技術指南 | 以太坊 2.0 Phase 0 V0.8.0 技術規范詳解（1）_STA:TAT

目錄

資源

概覽

分叉選擇規則

Finality

Crosslink

驗證者職責

數據結構

注意

信標鏈操作

資源

Phase0技術規范

信標鏈狀態轉換

分叉選擇

驗證者指南

設計哲學

學術論文

CasperFFG

在PoS鏈上使用LMDGHOST來形式化FFG的相關論文正在協作中，即將發布

概覽

信標鏈是居于以太坊2.0系統核心的一條鏈。叫這個名字是因為這條鏈會充當隨機性的信標，但也可以就叫做“系統鏈”或者“脊柱鏈”，等等。這條鏈也是驗證者“所在”的鏈，也就是說，驗證者的?

責任?會在這條鏈上得到分配、驗證者會在這個共識環境中運行協議層的隨機數生成器、驗證者也在這條鏈上為鏈頂端的區塊投票并?

形成確定性檢查點；這里也是驗證者引用分片鏈狀態、用作諸分片鏈的根并協助跨分片通信的地方。信標鏈既是系統運作背后的大腦，也是后續分片系統據以搭建的框架。

信標鏈的狀態乃是技術規范所圍繞的核心對象。?BeaconState?涵蓋了所有有關的信息：驗證者有那些人、他們分別處在什么狀態中、這個狀態屬于區塊樹上的哪條鏈，以及對Eth1鏈的哈希值引用。

分析師：技術指標顯示，以太坊或將回調:加密貨幣分析師Cold Blooded Shiller分享關于以太坊行情走勢的圖表，并表示打算在未來幾天做空ETH。圖表顯示，12小時圖上的ETH價格走勢和動量指標之間形成了一個熊市背離，表明多頭正在失去力量。歷史表明，ETH正處于為期6個月的回調邊緣，這進一步加劇了看跌情緒。（Bitcoinist）[2020/6/20]

從創世狀態開始，每當有一個區塊能夠滿足狀態轉換函數所設的所有條件，該塊處理完成后的狀態就被認為是有效狀態。這樣依賴，一個區塊的前提條件就可以被遞歸地定義為在前一個區塊上運行狀態轉換函數所得的有效后置條件，這樣一路回溯到創世狀態。

分叉選擇規則

分叉選擇規則的含義是：給定一棵區塊樹，總是能夠根據這樣的規則以及近期來自驗證者形而消息，選出單一一條鏈以及終局狀態。分叉選擇規則接受該區塊樹以及相應的來自驗證者集合的最新attestation，然后返回一個區塊作為當前的鏈頂端區塊。LMDGHOST，Eth2.0所用的分叉選擇規則，僅考慮每一個驗證者最新的attestation所指向的區塊，并以此來計算遞歸地附加在樹上每一區塊的總見證數量。也就是說，區塊樹上的一個節點的“重量”，乃是將最新見證指向該區塊或該區塊的子孫區塊的所有驗證者的數量總和。GHOST算法會從區塊樹的底部開始，每到一個節點便選擇子鏈中最重的，直至到達葉子節點。該葉子便是鏈的頂端，并遞歸地定義出了整條主鏈。

具體而言，在一個時段中的每一個被指定的時隙中，驗證者都有機會產生一個?attestation。提交?attestation.data.beacon_block_root?就是一次分叉選擇意義上的投票了。在計算分叉選擇結果時，算法會將來自近期活躍驗證者所有投票都考慮在內

分析師：技術指標顯示，比特幣即將出現回落:加密貨幣分析師Light早些時候曾預測比特幣價格將達到8000美元，然而他現在警告稱，比特幣將出現熊市逆轉：“我現在是賣家了。”此時比特幣自3月12日以來首次收于7800美元上方。Light指出，比特幣將在4天內連續從7700美元至7800美元的區域回落。

據悉，Light的預測是基于一個名為“成交量概況（Volume Profile）”的流行技術指標。該指標衡量的是在特定時間段內以特定價格水平交易的總成交量。（Bitcoinist）[2020/4/27]

Finality

分叉選擇規則讓我們可以在一棵區塊樹中選出一條主梁，而“Finality”則給了我們一種保證：特定的一些區塊會一直保持在主鏈上。信標鏈使用改進版的CasperFFG來實現確定性。Casper提供了“可審計的安全性”，特定的一些區塊會一直保持在主鏈上，除非一定比例的驗證者燒掉他們鎖定的資本。這就是我們認為有別于傳統共識算法中的傳統“安全性”定義的、“密碼經濟學”意義上的“安全性”。

具體而言，在一個時段中的每一個被指定的時隙中，驗證者都有機會產生一個?attestation。提交?attestation.data.source?會作為FFG的sourcepair，而提交?attestation.data.target?則會作為FFG的targetpair，前者在“CombiningGHOSTandCasper”處有更深入的討論。

Crosslink

Crosslink即是在信標鏈上保存的、對分片鏈近期狀態/區塊的引用。這些引用既是分片鏈在做分叉選擇時候的樹根，也是分片鏈之間異步通信的工具。在正常情況下，每一個分片每一個時段都可以交聯到信標鏈一次。

聲音 | 彭博社：技術指標顯示以太坊處于2019年5月以來最超買水平:彭博社發文稱，根據衡量連續收盤價漲跌的GTI全球實力指標，以太坊處于自2019年5月以來的最超買水平。此外，以太坊今年以來的漲幅，也推動彭博銀河加密指數進入超買區間。該指數追蹤一些規模較大的數字資產，以太坊占指數的近30%。[2020/2/14]

雖然在Phase1之前我們不會加入分片鏈，但Phase0中系統還是會給交聯委員會分配一個分片并嘗試每個時段生成一個交聯。在Pahse0中，交聯中的數據根會簡單地存根為?0x00。

驗證者職責

關于Phase0中的驗證者職責，更詳細的討論可以看

此處。

驗證者的兩種主要職責是：每個時段給信標鏈做見證；偶爾在被選中時產生信標鏈區塊。每一個時段，驗證者都會被分成不同的“交聯委員會”。每一個委員會都會被分配到一個時隙和一個分片。在給定時隙中，驗證者為信標鏈頂端區塊做attestation。每一個時隙都會從被安排到該時隙的委員會中選出一個信標鏈區塊提議者。

只要定期給信標鏈主鏈和分片鏈做見證，驗證者就可以得到獎勵；反之，如果不能完成職責，他們也會被懲罰。如果一個驗證者違反了CasperFFG規則，或者他們在同一時段中創造了兩個信標鏈區塊，他們就會被?罰沒。更多關于罰沒條件的細節請看此處。

數據結構

注意

信標鏈內的數據街哦股以及數據結構的哈希值都被編碼為?

SimpleSerialiZe(SSZ)?對象。使用SSZ哈希方法的一個好處是：在給底層數據生成默克爾樹時，樹的深度可以是不均勻的。這一點以及SSZ其余聰明設計的結果就是：一個SSZ對象，無論該對象的子對象是完整表現的還是僅由部分默克爾根值來表現的，該SSZ對象的哈希樹根值都是一樣的。

聲音 | 分析師：技術指標表明比特幣目前超賣，價格可能接近長期底部:比特幣從上周創下的6400美元近期低點飆升后，又陷入一輪強勁的橫盤交易。一些分析師警告稱，不要過于樂觀。加密貨幣分析師Josh Rager解釋稱，盡管比特幣最近出現了反彈，但仍處于堅挺的下跌趨勢之中，這表明比特幣可能很快就會進一步下跌。但是，分析師Byzantine General指出，一項技術指標表明比特幣目前超賣，可能接近確認其近期低點為長期底部，這可能意味著比特幣將很快開始下一輪拋物線上升趨勢。（Ethereum World News）[2019/12/22]

信標鏈操作

信標鏈操作就是一個區塊提議者可以加入?BeaconBlock?的數據結構，也是與系統層驗證/構建相關的多種消息的合并方式。這些操作本質上都是驗證者層級的信標鏈狀態機事務。每一種操作在一個區塊中都有數量上限，由?

maxoperationsperblock?定義為常量。

ProposerSlashing

如果一個信標鏈區塊提議者在同一時段中提議了兩個不同的信標鏈區塊，TA可以被罰沒。

這一數據結構包含了對可罰沒事件已然發生的證明。

hash_tree_root(block)==hash_tree_root(block_header)?，因此，簽名對所有數據結構來說都是有效的。?BeaconBlockHeader?因此可以用作證明來降低消息的大小。

字段

proposer_index?——即提議要懲罰的驗證者的?ValidatorIndex

美國聯邦政府和民間部門聯合發布區塊鏈技術指引: 美國聯邦政府和民間部門的官員們聯合發布指引，以指導政府和承包商如何采用區塊鏈技術來改善運營。[2018/4/4]

header_1?——兩個需罰沒信標鏈區塊中第一個的區塊頭

header_2?——兩個可罰沒信標鏈區塊中第二個的區塊頭

AttesterSlashing

如果一個信標鏈見證者簽署了兩個相互沖突的見證

字段

attestation_1?——兩個需罰沒attestation中的第一個，注意這個字段的形式也是索引形式的

attestation_2?——兩個需罰沒attestation中的第二個，注意這個字段的形式也是索引形式的

Attestation

驗證者為共識過程創建的最基本的消息形式。雖然每個時隙只有一個驗證者可以創建信標鏈區塊，但每個時段中所有驗證者都有一次創建一個attestation的機會。正常情況下，所有在線的驗證者每逢一個時段都能創建一個attestation，并且都有一個attestation被納入區塊中。

AttestationData?就是驗證者簽署的主要部分。

外部的數據結構包含了聚合后的簽名以及為了驗證簽名所必須的參與者字段。

字段

aggregation_bits?為委員會的成員存儲一個bit，委員會會為每個參與該聚合簽名的驗證者賦值為?1。注意，這是按委員會的順序來排列的。

data?就是該驗證者或者驗證者委員會簽名的?AttestationData?。

beacon_block_root?——在被指定的時隙處，被視為鏈頂端的信標鏈區塊的區塊根

source?——在被指定的時隙處，最近在?BeaconState?中被確定的檢查點

target?——試圖敲定的檢查點

crosslink?——試圖為指定分片構建的交聯

custody_bitfield?表示每一個委員會成員的“保管證明”bit。在Phase0階段，該值必然為0。。

signature?就是相關數據的BLS聚合簽名。

AttestationDataAndCustodyBit?是驗證者簽署的實際消息。給定?Attestation?，驗證者可能簽署的消息有兩種——帶有0或1的custodybit的?AttestationDataAndCustodyBit?。根據?custody_bitfield，我們可以從每個參與的驗證者處，恢復出需要的被簽過名的消息。在Phase0中，所有的custodybit都是0。

Deposit

表示從Eth1鏈的保證金合約中即將到來的驗證者保證金。

字段

proof?——對?BeaconState?中的當前?eth1_data.root?的默克爾證據。注意向量長度的?+1?是因為SSZ長度混合到了根中。

data?——?DepositData?提交給保證金合約，以便被驗證，驗證時使用depositroot的證明。

pubkey?——驗證者用以對消息簽名的BLS12-381公鑰

withdrawal_credentials?——用于取出質押資金的離線公鑰的哈希值。該密鑰不會主動用于驗證，可以保存在冷錢包中。

amount?——存儲的Gwei數量

signature?——使用?pubkey?對應的?privkey?對?DepositData?的簽名數據。這一數據也被用作一次性的“proofofcustody”，以保證安全地使用BLS秘鑰。

VoluntaryExit

消息類型，驗證者可借發送此類消息而主動解除驗證者職責

字段

epoch?——本次退出行動上鏈處理所需的最小時段數。這一字段可以防止在鏈重組/分叉時對本功能

validator_index?——驗證者退出活動的索引

signature?——相關驗證者用公鑰對?VoluntaryExit?的簽名。

Transfer

讓驗證者可以轉移余額。

基本上就是為了讓Eth2在Phase0和Phase1階段也能具有貨幣流動性。

余額轉移必須包括在準確指定的?slot?中，以避免重放攻擊。

正在承擔職責的驗證者不能轉移余額，除非TA的余額高于?MAX_EFFECTIVE_BALANCE

MAX_TRANSFERS?在Phase0啟動階段預計會被設置為0，只有在Phase0看起來已經穩定可用之后才會提高

字段

sender?——發送資金的驗證者的索引

recipient?——接收資金的驗證者的索引

amount?——發送的Gwei數量

fee?——用Gwei為單位計算的、交給區塊提議者的手續費

slot?——這筆簽名的?Transfer?可以上鏈的特定時隙。防止重放攻擊

pubkey?——?sender?取出的?pubkey?。該公鑰的?hash?必須匹配?sender?的withdrawal_credentials。

signature?——對該?Transfer?的簽名，來自?transfer.pubkey

(未完)

原文鏈接:?https://notes.ethereum.org/jDcuUp3-T8CeFTv0YpAsHw?view#Beacon-state作者:?DannyRyan翻譯:?阿劍

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