ETH:一文詳解以太坊驗證者的生命周期

原文標題：《UnderstandingTheValidatorLifecycle》

原文作者：JimMcDonald

原文編譯：John

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。

以太坊網絡當前已銷毀348.21萬枚ETH:金色財經報道，據Ultrasound數據顯示，截止目前，以太坊網絡總共銷毀3842109.18枚ETH。其中，OpenSea銷毀230050.66枚ETH，ETHtransfers銷毀294582.85枚ETH，UniswapV2銷毀192855.49枚。注：自以太坊倫敦升級引入EIP-1559后，以太坊網絡會根據交易需求和區塊大小動態調整每筆交易的BaseFee，而這部分的費用將直接燃燒銷毀。[2023/7/23 15:53:25]

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

法國、瑞士、新加坡將在外匯市場測試DeFi:金色財經報道，法國、瑞士和新加坡的中央銀行正試圖使用??去中心化協議使外匯市場自動化，以降低跨境支付的成本。由國際清算銀行創新中心協調的Mariana項目正在研究無中介去中心化金融中使用的協議是否可以取代傳統的、更費力的流程來匹配不同法定貨幣的買賣雙方。

國際清算銀行在其網站上的一份聲明中表示，DeFi及其應用程序有可能成為金融生態系統的系統重要組成部分，自動化做市商可以成為“新一代金融基礎設施的基礎”。（coindesk）[2022/11/2 12:09:22]

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。

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。

數據：比特幣已較5年前上漲超350%:金色財經報道，據CMC歷史數據顯示，2017年9月4日比特幣價格為4317.19美元，5年后的2022年9月4日比特幣價格約為19,795.05美元，市值達到378,891,669,759美元，相較于5年前的上漲幅度超過350%。[2022/9/4 13:07:55]

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。

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。

加密交易所Zipmex在新加坡申請延期以保護新加坡的債權人:7月28日消息，加密交易所 Zipmex 發布暫停公告，7 月 22 日 Zipmex 在新加坡的律師 Morgan Lewis Stamford LLC 已根據 2018 年新加坡破產、重組和解散法第 64 條代表 Zipmex 集團的幾個實體提交五份申請，尋求全球暫停，以禁止和限制針對這些公司的程序的開始或繼續，期限最長為六個月。在申請中尋求暫停救濟的實體是：Zipmex Asia Pte Ltd、Zipmex Pte Ltd、Zipmex Company Limited (incorporated in Thailand)、PT Zipmex Exchange Indonesia (incorporated in Indonesia) 和 Zipmex Australia Pty Ltd (incorporated in Australia)。根據新加坡法律，提交申請后會自動暫停 30 天。

此前，Zipmex曾確認其向Babel和Celsius提供的貸款價值共計5300萬美元。這兩家加密貨幣公司在加密貨幣市場遭受嚴重損失后拖欠貸款。[2022/7/28 2:43:44]

圖表4：從準備狀態到活躍狀態的過渡

開源跨鏈NFT協議Rarible與rektguy系列NFT合作:7月8日消息，開源跨鏈NFT協議Rarible宣布，與rektguy系列NFT達成合作，已推出rektguy在Rarible平臺的專屬0交易費用市場。開源跨鏈NFT協議Rarible已將其推特頭像設為rektguy NFT。[2022/7/8 1:59:36]

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：

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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