ETH2:探索以太坊2.0：區塊鏈激勵制度的演變

本文介紹了區塊鏈激勵制度的演變。

最近有很多文章在討論以太坊2.0的路線圖、研究建議和現狀。但關于2.0背后的設計理念和不變量的消息卻沒有什么公開文章透露。明確不變量對協調工作非常有幫助，還能保證開發人員在哲學邏輯上保持一致。本文將解釋2.0中一些設計，背景以及對未來協議的影響。

歷史發展

以太坊誕生后，技術人員正在嘗試將PoW轉換為PoS。VitalikButerin當時正在探索一種可行的解決方案，防止PoS出現漏洞，具備比PoW更大的安全保障。他與以太坊研究小組設計了一種slasher機制，用于懲罰PoS作惡者來削減他們的存款。

隨后，數學家弗拉德·贊菲爾加入了slasher項目，2014年的大部分時間都集中在解決PoS遠程攻擊上。當遠程攻擊時，攻擊者可以從零開始創建一個比當前規范鏈更長的完整鏈，這使得網絡的剩余節點會信任新的規范狀態。這在PoW是幾乎不可能會發生的情況，因為發起攻擊需要極大的算力，而PoS并不依靠算力，因此發起遠程攻擊，會導致區塊鏈奔潰。

Vitalik和Vlad一致認為，針對遠程攻擊，只能嚴格禁止客戶端同步超過某個檢查點的鏈。因此新節點無需從創世區塊同步鏈，只需從網絡中其他節點一致確認的最近“檢查點”開始同步，也就是當新節點加入網絡時，可以信任舊節點。后來這種現象被稱為PoS的主觀性弱化。當有新節點加入，他們主觀上會信任“最終的”、“不可逆轉的”區塊。

中證報：后續可探索在保險全流程中應用數字人民幣:金色財經報道，江蘇省落地首個數字人民幣退貨保險，投保商戶遇到消費者退貨時，可按照保險約定獲得一定數額的數字人民幣保險賠付，目前保險行業加速布局數字人民幣，涵蓋投保、理賠等多種應用場景。業內人士認為，數字人民幣的應用可提高保險公司工作效率、服務質量，后續可探索在保險全流程中應用數字人民幣。[2023/5/23 15:19:46]

在研究Slasher的同時，Vitalik和以太坊基金會VirgilGiffith一起忙于撰寫ArXiV的初始版CasperProofofStake白皮書。2014年-2017年，以太坊一直都在嘗試從PoW向PoS轉變，同時，以太坊也在努力實現分片技術，擴容區塊鏈。時間來到2018年3月，在一個重大的臺北研討會后，以太坊研究團隊提議將CasperProofofStake和分片技術合并到以太坊Slasher，即以太坊2.0。

為何是合并到2.0呢？

這篇文章旨在解釋中心問題背后的設計理念：“為何要使用以太坊2.0呢？”通過硬分叉來檢查現有系統的共識協議和數據完整性并非易事，拋棄以太坊1.0從頭開始建立一個新系統不是更簡單嗎？我們面臨的最大難題是需要社區參與構建2.0之中，并明確過渡到以太坊2.0后有巨大的好處及需求。

雖然轉換范式要承擔巨大責任，但此刻是最佳良機。無論你喜歡與否，加密技術仍處于起步階段，今天的決定會對后面幾年加密技術采用產生深遠影響。PoS切換和以太坊應用擴容已準備充分，團隊也做好了充分準備。

挑戰

單純的第1層擴容可能會在大程度上犧牲安全性，分片區塊鏈會阻止全局交易驗證。關鍵難題是：如何在不犧牲去中心化或安全性的前提下，進行擴容？很多競爭對手采用集中式方案。Ethereum選擇了一種不同的方法，將網絡狀態劃分為1024個碎片，這些碎片表現為一組同質的區塊鏈，每個區塊鏈由一個稱為信標鏈的根鏈協調。信標鏈運行CasperProofofStake協議，它沒有受托權或集中式投票權。每個節點只負責打包網絡中的部分交易，可以并行生成多個區塊，從而整個網絡吞吐量呈線性增長。此解決方案的不成熟的規范可回答以下問題:

香港金融管理局探索使用區塊鏈技術為中小企業融資:金色財經報道，香港金融管理局 (HKMA) 和BIS創新中心啟動了Project Dynamo，旨在利用DeFi、區塊鏈和智能合約幫助中小型企業 (SME) 獲得更好的資金。他們打算探索對資金成本的影響，以及可用的資金池。[2022/9/16 7:01:47]

如果沒有全局驗證交易，網絡中的安全文件將如何變化？篩選驗證節點時，如何防止壟斷情形？如何設計激勵制度，以最大化地利用數據和提高參與度？

經過多年的研究、探索和協調做出權衡后，以太坊將選擇了PoS共識算法。間接地驗證全局交易，每個分片交易先由分片驗證者檢查，然后在信標鏈上提交檢查點。后者作為一個協調分片信息的“協調器”。

不變量設計

協議設計關鍵點是理解協議將在哪些不變量下運行。對于以太坊和它的開發者社區來說，擁有一份不可協商的設計決策清單至關重要。

我們可以將Eth2的核心分解為以下幾個要點：

·網絡參與無需許可

·第1層的范圍應該簡潔、抽象和緊湊

·最大限度地表達協議，而不是假設它的未來用途——即符合以太坊格言“我們沒有未來”

·網絡應該活躍，以便高效地從災難情況下恢復。

·將協議復雜性與應用程序開發復雜性分開。

無需許可

上海將聚焦在線金融等12大發展重點，探索金融和區塊鏈融合:在今日舉行的上海疫情防控新聞發布會上，上海市經信委主任吳金城解讀了近日發布的《上海市促進在線新經濟發展行動方案（2020-2022年）》。他表示，在線新經濟是借助AI、5G、互聯網、大數據、區塊鏈等智能交互技術，與現代生產制造、商務金融、文娛消費、教育健康、流通出行等深度融合，具有“在線、智能、交互”特征的新業態新模式。方案將重點聚焦工業互聯網、遠程辦公、在線金融、在線文娛等12大發展重點。其中，在線金融將推動線上申貸續貸還貸、投資理財理賠等服務，探索金融和AI、大數據、區塊鏈融合。（第一財經）[2020/4/13]

Eth2和其他“新生代”區塊鏈的一個顯著區別是如何確定共識參與度。Eth2的唯一要求是持有32ETH才能成為一名驗證者。沒有受托人，沒有投票篩選驗證節點，也沒有中央法律決定誰可以參與。更重要的是，Eth2中對所有驗證者一視同仁——硬頂32ETH。但是，任何個人都可以擁有多個驗證程序實例。簡化了安全性和共識協議。從激勵設計的角度和正式建模的角度來看，投票區塊時候，規定所有參與者擁有相同的stake這一點非常重要。1個驗證=32ETH作為stake，其他區塊鏈都是采用集中式方案擴容，但對于以太坊，絕不會采用。

簡潔，但又能最大限度地表達

Eth2的目標做到核心定義簡潔、緊湊。從基本層面看，以太坊是一個可擴展、無需許可、用于創建去中心化應用的平臺。

動態 | 易見股份提示風險：對區塊鏈的探索及應用仍處初期階段:據財聯社消息，連續兩個交易日漲停的易見股份提示風險稱，近日國家網信辦發布第一批共197個境內區塊鏈信息服務備案編號，公司子公司易見天樹科技（北京）有限公司的“可信數據池”、深圳市榕時代科技有限公司的“易見區塊”通過備案審核。目前公司主營業務未發生變化，對區塊鏈的探索及應用仍處在初期階段，對公司業績尚未產生較大影響。[2019/4/2]

無需引入應用程序邏輯，將以太坊類比為一個Linux內核——它不取決于操作系統的功能和應用場景，而取決于在該內核構建應用程序的開發人員。

安全

Eth2的PoS模型，稱為CaspertheFriendlyFinalityGadget，運行在一系列保證高度活躍和網絡參與的激勵機制下。Eth2擴展了Casper，利用它來保護分片區塊鏈網絡安全。也就是，運用鏈終結閥值的概念確保Eth2的1024個分片與信標鏈共享一樣的安全池。

PoS的核心前提是，驗證者完成預期角色指定的任務獲得獎勵，如果偷懶則失去獎勵，并且如果違反協議作惡，則會受到嚴厲懲罰。雖然前提很簡要，但重點都體現細節之中。如果我們要考量各個驗證者行為，以及整個驗證者委員會行為，Casper經濟就會變得更加復雜。

一般而言，PoS鏈一個開放性問題是何時懲罰，如何根據行為惡劣程度進行處罰?也就是是說，我們要找到一種全面的懲罰措施，以便簡潔的同時覆蓋所有極端案例。鑒于協議的運行取決于驗證者行為以及強大的運行時，可能存在誠實驗證者無法執行的情況。比如停電、網絡不穩定等，導致誠實驗證者離線，因此我們要明確區分偷懶處罰和作惡行為懲罰。

全球區塊鏈貨運聯盟（BiTA）首席分析師：2018~2020年實際上還處于區塊鏈的普及和早期應用探索階段:全球區塊鏈貨運聯盟（BiTA）首席分析師Dean Croke在一個會議上分享了全球區塊鏈應用案例。據他介紹，全球區塊鏈貨運聯盟（BiTA）致力于在全球推廣統一的標準來建設區塊鏈。他認為2018~2020年實際上還處于區塊鏈的普及和早期應用探索階段；2021~2025年是區塊鏈技術真正應用的高速發展期；從2026年開始這個應用會更加成熟，堅持推進區塊鏈技術發展和應用的企業必定會從中受益。[2018/5/18]

Eth2部分設計理念是讓攻擊破壞協議付出巨額代價。就像其他鏈的51%攻擊需要付出高昂代價。攻擊者逆轉協議中具有最終性的部分，將明顯地暴露在大家面前，社區可以協調軟分叉，移除作惡者，使攻擊無效。當然，如果攻擊成功，且協調失敗，如果攻擊者的單一目的是破環系統，造成巨額損失，那么系統的完整性會遭到破壞。

PoS系統另一大限制是驗證者困境，由現象命名而來。系統中的驗證者偷懶，簡單地相信協議中的其他人認真地完成了工作，因此不驗證自己負責的內容。除非受到重大懲罰，否則驗證者可以不履行職責，而節省帶寬和算力。通過對網絡中丟失的數據或錯誤簽名添加重大懲罰和質詢機制，可以減少這種行為發生。

以太坊2.0的驗證者激勵如下：

驗證者不活躍：二次泄漏

ETH2依賴于網絡中2/3誠實參與者的拜占庭容錯閾值。針對不活躍的懲罰也叫作不活躍泄露。如果鏈超過4個時期都未確認最終性，協議會嚴格把控驗證者獎勵。也就是說，如果自鏈確認最終性過了很長時間，則最大獎勵會降至0。此時驗證者需要表現良好，否則面臨懲罰。懲罰輕重與鏈自終結以來的時間成正比，防止驗證者離線。驗證者偷懶的時間越長，懲罰越重。這種“二次泄露”懲罰對短期偷懶沒有多大影響，但針對長期偷懶則懲罰較重，罰款金額將被銷毀，不會重新分配給誠實驗證者。

故意作惡行為：slashing

最初的以太坊PoS提案這樣寫道：作惡的驗證者將受到嚴重懲罰，即slashing懲罰，通常是針對單個驗證者作惡，而不是串謀的驗證者。如果大部分驗證者聯合作惡，則會破壞網絡。根據拜占庭容錯的保證，對作惡者的懲罰=3×同一時間段內作惡者數量。這有助于懲罰大型聯合作惡行為，還可以抑制作惡驗證者池的發展。也就是說，在網絡中發起聯合攻擊，會損壞作惡者集體利益。提倡檢舉機制，激勵驗證者發現其他違法攻擊行為，將slashed的資金作為檢舉獎勵。

驗證者獎勵

根據Vitalik的以太坊slasher設計原理，他在每個時期中概述了驗證者基本獎勵的4個特定組成部分：

1.檢查指定的紀元檢查點，獎勵1/4

2.證明指定的區塊鏈頭，獎勵1/4

3.證明被快速打包進鏈上，獎勵1/4

4.證明指定正確的分片區塊，獎勵1/4

根據正確參與的驗證人數量，此基本獎勵還有額外獎勵。這個額外的獎勵用于激勵驗證者做正確的事情，推動集體誠實行為。獎勵發布計劃應當是一致且直觀的，增加更多的復雜性只會使系統容易出錯，并且從宏觀經濟的角度來看更難理解。

從應用程序復雜性中分離協議復雜性

說Eth2路線圖令人生畏是一種保守的說法。它可能是最有雄心，并長期計劃吸收行業教訓，優雅地創建一個解決擴容難題且可持續的協議。關于分片降低開發人員體驗這一點已有大量討論，之所以降低是因為將Eth2開發人員剝離內部極其困難，我們有一個復雜的分片系統需要彼此交互。從表面上看，Eth2令人生畏，如何在項目中明確地執行合約也并不清楚。但事實非常微妙。

應用程序開發人員只需要了解一小部分Eth2協議。普通智能合約開發人員無需了解驗證者注冊表或信標鏈終端小工具的內部結構。因此，階段0從應用層中完全刪除。階段1和階段2最近也提出了強大提案，主張更高程度的抽象執行環境，使Eth2更強大，更簡潔。最壞的打算，錢包和應用開發人員需要了解跨分片交易細節，以掌握一些顯示即時交易結算的技巧。計算機操作系統和內部構件已比10年前要復雜得多，然而，大多數應用程序開發人員無需了解隱藏的內部構件，這些內部構件使其成為強大的計算機架構。這種關注點的分離是良好架構設計的核心，人們可以說，在構建Eth2時我們應該牢記不變量設計。

構建真實世界的計算機

總之，以太坊相對來說很美，這意味著它可以運行任何類型的可想象的代碼，就像今天的計算機一樣，盡管它是一臺非常有限的，慢速的，單線程的計算機。今天的以太坊類似于早期的弱處理器。今天在以太坊運行應用程序也很是昂貴，因為該協議內置了一些機制，以防止困擾公共產品的公共場景發生悲劇。以太坊充滿活力的開發人員會永遠不斷地改進當前網絡，無論是核心層和是第二層。但從治理層面而言，預定的升級可能會困難重重，且過程艱難。一旦Eth2被激活的幾年后，我們能感到它有一定限制，希望建立Eth3，那么便意味著Eth2的核心設計失敗了。應該以無需硬分叉的方式升級協議，也就是，一旦系統投入使用，層1的設計是最不需創新或接近于0的。我們仍有很長一段旅程要走，時刻提醒自己為何構建這個軟件，以及是否10年后還存在？這樣我們便會編寫更強大的代碼，經得起時間的推敲。

作者|SadieWilliamson

翻譯|頭等倉Annie

編譯|頭等倉AlonsoChen

文章版權屬原作者，翻譯由頭等倉提供，任何轉載請保留前言信息

原文：https://www.tokendaily.co/blog/design-principles-of-ethereum-2-0

稿源：https://first.vip/shareNews?id=1751&uid=1

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