階段-活躍階段

一般來說，一名驗證者的絕大部分時間都處于這個階段。活躍驗證者大約每6分鐘要發出一條見證消息，偶爾要自己提議區塊7。驗證者會一直保持在活躍狀態，除非出現下列三種情況：該驗證者因沒有及時發出見證消息而遭受懲罰，最終其余額低于16ETH該驗證者主動要求退出，方法是發送相應的一筆交易該驗證者被證明作惡在前面兩種情況中，驗證者都會被加入退出隊列。

財政部副部長朱光耀：數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展:今日，在中國發展高層論壇2018年會上，財政部副部長朱光耀表示：“數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展。也要關注數字經濟的其他影響，包括稅收征管、反洗錢監管措施等要跟上。”[2018/3/25]

-圖5：從激活狀態到即將離開-在第三種情況下，驗證會被加入作惡者隊列，接受懲罰。

-圖6：從激活狀態到被罰沒狀態-值得注意的是，如果有需要，驗證者總是能夠發送額外的保證金要約來“充值”余額。這樣就能避免驗證者余額低于16然后被放到退出隊列里去。即將退出階段

雖然主動退出的驗證者表達了停止驗證的意愿，但是，他們是不能立即退出的。相反，雖然處于即將退出狀態，他們還是要照常承擔職責，跟活躍狀態時候一樣要見證和提議區塊。這樣保證了網絡的穩定性，避免了驗證者立即退出會造成的沖擊。就像驗證者想激活的時候有個等待激活狀態和隊列，想要退出的驗證者也有一個隊列，一段時間里僅允許少量驗證者退出。同樣地，主動退出階段要花費的時間取決于排在前面的驗證者有多少。

-圖7：從正在退出到完全退出-被罰沒狀態

驗證者違反協議后被抓，就要立即被罰沒1ETH，然后進入被罰沒狀態，這跟即將退出狀態類似，但是還要遭受懲罰。這一點我們在下文的“完全退出”部分討論。

-圖8：從被罰沒到完全退出-處于即將離開狀態乃至已經完全退出的驗證者，都有可能被罰沒。這樣能防止作惡的驗證者利用正常的退出機制、在作惡被發現以前逃之夭夭。結果就是狀態模型變得更加復雜：

-圖9：補充罰沒條件之后-完全退出

轉到完全退出狀態之時，驗證者就正式結束了自己的工作，不再需要見證和提議區塊，也不再需要緊跟Eth2區塊鏈的實時動態了。轉成完成退出狀態之后，大概還有一天的延遲8，之后才能取出驗證者余額。不過，如果一個驗證者是從被罰沒狀態中完全退出的，那還要接受兩項額外的懲罰。第一項，從完全退出到能夠取款的間隔會長得多，要36天9。第二項，在這36天期間，系統還會根據該驗證者作惡被抓的時間點前后18天內被罰沒的驗證者數量對該驗證者施加進一步的懲罰。那么該驗證者的有效余額損失比例10將如下圖所示：

-圖10：被罰沒的有效余額與同期被罰沒的驗證者比例的關系-36天的周期走完，被罰沒驗證者剩下的余額就能拿走了。從這個生命流程圖中可以看出，沒有額外的機制讓一個完全退出的驗證者重新激活。因此，一旦某個驗證者退出，其資金就會一直休眠，等待驗證者前來取走。不過，Eth2Phase0時候，資金是不能轉賬的——因此所有完全退出的驗證者的資金都仍保存在質押系統中，直至開啟轉賬功能。沒有轉賬功能，是因為用戶帳戶模式還未引入。補充后的驗證者生命流程

把上面所有詳細信息補充到流程圖中，可以得到一個完整的圖：

-圖11：補充后的驗證者生命流程圖-請細看其中補充的條件、各階段的歷時、轉換過程，這些細節對成功運行Eth2驗證設施非常關鍵。從初始化保證金到取出保證金，這個生命流程圖點出了各階段可能發生的情況，也為驗證者在全時段中的表現提供了清晰的解釋。注1：要注意的的是，以太坊2.0的規范沒有一個顯式的狀態機，因此，各階段的名稱都是作者為便于描述而給出的。注2：1024個以太坊1.0區塊的時間加上32個以太坊2.0的時段。注3：這里假設驗證者存夠了32ETH。如果沒有存夠，則該驗證者會一直停留在保證金存入階段，直到該驗證者另外發起保證金要約，使其余額超過32ETH。注4：如果不到32ETH，那還可以另外再存入，提高該驗證者的余額。注5：每個時段有/63356個名額，下限是4個。注6：即4個時段的長度。注7：每一個驗證者都需要在一個時段中的某個時隙發出見證消息，而每一個時隙都會有一名驗證者被隨機選中作為區塊提議者。注8：256個時段。注9：8192個時段。注10：注意，罰沒力度最高是100%的有效余額，但有效余額的上限是32ETH，無論該驗證者的實際余額是多少。

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