Eth2 Staking指南：分片化的共识

编者按：本文来自以太坊爱好者，作者：CarlBeekhuizen，翻译：阿剑，Odaily星球日报经授权转载。特别感谢SachaYves-Leger和JosephSchweitzer的指正。Sharding是Eth2对比Eth1的许多升级之一。这个名词来源于数据库研究，就是将一个大的数据库切分为许多部分，而一个分片就是一个部分。那么放到Eth2和数据库的语境下，分片就意味着要把整个系统的存储和计算切分开来、相互独立地处理各分片，然后随实际需要组成最终结果。具体来说，Eth2系统中包含了许多分片链，而每一个条分片链的功能都与Eth1区块链相似，这就能带来大幅度的可扩展性提升。不过，在Eth2中还有一种不那么为人所知的分片类型，而且从协议设计的角度来看，这个类型可能更为激动人心：分片化的共识。分片化的共识

StarkNet桥接存储总价值过去10天增加超1万枚ETH:金色财经报道，据Dune Analytics最新数据显示，以太坊Layer2扩容解决方案StarkNet跨链桥接存储总价值已突破 3万枚 ETH，本文撰写时为32,347 ETH（按照当前 ETH 价格计算接近6000万美元），参与桥接交易的用户量为271,512个。历史数据显示，StarkNet跨链桥接存储总价值于3月24日突破2万枚ETH，这意味着过去10天增加超1万枚ETH。[2023/4/4 13:42:52]

就像网络中最慢节点的处理能力限制了网络的吞吐量，单个验证者的计算资源也决定了能够参与共识的验证者总数量。因为每新增一个验证者，都会给系统中的所有其他验证者带来额外的工作量，那么随着验证者数量的增加，最终会达到一个状态：资源最少的那个验证者将不再能够参与共识。那么Eth2处理这个问题的方案就是分片化的共识。分析

美国参议员ElizabethWarren质疑上市矿企Greenidge的环境足迹:12月3日消息，美国参议员ElizabethWarren在给上市公司首席执行官JeffreyKirt的一封详细信中质疑GreenidgeGeneration（GREE）在纽约州的比特币采矿业务的环境足迹。Warren写信给JeffreyKirt，她担心公司的能源使用以及对环境和消费者的影响。鉴于与比特币采矿相关的极高的能源使用量和碳排放量，Greenidge和其他工厂的挖矿作业引发了人们对其对全球环境、当地生态系统和消费者电力成本影响的担忧，并要求在12月17日前做出详细回应。（FxStreet）[2021/12/3 12:48:23]

Eth2的系统中有两种基本的时间单位，时隙和时段。一个时隙是12秒，这是我们预期可出一个区块的时间；区块其实是一种让验证者的投票能集合发布到链上的机制，不止于包含交易让链变得有用。一个时段由32个时隙组成，在一个时段中，信标链要执行所有跟链的维护相关的计算，包括：合理化及敲定新区块、给验证者发放奖励和惩罚。我们在本系列的第一篇文章中提到，验证者会被分配到不同的委员会中执行工作。那么在任一时刻，都有验证者同时既是信标链委员会成员、也是某一个分片链委员会的成员；每个验证者在一个时段中都要发出见证消息一次——为已经提出的信标链区块投票。Eth2的分片化共识的安全模型，基于这样一个观念：让委员会在某种程度上就是整个验证者集合的准确统计学代表。举例而言，如果整个验证者集合中有33%的验证者是恶意的，那么他们可能就会进入到同一个委员会中。那就完蛋了。

40万枚ETH从火币转出，Glassnode称为内部转账:Whale Alert监测数据显示，北京时间9月2日12:03，40万枚ETH从火币地址转入未知地址，按当前价格计算，价值约1.88亿美元，交易哈希为：0x7b4f9c4299c6e3ac43c44531f14c0696eac83e9b1efefe72f3a46b402b9b34c2。Glassnode数据称这是火币内部转账。[2020/9/2]

3万枚ETH从Bithumb交易所转出，价值688.8万美元:据WhaleAlert数据显示，北京时间07月06日14:11，3万枚ETH从Bithumb交易所转入0x7be9开头地址，按当前价格计算，价值约688.8万美元，交易哈希为：0x7b49ce612d4b5a2be605e6d7501313b4ce3fd097fc7c57d44faf36cffb747846。[2020/7/6]

所以，我们需要确保事情不至于如此。换句话来说，我们需要保证的是，如果33%的验证者是恶意的，那么在一个委员会中只有约33%的验证者是恶意的。我们需要两个举措来实现这一点：保证验证者的委员会分配是随机的组成委员会有数量下限要求举个例子，如果单个委员会由128个随机选出的验证者组成，那么一个控制了全网1/3验证者的攻击者能够控制单个委员会的2/3验证力量的概率是非常非常小的。综合

验证者提交的投票叫做“见证消息”。见证消息由几个部分组成：对信标链顶端区块的投票对合理化信标区块/确定化信标链区块的投票对分片链最新状态的投票所有同意该投票的验证者的签名把尽可能多的部分都组合到一条见证消息中，系统的整体效率便得以提升，因为，在检查验证者的签名时，不再需要分别验证对信标链区块的投票和对分片链区块的投票，节点只需基于见证消息做运算，即可得知信标链区块的状态和每一条分片链的状态。如果每一个验证者都提交了自己的见证消息，而每一条见证消息都需要被所有其它节点单独验证一次，那么Eth2的节点的开销可能会变得很大。这就是为什么我们需要“聚合技术”。见证消息被设计成容易组合的形式，因此，如果有两个乃至更多验证者做了同样的投票，那就可以用一条见证消息把他们的投票都汇总起来，只需把签名字段放在一起即可。这就是“聚合”和含义。委员会的投票在根本上来说也是易于聚合的，因为这些验证者都被分配到了同一个分片上，因此分片状态的投票和对信标链区块的投票很可能是相同的。这就是Eth2能随着验证者数量的增加而扩展吞吐量的机制。通过把验证者打散到委员会内，验证者将只需关心自己所在委员会的成员，也只需检查极少数从其它委员会处传来的、已经聚合过的见证消息。签名聚合Eth2使用了BLS签名方案——一种在多条椭圆曲线上得到定义、对签名聚合较为友好的方案。在方案所选定的曲线上，单个签名的大小是96字节。如果占总量10%的ETH参与了质押，则Eth2会拥有约35万个验证者。这就意味着，单个epoch产生的签名数据量大小可能会达到33.6MB，那么一天就是7.6GB。那么，只要133天，签名数据就会超过1TB。解决方案是，BLS签名是可以聚合的。如果Alice提交了签名A，而Bob所提交的签名B是对相同数据签的名，那么只需存储C=A+B，就能验证Alice和Bob的签名。使用了签名聚合技术，整个委员会的验证者前面都可以聚合成一个签名。这样就能将签名数据的存储需求降低到每天2MB。总结

把验证者分配到不同委员会中的设计，让验证Eth2所需付出的工作量降低了几个数量级。对于一个想要验证信标链和所有分片链的节点来说，它要做的仅仅是监测来自每一个委员会的聚合见证消息，只需如此便可知道每条分片链的状态，以及各验证者对哪些区块属于/不属于信标链主链的看法。因此，委员会机制帮助Eth2实现了两大设计目标：只需消费者级别的笔记本即可参与Eth2网络、支持尽可能多的验证者来实现尽可能的去中心化。用数字来说明：大多数拜占庭容错式的权益证明协议只能支持数十位验证者，但Eth2可以支持数十万验证者同时为系统安全性作贡献，又不牺牲执行时延和吞吐量。

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