科普 | Eth2 驗證者的生命流程_ETH

以太坊2.0使用權益證明機制來保護網絡，也就是由許多叫做“驗證者”的計算機線程來投票決定哪一個區塊能夠上鏈，當然也會自己提出備選區塊。不過，驗證者不是僅僅只有“開”和“關”兩種狀態：從成為驗證者到退出驗證者的整個生命周期中，其狀態會經過多次轉換。本文會深入研究驗證者的生命周期，展示各階段和轉換過程的實質、如何觸發轉換，以及每種轉換的歷時?1。

先說明一下時間單位

以太坊2.0中的時間通常是用“epoch”這種單位來度量的，1個時段是384秒，也就是六分半鐘。為便于理解，基于這一度量的時間我都轉化成了以分鐘、小時、天為單位，并在附錄的腳注中提供詳細信息。

驗證者生命周期概述

在深入細節以前，我們先來看看驗證者生命周期的概況、了解一下用于表述不同狀態的術語。

-圖1：驗證者生命周期一覽-

各標簽所示的階段如下：

已存入保證金：保證金要約已被以太坊1.0區塊鏈打包

等待激活：保證金要約被以太坊2.0網絡接受

國務院：推進科普與區塊鏈技術深度融合:為貫徹落實黨中央、國務院關于科普和科學素質建設的重要部署，依據《中華人民共和國科學技術進步法》、《中華人民共和國科學技術普及法》制定《全民科學素質行動規劃綱要（2021－2035年）》，其中要求實施智慧科普建設工程。推進科普與區塊鏈等技術深度融合，強化需求感知、用戶分層、情景應用理念，推動傳播方式、組織動員、運營服務等創新升級，加強“科普中國”建設，強化科普信息落地應用，與智慧教育、智慧城市、智慧社區等深度融合。（新華社）[2021/7/10 0:40:52]

活躍：驗證者要見證區塊及提議區塊

即將退出：驗證者即將停止見證及提議區塊

被罰沒：因為作弊被抓，驗證者停止見證和提議區塊

完全退出：驗證者完全退出，不再參與任一流程

也可由此定義出一種基本狀態：“

正在見證”，激活、主動退出及完全退出都在該狀態中，處于該狀態的驗證者被指望去見證及提議區塊。這個狀態是最重要的，在此狀態下，驗證者需要連接以太坊2.0網絡、同步數據，以履行責任，避免被懲罰。

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該計劃旨在全維度推動社會建立對產業更清晰的認知，與“鯤鵬計劃”一道助力數字經濟及區塊鏈產業本身健康發展夯實“人才”和“產業認知”兩大基礎。[2021/4/26 20:59:37]

-圖2：“正在見證”狀態-

定義完了這些階段之后，我們就來詳細考察它們之間的轉換過程。

保證金存入階段

保證金要約被接受是驗證者生涯的開始；這個接受過程是在以太坊1.0鏈上發生的，因為驗證者資金原本就放在以太坊1.0鏈上。但1.0鏈接受之時，2.0鏈還不能感知到這筆存款。

驗證者的保證金存入階段大概要歷時7.5個小時?2，以保證鏈重組影響到Eth1交易的順序乃至保證金要約無效化的概率足夠小。這個階段完成后，驗證者就進入等待激活階段?3。

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-圖3：從保證金存入階段轉到等待激活階段-

等待激活階段

保證金在Eth1鏈上存入足夠久之后，它就會被Eth2鏈接受。這標志著驗證者正式開始接受Eth2的組織。假設一位驗證者存入了至少32ETH?4，那么TA就可以開始作見證了。

等待激活的驗證者會組成一個隊列：在一個時間點，Eth2鏈上能激活和能退出的驗證者數量都是一個比較小的數量5，以保證驗證者集合的穩定性。如果隊列是空的，那么等待激活的驗證者會在大約25分鐘以后激活?6；如果隊列很長，那可能要幾天甚至幾周才能激活。不過，排完隊之后，驗證者就可以直接激活、參與見證。

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-圖4：從等待激活到活躍階段-

活躍階段

一般來說，一名驗證者的絕大部分時間都處于這個階段。活躍驗證者大約每6分鐘要發出一條見證消息，偶爾要自己提議區塊?7。驗證者會一直保持在活躍狀態，除非出現下列三種情況：

該驗證者因沒有及時發出見證消息而遭受懲罰，最終其余額低于16ETH

該驗證者主動要求退出，方法是發送相應的一筆交易

該驗證者被證明作惡

在前面兩種情況中，驗證者都會被加入退出隊列。

-圖5：從激活狀態到即將離開-

在第三種情況下，驗證會被加入作惡者隊列，接受懲罰。

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-圖6：從激活狀態到被罰沒狀態-

值得注意的是，如果有需要，驗證者總是能夠發送額外的保證金要約來“充值”余額（但是

有效余額的上限是32）。這樣就能避免驗證者余額低于16然后被放到退出隊列里去。

即將退出階段

雖然主動退出的驗證者表達了停止驗證的意愿，但是，他們是不能立即退出的。相反，雖然處于即將退出狀態，他們還是要照常承擔職責，跟活躍狀態時候一樣要見證和提議區塊。這樣保證了網絡的穩定性，避免了驗證者立即退出會造成的沖擊。

就像驗證者想激活的時候有個等待激活狀態和隊列，想要退出的驗證者也有一個隊列，一段時間里僅允許少量驗證者退出。同樣地，主動退出階段要花費的時間取決于排在前面的驗證者有多少。

-圖7：從正在退出到完全退出-

被罰沒狀態

驗證者違反協議后被抓，就要立即被罰沒1ETH，然后進入被罰沒狀態，這跟即將退出狀態類似，但是還要遭受懲罰。這一點我們在下文的“完全退出”部分討論。

-圖8：從被罰沒到完全退出-

處于即將離開狀態乃至已經完全退出的驗證者，都有可能被罰沒。這樣能防止作惡的驗證者利用正常的退出機制、在作惡被發現以前逃之夭夭。結果就是狀態模型變得更加復雜：

-圖9：補充罰沒條件之后-

完全退出

轉到完全退出狀態之時，驗證者就正式結束了自己的工作，不再需要見證和提議區塊，也不再需要緊跟Eth2區塊鏈的實時動態了。

轉成完成退出狀態之后，大概還有一天的延遲?8，之后才能取出驗證者余額。不過，如果一個驗證者是從被罰沒狀態中完全退出的，那還要接受兩項額外的懲罰。

第一項，從完全退出到能夠取款的間隔會長得多，要36天?9。第二項，在這36天期間，系統還會根據該驗證者作惡被抓的時間點前后18天內被罰沒的驗證者數量對該驗證者施加進一步的懲罰。那么該驗證者的有效余額損失比例?10?將如下圖所示：

-圖10：被罰沒的有效余額與同期被罰沒的驗證者比例的關系-

36天的周期走完，被罰沒驗證者剩下的余額就能拿走了。

從這個生命流程圖中可以看出，沒有額外的機制讓一個完全退出的驗證者重新激活。因此，一旦某個驗證者退出，其資金就會一直休眠，等待驗證者前來取走。不過，Eth2Phase0時候，資金是不能轉賬的——因此所有完全退出的驗證者的資金都仍保存在質押系統中，直至開啟轉賬功能。沒有轉賬功能，是因為用戶帳戶模式還未引入。

補充后的驗證者生命流程

把上面所有詳細信息補充到流程圖中，可以得到一個完整的圖：

-圖11：補充后的驗證者生命流程圖-

請細看其中補充的條件、各階段的歷時、轉換過程，這些細節對成功運行Eth2驗證設施非常關鍵。從初始化保證金到取出保證金，這個生命流程圖點出了各階段可能發生的情況，也為驗證者在全時段中的表現提供了清晰的解釋。

注1：要注意的的是，以太坊2.0的規范沒有一個顯式的狀態機，因此，各階段的名稱都是作者為便于描述而給出的。

注2：1024個以太坊1.0區塊的時間加上32個以太坊2.0的時段。

注3：這里假設驗證者存夠了32ETH。如果沒有存夠，則該驗證者會一直停留在保證金存入階段，直到該驗證者另外發起保證金要約，使其余額超過32ETH。

注4：如果不到32ETH，那還可以另外再存入，提高該驗證者的余額。

注5：每個時段有/63356個名額，下限是4個。

注6：即4個時段的長度。

注7：每一個驗證者都需要在一個時段中的某個時隙發出見證消息，而每一個時隙都會有一名驗證者被隨機選中作為區塊提議者。

注8：256個時段。

注9：8192個時段。

注10：注意，罰沒力度最高是100%的有效余額，但有效余額的上限是32ETH，無論該驗證者的實際余額是多少。

原文鏈接:?https://www.attestant.io/posts/understanding-the-validator-lifecycle/

作者:?JimMcDonald

翻譯:?阿劍

本文由作者授權EthFans翻譯及再出版。

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