以太坊:以太坊 2.0 信標鏈如何進行狀態轉換？

信標鏈由區塊和不斷遞進的狀態組成；區塊被產出、簽名、傳遍網絡，然后用于更新狀態。下圖展示了主要的相互關系：

- 實線表示聚合關系，虛線表示依賴關系。即發出箭頭的部分是 聚合/依賴 于箭頭所指向的內容的 -

此圖基于以太坊 2.0 詳述的 0.10.1 版所繪。與剛發布的 0.11.0 版本相比，上圖描述的內容在計算 Domain 的部分有些微區別，但整體關系與前一版本一致。

創建一個新的區塊

創建區塊，要從當前的區塊鏈頂部開始。

如果當前存在一條短的分叉鏈（例如，某個時隙因為其中的區塊傳播速度太慢而被跳過，導致不同驗證者獲得的最新區塊有所區別），則由分叉選擇算法，幫你選出 “最合適”（獲得的驗證者見證消息權重越大則越 “合適”）的區塊鏈頭。

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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[2023/7/17 10:58:39]

此外，即使某些 slot 被跳過（沒有產生區塊），狀態仍會推進（但不執行任何操作）。

BeaconBlockBody （“信標鏈區塊區塊體”）會包含所有需要被執行的操作（保證金存入、見證消息、驗證者退出，等等）。這些操作會被用于改變狀態、生成新的 BeaconState（“信標鏈狀態”）。

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時隙、父區塊根、操作的根哈希（body root，區塊體根）會作為 BeaconBlockHeader（“信標鏈區塊區塊頭”）的組成元素被添加進狀態。要注意的是，BeaconBlockHeader 組成元素之一的狀態根是零（0x000…），因為狀態不能遞歸包含自己的哈希，否則會出現死循環。

最終狀態（帶有上述 0x000… 值的狀態）的根哈希被算出并加入區塊，然后區塊哈希得到 Block root（“區塊根”）并跟鏈的 Domain 放在一起，經過簽名后在網絡中傳播。Domain 的意義是防止區塊被傳播到其他主網或測試網上發生碰撞（collision）。

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執行狀態轉換

節點收到 SignedBeaconBlock （“經過簽名的信標鏈區塊”）后，要執行一些驗證，包含：確認簽名的有效性，及是否有對應父區塊的狀態（父區塊由 parent root “父區塊根” 指出）。

通過將狀態時隙推進到區塊所在時隙（可以是被跳過的時隙），然后執行 BeaconBlockBody 所包含的操作（比如保證金存入、見證消息、驗證者退出等等），我們便可以更新狀態。

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要注意的是，出現被跳過的時隙時，也會產生新的內部狀態，并推進當前狀態至下一個時隙，區別只是不會有其他附帶的執行動作。

結果狀態應該與區塊生產者得到的狀態相同，因此我們能通過計算新的 BeaconState（包含 0x000...）的哈希值，與收到的區塊所記載的狀態根進行校驗。

BeaconBlockHeader*

信標鏈狀態包含了四個區塊基礎組成信息中的三種 —— 時隙、父區塊根哈希，和 BeaconBlockBody （即要執行的操作）的根哈希。

在計算內部狀態時，最新的區塊時隙要和最新的狀態時隙要有所區別，因為如果出現被跳過的時隙，會使得最新的區塊時隙和狀態時隙不一致。比如，如果時隙 7 被跳過，則我們仍會以時隙 6 作為最新區塊，父區塊根和區塊體根哈希都仍將指向時隙 6 的區塊。

這幾個元素作為一個集群，使用和 BeaconBlockHeader 相同的結構，不過使用的區塊根狀態永遠為零（0x000...），因為狀態不能遞歸包含自己的哈希；在圖中表示為 “BeaconBlockHeader”。

這么做的好處是，我們可以輕易的計算出區塊根的狀態——通過計算狀態的根哈希，然后創建區塊頭的副本并插入正確的根狀態，最后計算整個區塊頭的哈希（這個值會與收到的區塊的哈希值相同）。

鏈接的區塊能增加信任

區塊鏈的重要特征就是，它以系統性信任（經由算法達成的處理器多數）取代了原來個體間的信任（交易對手或第三方）。

系統性信任又可以通過以下幾個特征描述：

1. 大量處理器（例如，公有鏈）—— 這些處理器去中心化程度越高，可信程度也越高。

2. 客戶端多樣性（例如，開發團隊）—— 如果有多種客戶端供使用者選擇，就越能避免算法被集中掌控。

3. 開源 —— 既可以讓公眾檢查算法，又可以進行分叉（如果大多數人都希望改變系統方向）。

將區塊鏈接在一起也可以增強系統信任 —— 因為越早產出的區塊，它具有的權重就越大。在一般的 分布式賬本/分布式數據庫 中，因為不需要系統性信任，所以不需要這種鏈接。

僅對最新區塊發動 51％ 攻擊也許會成功，但是如果你想改動 100 個時隙之前的一個區塊，則攻擊者必須在這 100 個時隙都擁有控制著絕對多數的處理器（因此非常困難）。

對于短程的分叉攻擊，整個網絡可能會對 “哪條鏈才是主鏈” 產生疑惑 —— 例如，兩個競爭的區塊以不同的速度在網絡中傳播。

但好消息是，由于區塊被鏈接在一起，因此真正的主鏈會更快被確認，而其他分叉鏈都不再有機會反客為主。

如此一來，安全性可以得到保證，系統也可從容允許驗證者撤出自己的資金，不必擔心 “無利害關系（nothing at stake）” 攻擊。

原標題：科普 | 以太坊 2.0 信標鏈中的狀態轉換

原文鏈接:

https://sgryphon.wordpress.com/2020/03/17/eth-2-0-state-transition/作者: Sly Gryphon譯者&校對: IAN LIU& 阿劍

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