理解驗證者的生命周期_以太坊

來源：attestant.io

作者：JimMcDonald

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，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。

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:

FDIC主席：未能理解與加密相關風險加速了Signature Bank的倒閉:金色財經報道，美國聯邦存款保險公司（FDIC）主席 Martin J. Gruenberg 表示，管理不善是 Signature Bank 失敗的根本原因，未能理解與加密貨幣相關的風險加速了其倒閉的速度。此外，該銀行未能了解其與加密行業存款相關聯和依賴的風險，也未能了解其容易受到 2022 年末至 2023 年發生的加密行業動蕩蔓延的影響。

Gruenberg 稱，SVB 和 Signature Bank 的倒閉分別導致了 161 億美元和 24 億美元的損失。資產在 1000 億美元或以上的銀行值得特別關注，包括考慮長期債務要求以促進有序解決。[2023/5/16 15:06:17]

已存款-存款協議已被以太坊1.0網絡接受

待處理-存款協議已被以太坊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。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2.0網絡來與其職責保持同步以免被懲罰。

烏克蘭預防腐敗局：議員Anna Skorokhod未能合理解釋其加密貨幣來源:金色財經報道，烏克蘭國家預防腐敗局聲稱，發現Za Majbutne黨議員Anna Skorokhod持有的加密貨幣來源存在“不準確信息”。根據Slovoidilo的說法，其擁有44 BTC（289萬美元）、130 ETH（620,660美元）和135 ETC（7,758美元）。盡管監管機構表示擁有加密貨幣沒有利益沖突，但他們對Slovoidilo對如何獲得了這些數字資產的解釋完全不滿意。目前烏克蘭法律要求所有政客申報其加密資產。Slovoidilo辯稱，她沒有足夠的“技術知識”來購買這些加密貨幣。相反，是通過她現已離婚的丈夫獲得的。但國家預防腐敗局聲稱其發現的真正差異在于，存在9347美元的未申報資金。差異源自購買的時間和她據稱為這些加密貨幣支付的價格。[2021/11/13 6:49:45]

圖表2：見證的元狀態

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。

富達發布《理解比特幣》報告：比特幣仍處于早期增長階段，依舊看漲:富達投資發布了一份名為《理解比特幣》(Understanding bitcoin)的報告。在這份報告中，富達全球宏觀經濟主管Jurrien Timmer描述了比特幣的增長潛力，并將其與其他資產進行了比較，Timmer認為，比特幣的價格，應該比它的網絡參與者的增長速度快得多。他指出，比特幣的增長曲線似乎仍處于早期指數增長階段，而且可能會持續數年，這表明比特幣依舊看漲。他也承認：“比特幣是一種合法的價值儲存手段，比黃金更稀缺，而且需求可能呈指數級增長。”（Beincrypto）[2021/4/17 20:31:12]

驗證者會保持大概7個半小時在這個存款狀態里，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。

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，驗證者現在就會準備開始見證。

動態 | 美國國土安全部獎勵區塊鏈創業公司20萬美元，用于開發證書管理解決方案:據The Block消息，美國國土安全部(DHS)向區塊鏈創業公司Digital Bazaar獎勵近20萬美元，用于建立一個證書管理解決方案。DHS表示，目前頒發、驗證和驗證大量許可證和證書的流程通常是紙質的，不利于數據交換，而且容易丟失、偽造和偽造。它補充說，使用區塊鏈技術將這些過程數字化有助于增強安全性、確保互操作性和防止偽造和假冒。因此，Digital Bazaar將致力于一個名為“可互操作的企業身份和憑據生命周期管理”的項目，以幫助DHS改進其流程。[2019/11/15]

準備中的驗證者會被放在一個隊列里：以太坊，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：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。驗證者會保持活躍狀態直到以下其中一種事情發生：

金色財經現場報道 維優CEO初夏虎：交易所需增加對投資產品的理解程度:金色財經現場報道，在2018東京紛智峰會上，進行以《數字身份和數字資產網絡3.0時代》為主題的圓桌，初夏虎指出：交易所需要增加對于投資產品的理解程度，而我們的交易所恰巧缺乏這樣的功能。加密貨幣面臨很大的市場基于，但交易所的數量還是比較少的，且大多數還停留在現貨交易的層面。交易所聯盟是好方向，區塊鏈的關鍵是有關數字的身份認證。傳統金融都是以銀行為中心的，從一開始，我們就與銀行、鈔票等打交道。但現在的加密貨幣領域卻沒有銀行，只有交易所。在傳統金融世界中，所有的金融服務都是以銀行為中心，但在加密世界中，交易所是一切的中心。[2018/5/22]

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。

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

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。

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。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。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。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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