理解驗證者的生命周期_ETH:The Whale of Blockchain

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

Tether CTO：USDT競爭者太差，他們不理解這個市場未來的潛力:近日，在某線下活動中，針對主持人提出的“在2019年的紐約檢察長辦公室事件之后，Tether為什么依舊茁壯成長，依舊這么熱門？”這一問題，Tether CTO Paolo Ardoino回應稱：Tether被社區信任，每天有很多公司找我們，將大量的美金換成USDT。我們知道怎么服務好客戶，我們知道怎么運作這個產業，是我們發明了這個概念，我們發明了它并且還在一直保持創新。我們也保持在其他區塊鏈上發展，我們一直理解，區塊鏈不能只取其一，而要共生共存。你只需要提供工具，如果你足夠好的話。我們曾就Tether話題打過趣，不是因為USDT是一個完美的穩定幣，而是競爭者太差了，他們不理解這個市場未來的潛力。（深鏈財經）[2020/4/30]

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。

聲音 | 比特幣礦業巨頭Bitfury副董事長：理解黃金是通往比特幣的橋梁 并對比特幣充滿信心:2月13日，比特幣礦業巨頭Bitfury副董事長George Kikvadze發推稱，最好不要把比特幣和其他加密貨幣混合在一起與黃金進行比較，這就像把黃金和其他金屬混合在一起。在耐用性、可移動性和內在價值上，比特幣均勝過黃金。在記賬單位方面，現在黃金是占優勢，但當比特幣市值達到8萬億美元水平，其波動性肯定會降低，那么在這一方面比特幣也能和黃金媲美。George Kikvadze稱，他是黃金的粉絲，理解黃金是他通往比特幣的橋梁。他對新的數字價值存儲（比特幣）充滿信心，比特幣有巨大潛力來幫助個人創造財富。[2020/2/13]

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。

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 ）。

聲音 | 信通院金鍵：用連接范式3問理解區塊鏈:12月19日，由中國信息通信研究院、中國互聯網協會、北京航空航天大學聯合主辦的“智能+學院”區塊鏈系列中國互聯網協會專場培訓在北京召開。信通院工業互聯網與物聯網研究所所金鍵提出“連接范式3問”：1.智能連接：都說萬物互聯，為什么很多設備都連不起來？2.價值交換：為什么不能向發送短信一樣點對點的進行支付？3.數據保護：為什么信息不讓所有者做主？為什么我的數據不能隨身攜帶？不能發揮更大的價值？金鍵表示：“區塊鏈技術很復雜，但這3個問題給了我們啟發，讓我們知道來到了一個需要什么技術的時代，去理解區塊鏈技術到底能夠用來做什么。”（巴比特）[2019/12/19]

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。

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。

聲音 | 朱嘉明：必須重新理解貨幣體系、金融秩序、資本規則和商業模式的關系:在數字資產研究院與OK聯合主辦的《Libra:一場牽動全球的智慧、技術、經濟、、權力的全方位博弈》線下研討會上，朱嘉明教授發表《Facebook數字貨幣在全息貨幣經濟體系中的位置》的主題演講。

朱嘉明認為，Facebook數字貨幣迫使我們必須重新思考和理解貨幣體系、金融秩序、資本規則和商業模式的關系。[2019/6/20]

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：

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）

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]

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（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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