理解驗證者的生命周期_以太坊

來源：attestant.io

作者：Jim McDonald

理解驗證者 (Validator) 的生命周期

以太坊 2.0 使用權益證明來確保其網絡安全性， 被稱為“驗證者”的計算機進程將對即將被打包的下一個區塊進行投票（下文稱“見證”），同時他們也會提議讓自己的區塊被打包進去。但是，驗證者不是僅處于“開”與“關”的狀態：他們會在他們的生命周期里歷遍一系列的交易。這篇文章將深度剖析驗證者的生命周期，展示每個狀態和狀態轉換之際發生的事情，什么觸發了狀態轉換，以及每次狀態轉換所需要的時間（注解 1）。

時間上的一個符號

在以太坊 2.0 里，時間通常是以 epoch 為單位，一個 epoch 包括了 384 秒即大概是 6 分半。為了方便理解，以這種方式計量的時間被粗略地翻譯成分鐘，小時和天，并伴有可用的準確信息在相對應的腳注里。

生命周期概覽

在深入分析細節之前，先來看看驗證者的生命周期概覽，以及用來描述其不同狀態的術語。

圖表 1：驗證者生命周期概覽

以下是狀態標簽:

已存款 - 存款協議已被以太坊（Ethereum）1.0 網絡接受

GateChain主網v1.0.4新升級，新增代理解除委托交易類型:GateChain主網已進行v1.0.4最新升級，新版修改區塊獎勵分配機制為動態比例，并新增代理解除委托交易類型。本次主要升級內容為：1.共識協議版本升級到v4，升級高度為110655；2. 區塊獎勵分配比例修改為動態比例；3.保險賬戶增加新的交易類型：代理解除委托；4.修正了/v1/tx/gentxid與實際Tx Hash不一致的Bug。據悉，本次升級后，GateChain將把工作重點放在資產跨鏈、智能合約、穩定幣和DEFI支持上。[2020/8/8]

待處理 - 存款協議已被以太坊（Ethereum）2.0 網絡接受

活躍中 - 驗證者正在見證和提議區塊

退出中 - 驗證者正處在中止見證和提議區塊的進程

罰沒中 - 驗證者被發現作弊，正處在中止見證和提議區塊的進程中

已退出 - 驗證者不再參與見證

一個元狀態同樣被定義了: 見證, 即所有驗證者要參與進來見證和提議區塊的狀態（活躍中，退出中的，罰沒中）。這個狀態是重要的，因為當驗證者處于這些狀態時需要去訪問以太坊（Ethereum）2.0 網絡來與其職責保持同步以免被懲罰。

圖表 2：見證的元狀態

聲音 | 嘉楠耘智聯席董事長：研究區塊鏈需借助比特幣來加深理解:嘉楠耘智聯席董事長孔劍平在17日的行業會議上發表演講，表示目前區塊鏈處于探索階段。作為比特幣的底層技術，現階段研究區塊鏈，還需要借助比特幣來加深對其理解。孔劍平同時呼吁，未涉足區塊鏈領域或與之相關領域的投資者理性投資，避免淪為韭菜。[2018/10/17]

定義了這些狀態之后就是詳細分析每一個狀態以及它們之間的交易的時候了。

已存款的狀態

接受存款協議就是驗證者生命周期的開始。接受發生在以太坊 1.0 鏈上， 因為那就是驗證者資金的來源。在這時以太坊 2.0 的鏈還不知曉這筆存款。

驗證者會保持大概 7 個半小時在這個存款狀態里（注解 2 ），以確保不會有一個鏈的重組影響到以太坊 1.0 交易并有可能使存款協議無效。這之后驗證者就會去到待處理狀態（注解 3 ）。

圖表 3 ：從已存款狀態轉換到準備狀態

待處理狀態

一旦這筆存款在以太坊 1.0 的鏈上存在了足夠長的時間后，它就會被添加到以太坊 2.0 的鏈上去。這標志著這個驗證者已經正式被以太坊(Ethereum) 2.0 所認可。假如最少 32 個 ETH 已經被存進去的話（注解 4），驗證者現在就會準備開始見證。

工信部于佳寧：深入理解區塊鏈，要從兩個層次來看:近日，工業和信息化部信息中心工業經濟研究所所長，中國計算機學會區塊鏈專委會委員于佳寧在接受《人民創投·區塊鏈》采訪時表示，區塊鏈有兩個層次的含義：第一個層次強調技術層面創新，是一種分布式、不可篡改的數據庫技術。這項新技術有力擴展了數據庫技術的使用場景和應用范圍，使得數據庫技術在“弱信任”的環境中也可以應用。第二個層次強調模式層面的創新，實際上是一種新型獨立數字資產載體，可以助力實現資產的數字化。[2018/5/23]

準備中的驗證者會被放在一個隊列里：以太坊（Ethereum) 2.0 一次只允許一小部分驗證者開始或停止驗證（注解 5），以保證驗證者的集穩定。如果隊列是空的則準備中的驗證者會在大約 25 分鐘后變成活躍狀態（注解 6）：如果這是一個非常繁忙的時段則有可能經過數天甚至數星期之后驗證者才會被激活。但是一旦驗證者從等候隊列中出來，它就會變成活躍狀態。

圖表 4 ：從準備狀態到活躍狀態的過渡

活躍中狀態

驗證者理應在活躍狀態下度過它們主要的生命周期。活躍的驗證者會以 6 分鐘一次的頻率參與當時的見證，偶爾還會有提議區塊鏈的工作（注解 7）。驗證者會保持活躍狀態直到以下其中一種事情發生：

CoinDesk調查報告：美國82%的受訪者表示不容易理解自己的納稅義務:在2017年加密貨幣為全球稅收帶來了大約700億美元的收入。目前，圍繞加密貨幣的稅收參數仍在不斷變化。31%的受訪者表示，他們會繳納投資收益相關稅費。然而有繳稅義務的人數可能高于報告應稅收益的人數。美國82%的受訪者表示，他們不容易理解自己的納稅義務，62％的非美國受訪者表示了相同的觀點。這些觀察支持了一個理論，即人們（包括監管機構）對整個資產類別的法律和稅收狀況感到困惑。美國與非美國受訪者之間20％的稅收差異可能表明美國無法接受下一代金融技術，而同時競爭國家正在考慮采取更友好的策略。[2018/5/15]

驗證者由于在需要其參與見證時沒有履行職責被懲罰，導致資金下降到 16 個 ETH 以下。

用戶通過發送一筆合適的交易來要求停止驗證（在這個驗證者變成活躍狀態的頭 9 天里無法發起這種交易）。

驗證者被證明作弊。

在前兩種情況里，驗證者被添加到希望停止驗證的驗證者隊列里（將要離開活躍狀態的驗證者和將要進入活躍狀態的驗證者一樣，數量是被限制的，大概幾分鐘才有 1 個）

圖表 5：從活躍狀態到正在退出狀態的過渡

在第三種情況里，驗證者被加入到一個被發現在作弊的驗證者的隊列里以接受懲罰。

Qtum量子鏈帥初：區塊鏈作為技術變革和組織理念變革的結合體 很難被大眾理解:Qtum量子鏈創始人帥初今日在全球第一區塊鏈社群 “三點鐘區塊鏈”中說，2014年之前，在這個行業里面基本上沒有區塊鏈的說法，從2009年至2014年，行業從業者使用的都是比特幣或者加密貨幣的名詞，2014年以后，由于“幣” 具備很強的金融屬性，很難與主流社會融合，因此行業慢慢使用區塊鏈技術（Blockchain Technology）來抽象出加密貨幣背后所使用的技術集合，作為一個中性詞匯，開始慢慢走入主流視野。

區塊鏈網絡本身是一套復雜的軟件系統和軟件工程，所采用的數學原理，密碼學原理，網絡架構，共識機制，經濟學模型，如果沒有經過高等教育理工科背景的培養，是難以理解的。[2018/2/19]

圖表 6：從活躍狀態到罰沒中狀態的過渡

請注意，通過發送包括了相同驗證者信息的額外存款協定來向一個活躍驗證者充值額外的 ETH 是有可能會發生的情況（永遠要記住有效的余額不能超過 32 個 ETH）。這有助于避免驗證者的資金降到 16 個 ETH 以下并且被添加到退出隊列的情況。

退出中的狀態

當網絡現有的驗證者表明了自己想要停止驗證的意圖之后，無論他是自愿的還是非自愿的，他都不會馬上這樣做而是會進入退出中的狀態，和以往的活躍狀態一樣繼續同樣多地參與見證和提議。這保證了網絡的穩定性，避免了一個驗證者決定離開時就馬上停止履行職責的情況。

與一個驗證者想要從準備狀態變成活躍狀態時類似，要離開的驗證者要進入一個一次只能允許少數通過的一個隊列。又和加入時類似，在退出中狀態里花費的時間取決于驗證者在隊列里的排隊數量。

圖表 7：從退出中到已退出狀態的過渡

罰沒中（Slashing）狀態

一個被發現作弊的驗證者會馬上受到 1 個 ETH 的懲罰，從余額里扣除。然后他會進入到一個罰沒中的隊列里去，這個罰沒中隊列類似于一個退出中隊列，但是它會被標記為需要額外的懲罰，我們會在接下來的“已退出”狀態里討論這個問題。

圖表 8：從罰沒中狀態過渡到已退出狀態

一個驗證者在退出中的時候以及甚至在退出之后都有可能被罰沒（但在他能取回自己的資金之前）。這避免了這種情況的發生：驗證者作弊之后，通過常規的退出機制，在自己的作弊行為被發現之前就退出，從而逃脫了懲罰。這帶來了一個略微復雜的狀態模型。

圖表 9：擴展罰沒條件

已退出狀態

當一個驗證者去到已退出狀態，他就已經正式完成了自己的使命。他不用再參與見證或提議區塊，并且不再需要擁有關于以太坊 2.0 鏈的狀態信息。

在退出之后，在資金能被轉離驗證者之前有一個大約 1 天（注解 8）的最后延遲。但是，如果這個驗證者被標記為經過了罰沒中狀態，那么他會承受兩個額外的懲罰。

第一，在已退出狀態里能轉移資金之前花費的時間會更長，是 36 天（注解 9）。第二，在這個 36 天周期的中途，他會承受進一步的扣款，扣款金額取決于這個驗證者被發現作弊之前 18 天被罰沒的驗證者數量以及這個驗證者被發現作弊之后的 18 天被罰沒的驗證者數量。下圖展示了一個驗證者的有效余額損失（注解 10）的總百分比

圖表 10：在大致相同的時間里，被罰沒的有效余額與網絡被罰沒驗證者數量的百分比對比

一旦 36 天到期，被罰沒的驗證者們的剩余資金就可以被轉移了。

正如生命周期圖表里所能看到的一樣，一個已退出的驗證者無法再通過任何機制重新進入活躍狀態。就是說，一旦一個驗證者退出了，他的資金會在被轉移之前保持休眠狀態。注意，你無法在以太坊 2.0 的 0 階段轉移資金 - 所有已退出的驗證者的資金會一直保留在驗證者中，直至資金轉移操作被引入。缺少轉移操作的原因是缺乏可以轉移 ETH 的用戶賬戶。

擴展的驗證者生命周期

結合以上所有信息考慮將帶來一副更加全面的驗證者生命周期圖景

圖表 11：擴展的驗證者生命周期

了解不同狀態之間的轉換所要求的條件以及消耗的時間，對于確保以太坊 2.0 質押基礎設施的成功運行至關重要。從一開始的存款到資金的提出，生命周期展現了每個狀態里可能發生的事情并對驗證者在任何時候的行為進行了明確的解釋。

腳注

腳注 1：值得注意的是，以太坊 2.0 并沒有設置一個明確的狀態機制；也就是說，狀態的名字是筆者提出來方便理解的。

腳注 2：1,024 個以太坊 1.0 的區塊加 32 個以太坊 2.0 的 epoch。

腳注 3：這假設了存款協議需要完整的 32 個 ETH。要是存款協議少于這個閾值，驗證者將停留在已存款狀態中，直到有更多的存款協議把驗證者的余額提高到至少 32 個 ETH。

腳注 4：若不，則另一筆存款可以被添加以增加這個驗證者的余額到這個數量。

腳注 5：每 epoch 為 (活躍中+退出中+罰沒中的驗證者)/65536，最小值為 4。

腳注6：4 個epoch。

腳注7：每一個epoch內一個驗證者只能見證一次，每一個slot內只有一個指定的驗證者履行提議者的職責。

腳注8：256 個epoch

腳注9：8192 個epoch

腳注10：注意因為懲罰最高可達到有效余額的百分之百，一個驗證者的最大懲罰永遠不會超過 32 個 ETH，無論該名驗證者的真實余額如何。

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