科普：Eth2验证者的生命流程

编者按：本文来自以太坊爱好者，作者：JimMcDonald，翻译：阿剑，Odaily星球日报经授权转载。以太坊2.0使用权益证明机制来保护网络，也就是由许多叫做“验证者”的计算机线程来投票决定哪一个区块能够上链，当然也会自己提出备选区块。不过，验证者不是仅仅只有“开”和“关”两种状态：从成为验证者到退出验证者的整个生命周期中，其状态会经过多次转换。本文会深入研究验证者的生命周期，展示各阶段和转换过程的实质、如何触发转换，以及每种转换的历时。先说明一下时间单位：以太坊2.0中的时间通常是用“epoch”这种单位来度量的，1个时段是384秒，也就是六分半钟。为便于理解，基于这一度量的时间我都转化成了以分钟、小时、天为单位，并在附录的脚注中提供详细信息。验证者生命周期概述

在深入细节以前，我们先来看看验证者生命周期的概况、了解一下用于表述不同状态的术语。

-图1：验证者生命周期一览-各标签所示的阶段如下：已存入保证金：保证金要约已被以太坊1.0区块链打包等待激活：保证金要约被以太坊2.0网络接受活跃：验证者要见证区块及提议区块即将退出：验证者即将停止见证及提议区块被罚没：因为作弊被抓，验证者停止见证和提议区块完全退出：验证者完全退出，不再参与任一流程也可由此定义出一种基本状态：“正在见证”，激活、主动退出及完全退出都在该状态中，处于该状态的验证者被指望去见证及提议区块。这个状态是最重要的，在此状态下，验证者需要连接以太坊2.0网络、同步数据，以履行责任，避免被惩罚。

民盟中央建议加速元宇宙科普和立法:3月4日消息，民盟中央已起草了《关于“元宇宙”技术发展的提案》，并将提交全国政协十三届五次会议。在提案中，民盟中央建议，在科普层面需加速知识传播，法律层面则需加快立法步伐。民盟中央拟提交的提案指出，目前，在新兴网络层面，相关政策法规相对缺失。“元宇宙”在未来将会带动形成全新的网络形态，当遇到突发舆情，全虚拟的环境、场景将更难进行源头追踪、问题疏导。因此建议应尽早加快立法研究，尽快形成与技术、市场发展相适应的治理模式和法律基础，全面提升我国社会治理的水平。建议组织相关部门，针对“元宇宙”相关需求、风险进行立法研究，并尽快发布。此前消息，民进中央拟向全国政协十三届五次会议提交《关于积极稳妥推进元宇宙技术和产业发展的提案》。建议推进元宇宙技术产业发展，建立相关监管治理体系。（华夏时报）[2022/3/4 13:37:12]

-图2：“正在见证”状态-定义完了这些阶段之后，我们就来详细考察它们之间的转换过程。保证金存入阶段

保证金要约被接受是验证者生涯的开始；这个接受过程是在以太坊1.0链上发生的，因为验证者资金原本就放在以太坊1.0链上。但1.0链接受之时，2.0链还不能感知到这笔存款。验证者的保证金存入阶段大概要历时7.5个小时2，以保证链重组影响到Eth1交易的顺序乃至保证金要约无效化的概率足够小。这个阶段完成后，验证者就进入等待激活阶段3。

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

-图3：从保证金存入阶段转到等待激活阶段-等待激活阶段

保证金在Eth1链上存入足够久之后，它就会被Eth2链接受。这标志着验证者正式开始接受Eth2的组织。假设一位验证者存入了至少32ETH4，那么TA就可以开始作见证了。等待激活的验证者会组成一个队列：在一个时间点，Eth2链上能激活和能退出的验证者数量都是一个比较小的数量5，以保证验证者集合的稳定性。如果队列是空的，那么等待激活的验证者会在大约25分钟以后激活6；如果队列很长，那可能要几天甚至几周才能激活。不过，排完队之后，验证者就可以直接激活、参与见证。

动态 | 美国演说家Anthony Robbins开始科普什么是比特币:美国演说家安东尼·罗宾（Anthony Robbins）在自己的网站上发布了一篇比特币的科普文章，并在推特上向自己的粉丝介绍什么是比特币，目前他的推特账户共有粉丝304万人。[2019/1/1]

-图4：从等待激活到活跃阶段-活跃阶段

一般来说，一名验证者的绝大部分时间都处于这个阶段。活跃验证者大约每6分钟要发出一条见证消息，偶尔要自己提议区块7。验证者会一直保持在活跃状态，除非出现下列三种情况：该验证者因没有及时发出见证消息而遭受惩罚，最终其余额低于16ETH该验证者主动要求退出，方法是发送相应的一笔交易该验证者被证明作恶在前面两种情况中，验证者都会被加入退出队列。

声音 | 火星人朋友圈科普RAM:火星人在朋友圈发文称，“什么是RAM？简单来说就是EOS这个国家的土地，所有的经济行为都离不开土地。只要EOS的BP们能投票形成一个稳定的供给预期，并且不改变目前的Bancor算法，那么RAM后续的价格有可能会像北上广深的房价走势。房价下跌不行，房价过快上涨也不行，EOS的生态越来越像某国了，真有意思。”[2018/7/6]

-图5：从激活状态到即将离开-在第三种情况下，验证会被加入作恶者队列，接受惩罚。

-图6：从激活状态到被罚没状态-值得注意的是，如果有需要，验证者总是能够发送额外的保证金要约来“充值”余额。这样就能避免验证者余额低于16然后被放到退出队列里去。即将退出阶段

虽然主动退出的验证者表达了停止验证的意愿，但是，他们是不能立即退出的。相反，虽然处于即将退出状态，他们还是要照常承担职责，跟活跃状态时候一样要见证和提议区块。这样保证了网络的稳定性，避免了验证者立即退出会造成的冲击。就像验证者想激活的时候有个等待激活状态和队列，想要退出的验证者也有一个队列，一段时间里仅允许少量验证者退出。同样地，主动退出阶段要花费的时间取决于排在前面的验证者有多少。

中科院自动化研究所将面向大中小学生开展区块链等主题的科普讲座:5月21日，新华网讯，今年，中国科学院自动化研究所将举办第十四届“自动化之光”公众科学开放日活动。届时，自动化所将面向大中小学生分别开展《脑与智能》、《区块链技术与平行智能》、《大数据时代的视觉智能》、《动画真奇妙》等4个主题报告，用实例和生动的演示深入浅出地为大家揭示智能技术的原理和奥妙。[2018/5/21]

-图7：从正在退出到完全退出-被罚没状态

验证者违反协议后被抓，就要立即被罚没1ETH，然后进入被罚没状态，这跟即将退出状态类似，但是还要遭受惩罚。这一点我们在下文的“完全退出”部分讨论。

-图8：从被罚没到完全退出-处于即将离开状态乃至已经完全退出的验证者，都有可能被罚没。这样能防止作恶的验证者利用正常的退出机制、在作恶被发现以前逃之夭夭。结果就是状态模型变得更加复杂：

-图9：补充罚没条件之后-完全退出

转到完全退出状态之时，验证者就正式结束了自己的工作，不再需要见证和提议区块，也不再需要紧跟Eth2区块链的实时动态了。转成完成退出状态之后，大概还有一天的延迟8，之后才能取出验证者余额。不过，如果一个验证者是从被罚没状态中完全退出的，那还要接受两项额外的惩罚。第一项，从完全退出到能够取款的间隔会长得多，要36天9。第二项，在这36天期间，系统还会根据该验证者作恶被抓的时间点前后18天内被罚没的验证者数量对该验证者施加进一步的惩罚。那么该验证者的有效余额损失比例10将如下图所示：

-图10：被罚没的有效余额与同期被罚没的验证者比例的关系-36天的周期走完，被罚没验证者剩下的余额就能拿走了。从这个生命流程图中可以看出，没有额外的机制让一个完全退出的验证者重新激活。因此，一旦某个验证者退出，其资金就会一直休眠，等待验证者前来取走。不过，Eth2Phase0时候，资金是不能转账的——因此所有完全退出的验证者的资金都仍保存在质押系统中，直至开启转账功能。没有转账功能，是因为用户帐户模式还未引入。补充后的验证者生命流程

把上面所有详细信息补充到流程图中，可以得到一个完整的图：

-图11：补充后的验证者生命流程图-请细看其中补充的条件、各阶段的历时、转换过程，这些细节对成功运行Eth2验证设施非常关键。从初始化保证金到取出保证金，这个生命流程图点出了各阶段可能发生的情况，也为验证者在全时段中的表现提供了清晰的解释。注1：要注意的的是，以太坊2.0的规范没有一个显式的状态机，因此，各阶段的名称都是作者为便于描述而给出的。注2：1024个以太坊1.0区块的时间加上32个以太坊2.0的时段。注3：这里假设验证者存够了32ETH。如果没有存够，则该验证者会一直停留在保证金存入阶段，直到该验证者另外发起保证金要约，使其余额超过32ETH。注4：如果不到32ETH，那还可以另外再存入，提高该验证者的余额。注5：每个时段有/63356个名额，下限是4个。注6：即4个时段的长度。注7：每一个验证者都需要在一个时段中的某个时隙发出见证消息，而每一个时隙都会有一名验证者被随机选中作为区块提议者。注8：256个时段。注9：8192个时段。注10：注意，罚没力度最高是100%的有效余额，但有效余额的上限是32ETH，无论该验证者的实际余额是多少。

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