一文詳解以太坊驗證者的生命周期_NBS

原文標題：《Understanding The Validator Lifecycle》

原文作者：Jim McDonald

原文編譯：John

以太坊 2.0 使用權益證明來確保其網絡安全性， 被稱為「驗證者」的計算機進程將對即將被打包的下一個區塊進行投票（下文稱「見證」），同時他們也會提議讓自己的區塊被打包進去。但是，驗證者不是僅處于「開」與「關」的狀態：他們會在他們的生命周期里歷遍一系列的交易。這篇文章將深度剖析驗證者的生命周期，展示每個狀態和狀態轉換之際發生的事情，什么觸發了狀態轉換，以及每次狀態轉換所需要的時間（注解 1 ）。

在以太坊 2.0 里，時間通常是以 epoch 為單位，一個 epoch 包括了 384 秒即大概是 6 分半。為了方便理解，以這種方式計量的時間被粗略地翻譯成分鐘，小時和天，并伴有可用的準確信息在相對應的腳注里。

在深入分析細節之前，先來看看驗證者的生命周期概覽，以及用來描述其不同狀態的術語。

圖表 1 ：驗證者生命周期概覽

以下是狀態標簽:

已存款 - 存款協議已被以太坊（Ethereum） 1.0 網絡接受

IMF總裁：跨機構合作對CBDC非常重要，將發布兩份關于CBDC的文件:6月20日消息，國際貨幣基金組織（IMF）總裁Kristalina Georgieva在拉巴特舉行的中央銀行數字貨幣（CBDC）高層政策圓桌會議上表示，跨機構合作對于實現CBDC收益和支付系統互操作性非常重要，IMF的任務是幫助確保包括CBDC在內的數字貨幣促進國內和國際經濟和金融穩定。[2023/6/20 21:48:42]

待處理 - 存款協議已被以太坊（Ethereum） 2.0 網絡接受

活躍中 - 驗證者正在見證和提議區塊

退出中 - 驗證者正處在中止見證和提議區塊的進程

罰沒中 - 驗證者被發現作弊，正處在中止見證和提議區塊的進程中

已退出 - 驗證者不再參與見證

一個元狀態同樣被定義了: 見證, 即所有驗證者要參與進來見證和提議區塊的狀態（活躍中，退出中的，罰沒中）。這個狀態是重要的，因為當驗證者處于這些狀態時需要去訪問以太坊（Ethereum） 2.0 網絡來與其職責保持同步以免被懲罰。

圖表 2 ：見證的元狀態

定義了這些狀態之后就是詳細分析每一個狀態以及它們之間的交易的時候了。

當前以太坊Gas費飆漲165%至53GWei:金色財經報道，據ultrasound.money數據顯示，當前以太坊Gas費升至53GWei附近，10分鐘飆漲165%，表面ETH鏈上活躍度有所上升。[2023/4/7 13:49:47]

接受存款協議就是驗證者生命周期的開始。接受發生在以太坊 1.0 鏈上， 因為那就是驗證者資金的來源。在這時以太坊 2.0 的鏈還不知曉這筆存款。

驗證者會保持大概 7 個半小時在這個存款狀態里（注解 2 ），以確保不會有一個鏈的重組影響到以太坊 1.0 交易并有可能使存款協議無效。這之后驗證者就會去到待處理狀態（注解 3 ）。

圖表 3 ：從已存款狀態轉換到準備狀態

一旦這筆存款在以太坊 1.0 的鏈上存在了足夠長的時間后，它就會被添加到以太坊 2.0 的鏈上去。這標志著這個驗證者已經正式被以太坊 (Ethereum) 2.0 所認可。假如最少 32 個 ETH 已經被存進去的話（注解 4 ），驗證者現在就會準備開始見證。

準備中的驗證者會被放在一個隊列里：以太坊（Ethereum) 2.0 一次只允許一小部分驗證者開始或停止驗證（注解 5 ），以保證驗證者的集穩定。如果隊列是空的則準備中的驗證者會在大約 25 分鐘后變成活躍狀態（注解 6 ）：如果這是一個非常繁忙的時段則有可能經過數天甚至數星期之后驗證者才會被激活。但是一旦驗證者從等候隊列中出來，它就會變成活躍狀態。

加密礦企Sphere 3D 1月生產約38枚BTC，日產量環比增長118%:金色財經報道，加密礦企 Sphere 3D 發布 2023 年 1 月比特幣挖礦報告，總計生產 37.84 枚 BTC，平均每天產量為 1.26 枚，日產量較 2022 年 12 月增長 118%。截至 1 月 31 日，Sphere 3D 運營約 4330 臺 S19j Pros 礦機，總哈希率約 433 PH/s。1 月，Sphere 3D 收到大約 11000 臺礦機，營運資金、海關費用、關稅、保險和運輸費等總計支出 121.65 枚 BTC，全面部署后礦機總量將達約 15000 臺，哈希率超 1.6 EH/s。[2023/2/17 12:13:49]

圖表 4 ：從準備狀態到活躍狀態的過渡

驗證者理應在活躍狀態下度過它們主要的生命周期。活躍的驗證者會以 6 分鐘一次的頻率參與當時的見證，偶爾還會有提議區塊鏈的工作（注解 7 ）。驗證者會保持活躍狀態直到以下其中一種事情發生：

驗證者由于在需要其參與見證時沒有履行職責被懲罰，導致資金下降到 16 個 ETH 以下。

用戶通過發送一筆合適的交易來要求停止驗證（在這個驗證者變成活躍狀態的頭 9 天里無法發起這種交易）。

驗證者被證明作弊。

加密研究員：Jump Trading可能通過操縱Pyth喂價阻止鏈上倉位被清算:11月27日消息，加密貨幣和金融研究員FatMan發推表示，對做市商Jump Trading產生質疑，認為其有可能通過操縱Pyth預言機喂價阻止某些鏈上倉位被清算，甚至表示有Jump員工透露數月前Jump有意使用Pyth狙擊散戶倉位。[2022/11/28 21:05:32]

在前兩種情況里，驗證者被添加到希望停止驗證的驗證者隊列里（將要離開活躍狀態的驗證者和將要進入活躍狀態的驗證者一樣，數量是被限制的，大概幾分鐘才有 1 個）

圖表 5 ：從活躍狀態到正在退出狀態的過渡

在第三種情況里，驗證者被加入到一個被發現在作弊的驗證者的隊列里以接受懲罰。

圖表 6 ：從活躍狀態到罰沒中狀態的過渡

請注意，通過發送包括了相同驗證者信息的額外存款協定來向一個活躍驗證者充值額外的 ETH 是有可能會發生的情況（永遠要記住有效的余額不能超過 32 個 ETH）。這有助于避免驗證者的資金降到 16 個 ETH 以下并且被添加到退出隊列的情況。

基于比特幣閃電網絡開發游戲的工作室Pnkfrg完成300萬美元融資:金色財經消息，基于比特幣閃電網絡開發游戲的工作室Pnkfrg完成300萬美元融資，游戲行業專家London Venture Partners（LVP）和Initial Capital領投，Stillmark、Velo Partners、Fulgur Ventures參投。

Pnkfrg專注于在比特幣閃電網絡上設計游戲，新資金將用于開發基于閃電網絡的休閑游戲。Pnkfrg工作室以移動游戲為核心，專注于免費游戲(F2P)，允許玩家參與經濟而無需花費資金來享受游戲。（Bitcoin Magazine）[2022/5/17 3:20:48]

當網絡現有的驗證者表明了自己想要停止驗證的意圖之后，無論他是自愿的還是非自愿的，他都不會馬上這樣做而是會進入退出中的狀態，和以往的活躍狀態一樣繼續同樣多地參與見證和提議。這保證了網絡的穩定性，避免了一個驗證者決定離開時就馬上停止履行職責的情況。

與一個驗證者想要從準備狀態變成活躍狀態時類似，要離開的驗證者要進入一個一次只能允許少數通過的一個隊列。又和加入時類似，在退出中狀態里花費的時間取決于驗證者在隊列里的排隊數量。

圖表 7 ：從退出中到已退出狀態的過渡

一個被發現作弊的驗證者會馬上受到 1 個 ETH 的懲罰，從余額里扣除。然后他會進入到一個罰沒中的隊列里去，這個罰沒中隊列類似于一個退出中隊列，但是它會被標記為需要額外的懲罰，我們會在接下來的「已退出」狀態里討論這個問題。

圖表 8 ：從罰沒中狀態過渡到已退出狀態

一個驗證者在退出中的時候以及甚至在退出之后都有可能被罰沒（但在他能取回自己的資金之前）。這避免了這種情況的發生：驗證者作弊之后，通過常規的退出機制，在自己的作弊行為被發現之前就退出，從而逃脫了懲罰。這帶來了一個略微復雜的狀態模型。

圖表 9 ：擴展罰沒條件

當一個驗證者去到已退出狀態，他就已經正式完成了自己的使命。他不用再參與見證或提議區塊，并且不再需要擁有關于以太坊 2.0 鏈的狀態信息。

在退出之后，在資金能被轉離驗證者之前有一個大約 1 天（注解 8 ）的最后延遲。但是，如果這個驗證者被標記為經過了罰沒中狀態，那么他會承受兩個額外的懲罰。

第一，在已退出狀態里能轉移資金之前花費的時間會更長，是 36 天（注解 9 ）。第二，在這個 36 天周期的中途，他會承受進一步的扣款，扣款金額取決于這個驗證者被發現作弊之前 18 天被罰沒的驗證者數量以及這個驗證者被發現作弊之后的 18 天被罰沒的驗證者數量。下圖展示了一個驗證者的有效余額損失（注解 10 ）的總百分比

圖表 10 ：在大致相同的時間里，被罰沒的有效余額與網絡被罰沒驗證者數量的百分比對比

一旦 36 天到期，被罰沒的驗證者們的剩余資金就可以被轉移了。

正如生命周期圖表里所能看到的一樣，一個已退出的驗證者無法再通過任何機制重新進入活躍狀態。就是說，一旦一個驗證者退出了，他的資金會在被轉移之前保持休眠狀態。注意，你無法在以太坊 2.0 的 0 階段轉移資金 - 所有已退出的驗證者的資金會一直保留在驗證者中，直至資金轉移操作被引入。缺少轉移操作的原因是缺乏可以轉移 ETH 的用戶賬戶。

結合以上所有信息考慮將帶來一副更加全面的驗證者生命周期圖景

圖表 11 ：擴展的驗證者生命周期

了解不同狀態之間的轉換所要求的條件以及消耗的時間，對于確保以太坊 2.0 質押基礎設施的成功運行至關重要。從一開始的存款到資金的提出，生命周期展現了每個狀態里可能發生的事情并對驗證者在任何時候的行為進行了明確的解釋。

腳注

腳注 1 ：值得注意的是，以太坊 2.0 并沒有設置一個明確的狀態機制；也就是說，狀態的名字是筆者提出來方便理解的。

腳注 2 ： 1, 024 個以太坊 1.0 的區塊加 32 個以太坊 2.0 的 epoch。

腳注 3 ：這假設了存款協議需要完整的 32 個 ETH。要是存款協議少于這個閾值，驗證者將停留在已存款狀態中，直到有更多的存款協議把驗證者的余額提高到至少 32 個 ETH。

腳注 4 ：若不，則另一筆存款可以被添加以增加這個驗證者的余額到這個數量。

腳注 5 ：每 epoch 為 ( 活躍中 + 退出中 + 罰沒中的驗證者 )/65536 ，最小值為 4 。

腳注 6 ： 4 個 epoch。

腳注 7 ：每一個 epoch 內一個驗證者只能見證一次，每一個 slot 內只有一個指定的驗證者履行提議者的職責。

腳注 8 ： 256 個 epoch

腳注 9 ： 8192 個 epoch

腳注 10 ：注意因為懲罰最高可達到有效余額的百分之百，一個驗證者的最大懲罰永遠不會超過 32 個 ETH，無論該名驗證者的真實余額如何。

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