THE:Eth2 Staking 指南：分片化的共識

Sharding（“分片”）是 Eth2 對比 Eth1 的許多升級之一。這個名詞來源于數據庫研究，就是將一個大的數據庫切分為許多部分，而一個分片就是一個部分。那么放到 Eth2 和數據庫的語境下，分片就意味著要把整個系統的存儲和計算切分開來、相互獨立地處理各分片，然后隨實際需要組成最終結果。具體來說，Eth2 系統中包含了許多分片鏈，而每一個條分片鏈的功能（capability）都與 Eth1 區塊鏈相似，這就能帶來大幅度的可擴展性提升。

不過，在 Eth2 中還有一種不那么為人所知的分片類型，而且從協議設計的角度來看，這個類型可能更為激動人心：分片化的共識（sharded consensus）。

就像網絡中最慢節點的處理能力限制了網絡的吞吐量，單個驗證者的計算資源也決定了能夠參與共識的驗證者總數量。因為每新增一個驗證者，都會給系統中的所有其他驗證者帶來額外的工作量，那么隨著驗證者數量的增加，最終會達到一個狀態：資源最少的那個驗證者將不再能夠參與共識（因為它不再能夠全程追蹤所有其他驗證者的投票）。那么 Eth2 處理這個問題的方案就是 分片化的共識。

Opensea在11月以ETH計算的交易額不到市場的50%，但支付了91%的版稅:11月11日消息，NFTstatistics.eth發推表示，Opensea在11月以ETH計算的交易額不到市場的50%，但支付了91%的版稅。目前，BAYC、RENGA、CloneX、Otherside、Azuki、DigiDaigaku、Potatoz和許多其他NFT超過50%的交易量由沒有版稅的平臺完成。[2022/11/11 12:51:11]

Eth2 的系統中有兩種基本的時間單位，時隙（slot）和時段（epoch）。

一個時隙是 12 秒，這是我們預期可出一個區塊的時間；區塊其實是一種讓驗證者的投票能集合發布到鏈上的機制，不止于包含交易讓鏈變得有用。

一個時段由 32 個時隙組成（因此是 6.4 分鐘），在一個時段中，信標鏈要執行所有跟鏈的維護相關的計算，包括：合理化及敲定新區塊、給驗證者發放獎勵和懲罰。

Prometheus International 推出首個NFT相關的地產項目:金色財經報道，首家接受加密貨幣付款的房地產企業Prometheus International剛剛宣布了一個新項目。Prometheus正在開發一項新計劃，即皇家街區別墅。該項目與歐洲一些最杰出的數字影響者、加密資產機構和加密貨幣領域的專家合作創建的，其中包括Myoo #810，Cyber kongz的創建者，這是一個NFT項目，已產生超過2億美元的交易。

Prometheus International 創始人兼首席執行官 Priyesh Patel表示，皇家街區住宅結合了區塊鏈革命的兩個方面：這些別墅將在區塊鏈上全面運作，從智能家居功能到與許可、權益、租金、費用、訪問、支付記錄等有關的方面。

此外，NFT房產對應的是The Royal Blockhouse房產，建筑地點將由第一位NFT業主選擇。Prometheus將與客戶一起訪問所選地點，豪宅將在商定的地點建造。皇家街區住宅還將與Cyberkongz合作，在未來的元宇宙 KONG CITY中作為活動空間和住房。[2022/7/6 1:55:07]

我們在本系列的第一篇文章中提到，驗證者會被分配到不同的委員會中執行工作。那么在任一時刻，都有驗證者同時既是信標鏈委員會成員、也是某一個分片鏈委員會的成員；每個驗證者在一個時段中都要發出見證消息一次 —— 為已經提出的信標鏈區塊投票。

Parity開發者Wei Tang：ETC開發者Cody Burns是導致MultiGeth等客戶端脫離ETC的一部分原因:8月13日，Parity開發者Wei Tang發推稱，在過去的一年中，ETC社區確實充滿了性，以及一直在玩責備游戲、且社區管理不善。不確定Cody Burns（ETC開發者）是否意識到，如果ETC失敗，他是一部分原因，同時他也是MultiGeth和OpenEthereum兩大客戶端被迫離開生態系統一部分原因。與此同時，Wei Tang還表示，雖然覺得ETC Labs也有很多問題，但至少此次他們決策是有依據的。而不像Cody Burns。Cody Burns推特聽起來總是很嚇人，即“如果不按照我的方式去做，讓財政政策運作起來，那么我就會離開。”財政政策到底是好是壞還有待決定，但如果在討論之前就是這種態度，那對話可能就結束了。[2020/8/13]

Eth2 的分片化共識的安全模型，基于這樣一個觀念：讓委員會在某種程度上就是整個驗證者集合的準確統計學代表。

行情 | ETH 出現劇烈波動:據Bitfinex數據顯示，上漲: ETH 現報價119.20美元，5分鐘變化超過$1.68，波動較大，請做好風險控制[2019/1/26]

舉例而言，如果整個驗證者集合中有 33% 的驗證者是惡意的，那么他們可能就會進入到同一個委員會中。那就完蛋了。

所以，我們需要確保事情不至于如此。換句話來說，我們需要保證的是，如果 33% 的驗證者是惡意的，那么在一個委員會中只有約 33% 的驗證者是惡意的。

我們需要兩個舉措來實現這一點：

1.保證驗證者的委員會分配是隨機的

動態 | Tether錢包地址今日累計轉入1億枚USDT:北京時間今日20:18:52，Bitfinex錢包地址再度向Tether錢包地址轉入5000萬枚USDT，今日累計轉入1億枚USDT，Tether今日凌晨曾宣布銷毀5億枚USDT。[2018/10/25]

2.組成委員會有數量下限要求

舉個例子，如果單個委員會由 128 個隨機選出的驗證者組成，那么一個控制了全網 1/3 驗證者的攻擊者能夠控制單個委員會的 2/3 驗證力量的概率是非常非常小的（概率低于 2^-40）。

驗證者提交的投票叫做 “見證消息”。見證消息由幾個部分組成：

1.對信標鏈頂端區塊的投票

2.對合理化信標區塊/確定化信標鏈區塊 的投票

3.對分片鏈最新狀態的投票

4.所有同意該投票的驗證者的簽名

把盡可能多的部分都組合到一條見證消息中，系統的整體效率便得以提升，因為，在檢查驗證者的簽名時，不再需要分別驗證對信標鏈區塊的投票和對分片鏈區塊的投票，節點只需基于見證消息做運算，即可得知信標鏈區塊的狀態和每一條分片鏈的狀態。

如果每一個驗證者都提交了自己的見證消息，而每一條見證消息都需要被所有其它節點單獨驗證一次，那么 Eth2 的節點的開銷可能會變得很大。這就是為什么我們需要 “聚合技術”。

見證消息被設計成容易組合的形式，因此，如果有兩個乃至更多驗證者做了同樣的投票，那就可以用一條見證消息把他們的投票都匯總起來，只需把簽名字段放在一起即可。這就是 “聚合” 和含義。

委員會的投票在根本上來說也是易于聚合的，因為這些驗證者都被分配到了同一個分片上，因此分片狀態的投票和對信標鏈區塊的投票很可能是相同的。這就是 Eth2 能隨著驗證者數量的增加而擴展吞吐量的機制。通過把驗證者打散到委員會內，驗證者將只需關心自己所在委員會的成員，也只需檢查極少數從其它委員會處傳來的、已經聚合過的見證消息。

簽名聚合

Eth2 使用了 BLS 簽名方案 —— 一種在多條橢圓曲線上得到定義、對簽名聚合較為友好的方案。在方案所選定的曲線上，單個簽名的大小是 96 字節。

如果占總量 10% 的 ETH 參與了質押，則 Eth2 會擁有約 35 萬個驗證者。這就意味著，單個 epoch 產生的簽名數據量大小可能會達到 33.6 MB，那么一天就是 7.6 GB。那么，只要 133 天，簽名數據就會超過 1 TB。

解決方案是，BLS 簽名是可以聚合的。如果 Alice 提交了簽名 A，而 Bob 所提交的簽名 B 是對相同數據簽的名，那么只需存儲 C = A+B，就能驗證 Alice 和 Bob 的簽名。使用了簽名聚合技術，整個委員會的驗證者前面都可以聚合成一個簽名。這樣就能將簽名數據的存儲需求降低到每天 2 MB。

把驗證者分配到不同委員會中的設計，讓驗證 Eth2 所需付出的工作量降低了幾個數量級。

對于一個想要驗證信標鏈和所有分片鏈的節點來說，它要做的僅僅是監測來自每一個委員會的聚合見證消息，只需如此便可知道每條分片鏈的狀態，以及各驗證者對哪些區塊 屬于/不屬于 信標鏈主鏈的看法。

因此，委員會機制幫助 Eth2 實現了兩大設計目標：只需消費者級別的筆記本即可參與 Eth2 網絡、支持盡可能多的驗證者來實現盡可能的去中心化。

用數字來說明：大多數拜占庭容錯式的權益證明協議只能支持數十位驗證者（在某些案例中可支持數百位驗證者），但 Eth2 可以支持數十萬驗證者同時為系統安全性作貢獻，又不犧牲執行時延和吞吐量。

特別感謝 Sacha Yves -Leger 和 Joseph Schweitzer 的指正。

作者: Carl Beekhuizen

翻譯: 阿劍

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