科普 | Eth2 驗證者的生命流程_區塊鏈

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?1。

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

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]

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。

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

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 | ETC Labs主管：科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為，科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰，人們必須要對區塊鏈有基本的認識，分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

-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32ETH?4，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。

-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：

動態 | 美國演說家Anthony Robbins開始科普什么是比特幣:美國演說家安東尼·羅賓（Anthony Robbins）在自己的網站上發布了一篇比特幣的科普文章，并在推特上向自己的粉絲介紹什么是比特幣，目前他的推特賬戶共有粉絲304萬人。[2019/1/1]

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。

-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（但是

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

有效余額的上限是32）。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。

原文鏈接:?https://www.attestant.io/posts/understanding-the-validator-lifecycle/

作者:?JimMcDonald

翻譯:?阿劍

本文由作者授權EthFans翻譯及再出版。

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