以太坊: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。

Web3全球開發者社區ScalingX推出2000萬美元加速器項目:金色財經報道，Web3全球開發者社區ScalingX正在推出加速器項目并承諾投資2000萬美元，該加速器旨在支持和培育Web3生態系統，包括開發、社區建設并專注于構建可擴展且安全的基礎設施解決方案，例如零知識(zK)技術、去中心化金融(DeFi)和元宇宙項目。

此外，ScalingX還宣布推出全球黑客馬拉松活動“Hunt for X”以推動Web3領域的創新和增長。[2023/2/14 12:05:12]

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

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。

數字美元項目加入新員工以支持其戰略發展:金色財經報道，圍繞美國 CBDC 的公眾討論的非營利組織數字美元項目（“DDP”）今天宣布加入新員工，以支持其政策研究和實驗團隊的戰略發展。

Michael Greco 加入擔任政策研究總監。Shaun Ferrari 加入擔任行業參與和實驗總監。Mason Rowley 作為運營經理加入。Katherine Haar 作為 DDP 研究員加入，負責戰略和運營。[2023/1/19 11:20:03]

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，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

阿根廷設立國家區塊鏈委員會:金色財經報道，阿根廷已設立國家區塊鏈委員會，以執行國家級區塊鏈采用戰略，負責“作為當地區塊鏈生態系統的對話者，提升區塊鏈技術的互操作性”并制定基于區塊鏈的公共政策和技術解決方案，比如提高阿根廷公共資金投資透明度、避免偽造身份證件、識別機構簽發的其他證件等。（bitcoin.com）[2022/12/10 21:36:09]

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。

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。驗證者會保持活躍狀態直到以下其中一種事情發生：

彭博調查：60%的受訪者認為比特幣更有可能跌至1萬美元而不是反彈至3萬美元:金色財經消息，根據彭博社的MLIV Pulse調查，許多投資者認為加密資產的價格會變得更糟。該調查于7月5日至7月8日進行，收到了來自950名投資者的回復。大約60%的受訪者表示，比特幣(BTC)更有可能跌至10,000美元，而不是反彈至30,000美元。調查顯示，近四分之一的接受調查的散戶投資者認為加密資產類別是“垃圾”，而專業投資者的這一比例為18%，32%的專業投資者表示對加密持“開放但持懷疑態度”。大約28%的總體受訪者表示對加密貨幣是金融的未來充滿信心。調查還發現，大約9%的受訪者認為NFT是一種投資機會，大多數人將數字資產視為藝術項目或身份象征。[2022/7/12 2:06:53]

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

Curve 社區發布不再將 UST 池提供激勵的提案:5月19日消息，Curve 社區發布新提案建議將 UST 池移除出 Gauges，不再向其提供流動性激勵，此舉旨在防止添加流動性時產生的高滑點以及部分用戶通過流動性池不均勻的分布獲利等情況。[2022/5/19 3:27:16]

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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