區塊鏈:科普 | Eth2 信標鏈：你首先該知道的事（下）

作者：ethos.dev

翻譯:?阿劍

來源：以太坊愛好者

信標鏈檢查點

檢查點就是位于一個時段的第一個時隙內產生的區塊。如果某個時段的第一個時隙內沒有產生區塊，則將最近的一個符合要求的區塊認定為檢查點區塊。每個時段都會有一個檢查點區塊；一個區塊有可能同時是多個時段的檢查點。

-單時段包含64個時隙時的檢查點示意圖-

注意，從時隙65到時隙128之間都是空塊。時段2的檢查點本來應該是時隙128處產生的區塊，但因為該時隙被跳過了，所以時段2的檢查點仍然是時隙64處產生的區塊。時段3也類似，時隙192被跳過了，因此將時隙180處產生的區塊認作時段3的檢查點。

時段邊界區塊是一些文獻中用到的一個術語，可以認為是檢查點的同義詞。

在發起一次LMDGHOST投票時，驗證者也要為最近時段的檢查點投票，投票者希望確立的新檢查點叫做“目標檢查點”。這種投票叫做?CasperFFG投票，而且投票中也會包含投票者認定的上一個檢查點，叫做“來源檢查點”。在上圖中，時段1中的一個驗證者的投票將創世塊作為來源檢查點，然后推舉時隙64處產生的區塊為目標檢查點。在時段2，同一個驗證者又為相同的檢查點投票了。

只有被分配到某個時隙的驗證者才需要為該時隙的區塊投票，但是，所有驗證者都要為每一個時段的檢查點發起FFG投票。

大多數

由所有活躍驗證者總余額的2/3?所支持的投票內容就是多數票。

歐易OKEx將于3月18日推出DeFi系列科普視頻:據歐易OKEx官方消息顯示，歐易OKEx將正式推出DeFi系列科普視頻《歐易DeFi20講》，本系列節目由歐易OKEx亞太區CEO馬克金主講。該視頻首期將于3月18日11:00(HKT)推出，用戶可以在歐易OKEx官方學院、金色財經觀看。

《歐易DeFi20講》主要包含DeFi入門指南、全景解讀DeFi生態及如何參與DeFi三個篇章，可以輕松使用戶了解DeFi原理，洞察DeFi價值，掌握DeFi熱點，更多詳情請關注歐易OKEx官方學院。[2021/3/18 18:55:59]

我們舉簡單一點的例子來說明一下，假設有3個活躍驗證者，兩個的余額是8ETH，另一個的驗證者余額為32ETH。那么，只有包含了那個最大驗證者的投票才可能是多數票；雖然另外兩個驗證者可能都投了另一個檢查點，但是他們的余額總和只占50%，形成不了多數。

確定性

一個時段結束的時候，如果其檢查點得到了2/3的總余額支持，那么該檢查點就被合理化了。

如果一個檢查點B已經得到合理化，其下一個時段的檢查點也被合理化了，那么B就被敲定了。一般來說，一個檢查點會在兩個時段內得到敲定，大概就是12.8分鐘。

從平均的角度來看，用戶的交易總是打包在一個時段的中間部分；那么距下一個檢查點就還有半個時段的時間，因此，一筆交易經過2.5個時段就可以得到確定性。理想化情況下，超過2/3的見證消息會在一個時段的前22個時隙內完成打包。因此，交易敲定的平均時長是14分鐘。區塊確認則從區塊見證消息，一步步升級到合理化，再到確定性。用戶自己可以覺得他們要不要等到交易確定，還是更低一點的安全性就足夠了。

IMF今日發布的加密貨幣科普視頻實為兩年前舊聞，且存在諸多疏漏:國際貨幣基金組織IMF今日在推特上發布了一條關于加密貨幣的科普視頻，這段時長兩分鐘的視頻最初發布于2018年6月。該視頻稱加密貨幣是“貨幣進化的下一步”，但沒有特別提到DLT、區塊鏈，甚至是代幣名稱等術語。BTC、XRP和ETH只出現在說明加密交易的圖形中。盡管這段視頻到目前為止已經獲得了超過13.7萬的點擊量和2900個贊，但來自加密社區的許多反應都是批評的，他們指出了信息中的漏洞和似乎具有誤導性的措辭。

Reddit用戶nanooverbtc稱：“他們犯了很多錯誤，比如把私鑰稱為密碼。”該視頻也沒有討論挖礦或加密貨幣供應。Kraken策略師Pierre Rochard等知名人士表示：“可證明的稀缺性是比特幣有趣的原因，你忘了提這一點。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

-時隙64處的檢查點被合理化，同時敲定時隙32處產生的上一個區塊-

為簡化敘述難度，下文假設所有驗證者的余額都相同。

信標鏈的頂端

時隙96處產生了一個時段邊界區塊，而且包含了對時段2檢查點的見證消息。見證消息的數量達到了2/3的多數要求。然后時段2的檢查點就得到了合理化，同時，上一個合理化的檢查點，也就是時段1的檢查點，就被敲定了。時隙32處的區塊得到確定性，會使得之前所有區塊都得到確定性。在敲定檢查點的時候，并沒有對同時得到敲定的區塊在數量上的限制。所以，雖然確定性僅在時段邊界的時候產生，見證消息是逐個逐個區塊累加的，下文的“從創世塊到區塊鏈頂端的歷程”部分提供了另一種描述。

從時隙1到時隙32的信標鏈區塊所包含的所有交聯，也會使分片鏈產生確定性。換句話來說，當一個信標鏈區塊得到確定性時，該塊所包含的交聯所對應的分片鏈區塊也得到敲定。交聯本身不足以使一個分片區塊得到敲定，只是對分片鏈的分叉選擇有所幫助。

聲音 | 浪潮集團云南分公司總經理：云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化:據昆明日報消息，浪潮集團云南分公司總經理鄭昕表示，云南區塊鏈產業發展需從“科普”到“專精”不斷深化。下一步，浪潮將繼續加大云南農業產業高質量發展體系建設力度，重點以普洱茶等云南優勢產業為切入點，打造云南“綠色、有機農產品高地”的品牌形象，并在此基礎上，開展基于區塊鏈的供應鏈金融服務，解決中小企業貸款難、貸款貴問題。[2019/11/11]

從創世塊到信標鏈頂端的歷程

用同樣的辦法，可以觀察到從創世塊開始的一條故事線。所有的提議者，從時隙1到時隙36，一一提議了一個區塊，而且這些區塊都顯現在鏈上。對于時段1的所有區塊來說，其檢查點累積獲得了55%的驗證者的見證。在驗證者提議時隙64處的區塊時，它也納入了對時段1檢查點的見證消息。現在，有70%的驗證者都見證了時段1的檢查點，因此時段1檢查點得到了合理化。完成時段2時，時段2的檢查點累積的見證消息還達不到2/3的多數要求。時隙96處的區塊在提議時，也納入了對區塊2檢查點的見證消息，所以，這時候，時段2的檢查點也達到2/3的多數要求，被合理化了。合理化時段2的檢查點同時也會敲定時段1的檢查點及所有此前的區塊。

有時，合理化一個區塊會敲定兩個甚至多個時段以前的區塊。Gasper論文討論了這種情況，預計只有網絡高延遲、網絡隔離、遭遇強大攻擊者的極端情況下，才會出現這種事。

確定性對于分片及以太坊區塊的用戶來說是重中之重，因為確定性使他們能夠確定，交易已經永遠寫在鏈上，不可更改了。確定性也降低了跨分片通信的復雜性。沒有確定性，分片內部和分片之間交易的回滾會具有破壞性，甚至讓分片的好處蕩然無存。

深入理解見證消息

聲音 | CNBC主持人：加密貨幣最大的缺點之一就是難以向外行快速科普:CNBC主持人Ran NeuNer近期發推稱，加密貨幣最大的缺點之一就是很難向外行快速解釋。當人們要求我向他們解釋比特幣時，我知道他們至少需要一個小時才能真正理解。[2019/9/10]

一條見證消息里面包括了一個LMDGHOST投票和一個FFG投票。理想情況下，所有的驗證者每個時段都會發出一條見證消息。一筆見證消息有32個時隙的機會被打包到鏈上。這就意味著，一個驗證者可能在單個時段內有兩筆見證消息被打包上鏈。見證消息打包上鏈的時間也決定了驗證者可得的獎勵幅度：在自己所在的時隙就打包上鏈可以得到最多的獎勵；要是等到后續時隙才打包上鏈，驗證者得到的獎勵就會下降。為了給驗證者足夠的時間來準備見證消息，他們會在一個時段以前就預先知道自己所在的委員會。區塊提議者則僅在時段開始之時分配一次。此外，隱蔽領袖選舉研究還致力于減輕對區塊提議者的攻擊和賄賂。

委員會機制使得匯總所有的見證人簽名、變成單個聚合簽名在技術上的優化成為可能。如果同一委員會中的所有驗證者都作了同樣的LMDGHOST和FFG投票，則他們的簽名可以聚合起來。

信標鏈驗證者獎懲措施

為避免過度深入，我們僅討論驗證者激勵相關的6種措施：

見證人獎勵

見證人懲罰

對質押者來說典型的貶值風險

罰沒及舉報人獎勵

區塊提議者獎勵

怠惰懲罰

當期見證消息與其它多數驗證者一致時，驗證者可以得到獎勵。在Eth2Phase1階段，驗證者發送交聯也可以得到獎勵。當區塊得到敲定時，驗證者獎勵也就確定下來了。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

另一方面，如果驗證者沒有提交見證消息，或者投票支持了一個最終不能得到敲定的區塊，他們也會受到懲罰。

在列舉不太常見的懲罰和獎勵之前，你可能還想知道，成為質押者會面臨怎樣的貶值風險。答案是，你可能失去的ETH，恰好跟你能賺取的ETH數量對稱。如果一個驗證者一年的獎勵回報率是10%，則作惡驗證者在最壞情況下可能會失去10%。舉個例子，如果一個驗證者總是離線，或者總是給那些不能得到敲定的區塊投票，則其損失的ETH數量，恰與一位總是及時提交見證消息，且所支持的區塊總是得到敲定的驗證者所得的獎勵，在數額上相等。

罰沒的力度下至0.5ETH，上至一位驗證者的全部權益。如果一位驗證者所提交的見證消息觸犯了協議所定義的罰沒條件，則TA會損失自身權益的至少1/32，并被驅逐出驗證者隊伍。懲罰的力度就像該驗證者離線了8192個時段一樣。協議還會根據相近時間內被罰沒的驗證者數量施加一個額外的懲罰。此種額外懲罰的計算公式是：驗證者余額×3×被罰沒的驗證者占比。那么，如果占全體驗證者1/3數量的驗證者都觸犯了罰沒條件，則他們會失去全部余額。相應地，檢舉這些不軌行為的驗證者將會得到檢舉人獎勵。

區塊提議者在所提議區塊得到敲定之后，也會得到一個成比例獎勵。總是在線，并且提議工作做得很好的驗證者，其總獎勵可增加約1/8。出現罰沒事件的時候，提議者也會因為打包罰沒證據而得到一小筆獎勵。在Eth2Phase0中，所有的檢舉人獎勵都會給予區塊提議者。

以太坊2.0系統中機制眾多，對這些機制的評價應從所有機制的整體效果出發。最末一種獎懲措施是所謂的“怠惰懲罰”。基本上，如果距上一次敲定區塊已過去了4個時段，所有驗證者都會遭受怠惰懲罰，而且懲罰力度會呈平方級上升，直至新的檢查點得到敲定。怠惰懲罰保證了：即使50%的驗證者都離線了，系統也會在21天后重新開始敲定區塊。

罰沒條件

罰沒條件主要有三個，分別是：雙重提議、FFG雙重投票，FFG環繞投票。LMDGHOST投票是不會招致罰沒的。

雙重提議是指區塊提議者于所在時隙提議了多于一個區塊。

雙重投票是指驗證者在提交FFG投票時，多個投票指向同一個目標檢查點，但引用的來源檢查點卻各不相同。

環繞投票指的是驗證者在提交FFG投票時，多個投票所指向的檢查點?恰成環繞形狀。舉個例子，假定一位驗證者在時段5投票時，以時隙32的區塊為來源檢查點，以時隙128的區塊為目標檢查點：

如果該驗證者在時段6的投票以時隙64的區塊為來源檢查點，以時隙96的區塊為目標檢查點，那么該票就被TA自己在時段5的投票給包圍起來了。

如果該驗證者在時段6的投票以時隙0的區塊為來源檢查點，以時隙160的區塊為目標檢查點，則該投票把TA自己在時段5的投票給包圍起來了。

如果這位驗證者在時段6又給時隙128的區塊投票，除非其來源檢查點仍是時隙32的區塊，否則就成了雙重投票，也會被罰沒。相同的FFG投票倒是不會被罰沒的。

擁有相同來源檢查點的FFG投票也不會招致罰沒。這是維持網絡活性的重要條件。舉個例子，如果兩條分叉鏈各自都有50%的驗證者余額支持，協議應該鼓勵驗證者通過投票給相同來源檢查點、不同目標檢查點，在分叉間切換。能夠安全地在分叉間切換，驗證者們就能打破僵局，嘗試形成2/3的多數。

檢舉他人的驗證者需要在見證消息中納入相互沖突的投票，以證明另一個驗證者應該受到懲罰。要高效地從一長段歷史中找出相互沖突的投票，在算法和數據結構上也是一種挑戰。因此，開放工程挑戰·罰沒探測器也在尋找貢獻者。

得到良好控制的驗證者一般是可以避免被罰沒的：只需記得自己曾經簽名過哪些見證消息就好。誠實的驗證者也不會因為其它驗證者的行為而受到波及。只要驗證者不簽名相互沖突的見證消息，不作出雙重提議，就不會被罰沒。

為得到更好的運行體驗、更值得信任的信息來源，乃至更好的DoS保護，驗證者客戶端可能會同時使用多個信標鏈節點。

在這種模式中，包括使用備份的驗證者客戶端的時候，需要小心不要讓驗證者簽署相互沖突的消息。

信標鏈驗證者激活及生命周期

每一個想成為驗證者的用戶都要先有32ETH才能獲得驗證者資格。用戶質押32ETH到以太坊主網上的保證金合約中，就能獲得一個驗證者資格。

另一方面，信標鏈也會勸退所有余額降低到16ETH的驗證者；質押用戶可以取出剩余的驗證者余額，不過在Eth2Phase0還做不到。

驗證者在服務2048個時段之后也可以主動退出。退出時要先走完4個時段，質押用戶才能取出自己的權益。在這4個時段內，該驗證者的余額仍然是可以被罰沒的。因此，誠實驗證者的余額可以在約27小時之后取出。但是，如果驗證者在此時被罰沒，就只有再等8192個時段之后才能取出剩余款項。

更多技術細節可看《以太坊2.0Phase0驗證者生命周期》。下圖亦來自這份資料：

為避免驗證者集合在短時間內出現大規模的變動，單個時段內能激活和退出的驗證者數量是有一個機制限制的。這樣可以讓激活許多驗證者、快速攻擊系統的攻擊更難發動。

信標鏈還使用了一個叫做“有效余額”的概念，這個有效余額回避驗證者余額的變化更小，使得技術上的最優化成為可能。

總結

在每一個時段，驗證者都被均勻分配到不同時隙中，并進一步劃分成相同規模的委員會。驗證者只有1個應召的時隙，也只會存在于1個委員會中。因此：

一個時段中的所有驗證者，通過集體決策嘗試敲定某個檢查點；方法是FFG投票；

各時隙中的所有驗證者，通過集體決策嘗試選出信標鏈的頂端區塊：方法是LMDGHOST投票；

一個委員會中的所有驗證者，通過集體投票嘗試將某個分片交聯到信標鏈上。

最符合協議的行為可以得到最多的獎勵。

信標鏈的啟動需要至少16484名驗證者。驗證者的數量會因為罰沒及資源退出而減少，也會因為質押用戶的投入增加而增加。而且，隨著Eth2Pahse1及后續階段的升級，預計會有更多驗證者參與進來。信標鏈需要至少262144名驗證者才能使得單個信標鏈區塊能包含64個交聯。

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