以太坊分布式验证者规范

原文标题：《EthereumDistributedValidatorSpecification》

原文作者：AdityaAsgaonkar

原文编译：ETH中文

动因

传统的验证者客户端设置

以太坊验证者通过用他们的质押私钥对消息签名(例如区块或证明)来参与权益证明(PoS)协议。质押私钥只能通过客户端软件来访问，客户端根据分配给验证者的职责安排消息的创建和签名。传统的验证者客户端设置会有一些风险：

·质押私钥存在一个地方。如果一个攻击者获得了这个密钥，它可以创建冲突的消息，从而导致验证存款被罚没。

不运行自己的验证者的质押者需要把他们的质押私钥交给运营商。为了保证他们质押私钥的安全，他们必须信任该运营商。

“以太坊”谷歌搜索趋势突破 18 年高点，创历史新高:据谷歌趋势数据显示，5 月 3 日至 8 日当周，“以太坊”关键字在全球范围内搜索热度突破了 2018 年年初水平，创历史新高，搜索趋势热度达到 100。据 AscendEX（BitMax）行情显示，以太坊价格暂报 3515 USDT。谷歌趋势热度分值代表指定区域和指定时间内相比于最高点的搜索热度，100 即表示热度最高。[2021/5/8 21:37:51]

·如果验证者客户端软件不能创建及时的消息以履行验证者职责，该验证者会遭受怠工惩罚(inactivity)，余额会减少。

这可能是由于软件崩溃、断网、硬件故障等原因造成的。

·如果验证者客户端连接的信标节点出现故障，验证者可能跟在一个少数节点所在的分叉上，导致在PoS协议的其他部分显示是离线状态。

比特币期权及以太坊期权未平仓合约创历史新高:金色财经报道，截至11月22日，比特币期权未平仓合约总额达到45.3亿美元，自11月15日以来增加了11.3亿美元。此外，以太坊期权的未平仓合约总额达7.8005亿美元。 据The Block Research数据，以太坊期权未平仓合约一周内增加了2.2109亿美元，涨幅为39.5％。[2020/11/24 21:50:44]

分布式验证者协议

分布式验证者协议提供了一个解决方案，以减轻与传统的单个验证者设置相关的风险与担忧。此外，该协议还可以用来实现先进的质押设置，例如去中心化的质押池。

基本概念

请注意：请参考词汇表，了解分布式验证者规范中引入的新术语的解释。

分布式验证者背后的两个基本概念是：

声音 | V神：目前以太坊网络上的大多数应用程序都来自社区本身:据ambcrypto报道，以太坊创始人V神（Vitalik Buterin）在接受采访时表示，以太坊提供了比特币所能做的所有事情，同时也提供了额外的功能，即可编程性。目前在以太坊网络上的大多数应用程序都来自社区本身，并不是他的想法。[2019/5/17]

·共识：单个验证者的职责被分给几个共同验证者(co-validator)，他们必须协作，在对任何消息签名之前就如何投票达成一致。

·M-of-N门限签名(thresholdsignatures)：验证者的质押私钥被分割为N个部分，每个共同验证者持有一个share。当至少有M个共同验证者对如何投票达成共识时，他们分别用各自的share来对消息签名，一个组合签名可以由这些share重构出来。

动态 | 以太坊未确认交易12768笔:Etherscan.io数据显示，当前以太坊未确认交易数为12768笔，与昨日相比未确认笔数基本持平，网络拥堵程度未得到进一步缓解。[2019/3/22]

PoS以太坊使用的是BLS签名方案，其中私钥可以使用M-of-N秘密共享技术(使用Shamir'sSecretSharing方案)，以实现M-of-N门限签名。

(译者注：Shamir'sSecretSharing被用于以分布式的方式来保护秘密。秘密被分割为多个部分，这些部分被称为share，这些share可以用来重构原来的秘密。而通过Shamir'sSecretSharing解密需要一个最低数量的share，被称为门限。)

通过把一个合适的(偏重于安全性的)共识算法和一个M-of-N门限签名方案组合起来，这个DV协议确保共识是得到密码学保证的，且至少有M个共同验证者对任何决定达成一致。

动态 | 以太坊指南即将发行:据ethnews报道，区块链重量级人物Andreas Antonopoulos最近通过reddit宣布，他与Gavin Wood合著的的以太坊指南“Mastering Ethereum”已被复制编辑，并且即将开始打印。根据Antonopoulos的说法，这本书将帮助开发人员学习如何在以太坊网络上构建。据悉，该指南共400多页，将于将于12月10日推出。[2018/10/20]

总体架构

本规范提出一种实现分布式验证者客户端(DistributedValidatorClient,DVC)软件的方法，作为信标节点和一个远程签名者(RemoteSigner,RS)之间的中间件：

·信标节点和远程签名者之间的所有通信都由DVC管理，以便它能提供额外的分布式验证者功能。

·信标节点和远程签名者不知道DVC的存在，也就是说，它们以为彼此像往常一样相互连接。

假设

·我们假设总共有N个节点，以及一个M-of-N门限签名方案。

为了与拜占庭容错共识协议兼容，我们假设M=ceil(2*N/3)。

·本规范假设某种基于领袖的、偏重安全性的共识协议，让共同验证者选定相同的证明/区块进行签名。我们假设共识协议在M个正确节点下成功运行，且在N个总节点中不超过F=(N-1)/3个拜占庭节点和不超过N-M-F防失败节点(fail-stopnode)。(译者注：拜占庭节点指的是在网络里故意撒谎或误导其他节点的背叛节点。)

·我们假设验证者客户端安全运行的通常前提条件包括最新的抗罚没数据库、正确的系统时钟等。

·我们暂时不考虑对“正确”以太坊分叉的投票——这个功能将在未来的更新里加上。

规范

关于规范的技术细节描述在src/dvspec/:https://github.com/ethereum/distributed-validator-specs/blob/dev/src/dvspec。

以太坊概念

·验证者：参与权益证明以太坊验证的公钥。在阶段0，验证者预期会为信标链区块履行证明和区块提议的职责。

·验证者客户端(ValidatorClient,VC)：履行验证者职责的软件。VC能访问验证者的私钥。

·远程签名者(RS)：负责以太坊私钥管理的软件，特别是用于对以太坊消息(例如区块、证明等)的签名。RS运行一个服务器，用于接受传入的对该类消息签名的请求。

分布式验证者概念

·分布式验证者(DV)：一组参与者共同履行一个验证者的职责。验证者的私钥在多个参与者中是秘密共享的，因此在没有参与者的一定多数门限下，一个完整的签名是无法形成的。

·共同验证者(Co-Validator)：参与DV协议成为一个特定验证者的BLS公钥门限验证者。

分布式验证者客户端(DVC)：通过运行DV协议(或者，作为多个共同验证者来参与，每个共同验证者身份与不同的验证者相关联）参与成为一个共同验证者的软件。DVC能访问共同验证者的私钥，即所对应的验证者的秘密共享门限私钥。

实例

使用上述术语的实例说明：

·公钥为0xa5c91...的以太坊验证者作为一个分布式验证者在运行。

·有4个共同验证者参与到验证者0xa5c91...的分布式验证者中。

·与0xa5c91...相关联的私钥在4个共同验证者中使用3-of-4的秘密共享方案来拆分，这样就建立了一个3-of-4的门限签名方案。

更简单地说，0xa5c91...的私钥被拆分为4份，每一份由共同验证者中一名来托管，这样必须至少有共同验证者中的三名合作才能从0xa5c91...产生一个签名。

每个共同验证者都在运行分布式验证者客户端软件来参与分布式验证者。

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