以太坊2.0主網客戶端性能比較：Lighthouse、Lodestar等_以太坊

基于最新的性能指標比較以太坊 2.0 主網上所有可用的客戶端。

2020年12月以太坊 2.0 信標鏈發布之后，現在是時候介紹以及比較現有的協議實現了。本文作為該系列文章的第一部分，將按照字母排序比較 5 個主要客戶端的信標鏈節點性能和資源利用率。

Lighthouse (Rust, Sigma Prime)

Lodestar (TypeScript, ChainSafe Systems)

Nimbus (Nim, Status)

Prysm (Go, Prysmatic Labs)

Teku (Java, ConsenSys Quorum)

以太坊 2.0 主網基礎設施由三個主要組件組成：

信標鏈是 PoS (權益證明) 鏈。當前的以太坊 1.x 鏈 (共識為PoW) 與以太坊 2.0 合并之后，信標鏈將成為保障以太坊安全的主干網。

驗證就好比 PoS 共識中的礦工。所有人都可以質押 32 ETH 成為驗證者，有權提議新區塊、對區塊敲定進行投票，然后獲得獎勵。

罰沒者正監視驗證者是否作惡，以防攻擊事件發生。任何一名驗證者違反規則，都會受到懲罰并被移出網絡。

以太坊zkWASM執行層Fluent將推出測試網，已開放建設者計劃申請:8月10日消息，以太坊zkWASM執行層Fluent測試網即將推出，目前已接受早期建設者計劃的申請。Fluent利用ZK Rollup技術來解決性能和成本限制，同時使用Web Assembly（Wasm）虛擬機降低開發人員的學習曲線，并與EVM兼容，支持開發人員使用Rust、TypeScript、Solidity等構建DApp。[2023/8/10 16:17:11]

需要注意的是，本文主要關注第一點，信標鏈是以太坊2.0網絡的基礎。研究人員可以在 Github 上找到所有相關的腳本、數據和繪圖，以便進一步分析：

>byz-f / eth2-bench-mainnet

本文將重點列出這些發現

同步指標

第一個也是最令人興奮的問題：同步以太坊 2.0 信標鏈節點信息需要多長時間，結果見下圖。

在上表中，通過比較客戶端同步相同的 slot 需要花多少時間來比較其同步進程。在評選結果之前 (雖然這不是本文的討論范圍)，關于該圖表我們需要知道三件事。

以太坊L2網絡Optimism鎖倉量為5.41億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至6月1日，以太坊Layer2上總鎖倉量為46.5億美元。其中鎖倉量最高的為擴容方案Arbitrum，約24.9億美元，占比53.52%。其次是dYdX，鎖倉量9.62億美元，占比20.67%。Optimism占據第三，鎖倉量5.41億美元，占比11.62%，7天增長8.08%。[2022/6/1 3:54:22]

1. ?Prysm (紫色線) 有個特殊的地方是，它會連接以太坊 1.x 節點，從驗證者信息登記處獲取所有 ETH 存款，然后從 Eth1 狀態下構建 Eth2 創世。雖然從安全的角度來看，這一特性蠻有用的，因為用戶不必信任 Prysm 的開發者以獲得正確的創世狀態，但是這一過程需要些時間。因此，客戶端啟動與同步啟動的時間有明顯的偏移。(#8209)。

2. ?由于出現 JavaScript 堆內存不足的問題，在基準測試時 Lodestar (灰色線)出現了崩潰 (#2005)。但是，它在10秒后由腳本自動重啟。

3. 不可見：在初始同步時，Loderstar 還沒有完全驗證所有簽名 (#1217)。因此，目前尚不清楚 Loderstar 與其他客戶端的比較情況。

上面的圖表中，我們可以看到 Lighthouse (橙色線) 整體表現出色，Prysm、Teku (綠色線) 和Nimbus (藍色線) 在保持速度方面表現出色。但是，讓我們再來看看下面的圖表：

以太坊發布ETH2技術規范1.1.0版，增加主網Altair硬分叉時間:9月28日消息，以太坊發布ETH2技術規范1.1.0版（代號TheGreatMachine），增加主網Altair硬分叉時間。

此前報道，以太坊信標鏈將于Epoch74240進行首個硬分叉升級Altair，時間為10月27日，而以太坊2.0測試網Pyrmont已于8月19日進行了Altair硬分叉。[2021/9/28 17:12:53]

在這個圖表中，我們把 Prysm 客戶端啟動和同步啟動 (即第一個信標鏈區塊產生) 之間的時間偏移刪去。那么可以看出，單純比較同步速度的話，Prysm 的表現略優于 Lighthouse，不到兩個小時就能同步完成，而 Lighthouse 需要兩個半小時。Teku 和 Nimbus 大概需要五個小時。

值得注意的是，Eth2 TypeScript 實現 (Lodestar使用的語言) 并不是僅為了成為運行一個全信標鏈或者驗證者節點的首選客戶端。相反，Lodestar將為以太坊2.0去中心化應用的所有web、瀏覽器和基于插件的組件提供基礎設施。

以太坊網絡當前已銷毀46816.38枚ETH:金色財經報道，據Ultrasound數據顯示，截止目前，以太坊網絡總共銷毀46816.38枚ETH。其中以OpenSea開頭地址銷毀629.39枚ETH，UniswapV2銷毀244.12枚，Axieinfinity銷毀217.09枚ETH，Tether銷毀156.26枚ETH。注：自以太坊倫敦升級引入EIP-1559后，以太坊網絡會根據交易需求和區塊大小動態調整每筆交易的BaseFee，而這部分的費用將直接燃燒銷毀。[2021/8/16 22:16:24]

假設我們知道了客戶端的信標頭區塊當前所在的 slot 高度，并且可以查看在這 60 秒之前區塊頭的高度的話，我們就可以通過展示各客戶端每秒同步的 slot 數 (用點表示)，來計算過去 60 秒的移動平均值以比較各客戶端的同步速度。移動平均值超過 10 分鐘的則用實線表示。

結果與前一個圖表一致。盡管 Prysm 因為要花時間獲取 Eth1-狀態，它仍是同步速度最快的客戶端，每秒同步 60 slots。Lighthouse 緊跟其后，每秒同步 46 slots。稍顯落后的是 Teku (23/秒) 和 Nimbus (22/秒)。

然而什么是 slot 呢？在傳統的區塊鏈如比特幣和 Eth1 鏈中，要么有區塊要么沒有。那么當比較這些鏈上的客戶端性能時，我們會以塊數/秒為單位來比較其同步速度。這跟以 slot數/秒 為單位有何不同呢？

Tether在以太坊鏈上增發5億USDT:據Whale Alert數據顯示，北京時間08月10日20:26，Tether公司新增發5億USDT，交易哈希為：0x00d57ebcc7a32835411fc8f009e9f3010b5dee230a725870d51750a4537af862。

此前報道，Tether將于幾小時內將5億枚USDT從TRON遷移至ERC20協議。在此過程中，USDT總供給量不會改變。[2020/8/10]

在以太坊 2.0 中，每 12 秒總有一個指定的 slot。如果驗證者被分配到一個 slot 中提議區塊，該 slot 便有一個區塊。然而，如果驗證者錯過該 slot，那么便是個空 slot (沒有區塊)，但盡管如此，slot 的計數將繼續進行。因此，在以太坊2.0中，我們以 slots/秒 為單位計算同步速度。

在這個圖表中，我們把 (時間) 這一變量刪去，橫坐標為已同步的 slot 數，并把上一個圖表中的同步速度映射到該圖表中。所有客戶端都顯示一個趨勢：隨著 slot 的增加同步速度下降。由于該數據是在以太坊 2.0 主網上搜集的，我們知道有一條驗證者隊列正排隊等候進入 2.0 網絡。在撰寫本文時，等候隊列上有 13_458 名驗證者，按照每天新增 900 名驗證者的速度來算，需要等待將近 15 天。

了解了以太坊 2.0 主網驗證者數量呈線性增長之后，我們可以假設活躍驗證者集的規模變大使得同步速度減緩。

計算資源指標

在上半部分中，我們僅分析了同步指標，選出同步最快的客戶端。但是哪個客戶端在資源利用方面快且高效呢？

上面的圖表中，隨著同步 slot 的數量增加，比較各客戶端的數據庫容量。值得注意的是，關于完全同步主網節點 (420_000 slots)，Lodestar 的占用空間最小，總共只有 1.49 GiB。Lighthouse (2.98 GiB) 和 Prysm (3.16 GiB) 的結果也不錯。

我們知道 Eth1 節點存儲完整的區塊歷史數據。盡管如此，Eth1 節點還是移除了歷史狀態以最小化數據庫所需的磁盤空間。Eth2 節點與這個概念相當。在磁盤上儲存所有塊的同時，他們會刪除最終狀態。兩者的主要區別為：為了方便起見，應將歷史狀態存儲于時段邊界中 (epoch boundaries)。目前，Nimbus 每 32 個 epoch 在時段邊界存儲狀態，然而 Lodestar 每 1024 個 epoch 將狀態記錄在磁盤中。在圖中可以清楚地看出差異。

該圖表相同，但是繪制了同步期間每個客戶端的常駐內存集的大小。從圖中得出，Nimbus 客戶端非常高效，在信標鏈主網的整個處理過程僅需要約 1 GiB RAM。緊接其后的是 Lighthouse 和 Lodestar，均略低于 3 GiB。

注意：Java 分配給 Teku 的堆外內存不在客戶端開發者的控制范圍之內。JVM 對可用內存的消耗量特別大。Teku 的指標結果在可用內存總量不同的情況下差異十分大。

最后但同樣重要的一點是，讓我們看一下 CPU 的利用率。在上面圖表中可以看到客戶端之間的一些有趣差異。

區塊鏈屬于一種高度分層的數據結構。同步區塊鏈數據、驗證區塊以及計算最新狀態，大部分工作都是按序列進行的。因此，客戶端面臨的挑戰便是盡可能地使該進程平行化。圖表顯示的結果與同步速度指標相當，Prysm 和 Lighthouse 領先 (數值更高意味著更加有效)，而 Teku 保持良好。

FAQ

Q: 文章不錯，但請問為什么你沒有比較流量指標呢？

A: 我有比較，只是沒有對所有指標比較都進行評論。你可以在 Github 上找到沒有進行注釋的點對點、流量指標，想要進一步研究的話訪問：eth2-bench-mainnet/doc/00-plots-uncommented.md

Q: 你個人來說推薦哪個客戶端？

A: 這個問題很難回答。靠感覺走的話，我選擇 Lighthouse，我覺得它的總體用戶體驗、性能、功能以及工具可用性都很好。然而，Prysm 仍是最成熟并且是目前最快的客戶端。Teku 的使用體驗也很好，我認為所有客戶端都是產品級別的。

Q: 信標鏈數據庫大小會超過 1 TiB 嗎？

不，首先，與 Eth1 相比，信標鏈本身相對較小。驅動數據庫大小的主要因素是信標狀態。然而，與 Eth1 相比，Eth2 并不需要將所有狀態存儲在磁盤中，因為用戶總是可以從本地運行的區塊中重建任何狀態。

除此之外，PoS 有敲定這一工序，而 PoW沒有 (reorgs, 51% 攻擊)。一旦區塊被敲定，該區塊永遠不會被篡改。敲定的意思是，將來客戶端不用再從創世開始同步鏈的數據，而是獲取最后敲定的 epoch 的最新鏈頭的數據。

原文鏈接：

https://dev.to/q9/ethereum-2-0-mainnet-clients-3and

來源 | dev.to/q9

作者 |?Afri Schoedon

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