干貨 | 以太坊 2.0 Phase 0 的獎懲力度模擬_SYS

作者:?ConsenSys

翻譯&校對:?閔敏&阿劍

來源：以太坊愛好者

簡介

ConsenSysCodefi正在構建構建針對貿易和金融的區塊鏈操作系統，促進全球市場步入“金融2.0”時代。為實現這一目標，最關鍵的部分在于如何創建并利用原生數字資產，并以此作為激勵手段將網絡的去中心化程度最大化，成為新型金融產品和市場的可靠支柱。實現“以太坊2.0”以及向權益證明的過渡是我們的首要任務。我們很樂于分享相關的經驗、知識，并探討包括代幣經濟在內的相關話題。

對以太坊1.0區塊鏈的巨大需求有時會導致用戶體驗不佳，比如，交易要等一段時間上鏈，交易手續費波動較大。長期以來，高度可擴展性——將交易的處理能力從當前的每秒15筆左右提高到上千筆——都是以太坊的目標之一。

我們目前處于以太坊2.0上線的第一階段，即Phase0。一旦2.0的所有階段都部署完成，交易量將得到巨幅提升。為實現這一目標，以太坊即將采取兩大主要的升級舉措：分片和權益證明。升級之后，以太坊網絡的經濟機制、共識機制和運行機制都將發生變化。我們將在下文給出詳細介紹。

激勵

以太坊1.0是采用工作量證明機制的區塊鏈：礦工要計算出計算難題的解才能挖出一個區塊，解決難題的概率與其所提供的計算機運算力成正比，與整條鏈上的難題難度值成反比。如果這名礦工成功挖出了一個區塊，就可以獲得2ETH的獎勵以及交易費。工作量證明的核心就是如此。你可以根據上一個區塊的難度值來估算出整個網絡的算力大小，再進一步推算出你自己挖出下一個區塊的概率，以此預測自己的成本。

在共識機制方面，以太坊2.0的技術性較強。

如果你看到這里，想要有個粗略的參考的話，請跳到下文的“實用的網絡增發率估測法”一節。

本文的目的是讓讀者大致了解以太坊2.0的權益證明實現，及其獎懲制度。我們會分解一下經濟激勵，快速評估權益可能會帶來的投資回報率。最后，我們會介紹Codefi的質押即服務團隊正在構建的模擬，以便讀者能更加細致地理解這個主題。

孫宇晨：火幣擬在香港設新辦事處:4月26日消息，加密貨幣交易所火幣早前宣布申請香港加密貨幣交易牌照，火幣顧問及波場創辦人孫宇晨表示，火幣計劃在香港設立一個新的辦事處。[2023/4/26 14:28:11]

誠實驗證者

只要你向以太坊1.0區塊鏈上部署的保證金合約存入資金，不論是一筆還是多筆，等到總金額等于或大于32ETH之后，你就有資格成為以太坊2.0信標鏈上的驗證者。

你可以無限制地往保證金合約中轉入押金。但是，有效余額，即，信標鏈在運行時對你的權益分量的認定，是有上限的。換言之，你的余額可以高達1000ETH，但是你所能獲得的獎懲只取決于有效余額，而有效余額的上限是32ETH。

另一方面，如果身為驗證者的你遭到了懲罰，致使余額降至16ETH以下，就會觸發強制/非自愿退出。

所謂誠實驗證者就是運行客戶端的個體，客戶端是根據信標鏈規范來編寫的，會避免采取違反協議的行動。

需要強調的是，懲罰與罰沒是完全不同的。前者指的是，驗證者因投錯票或離線而被扣除部分余額。如果有驗證者被發現在生成見證消息之時觸犯了罰沒條件，它就會被強制退出驗證者隊伍，在排隊退出的這段時間內，每一個epoch都會扣除部分余額作為罰金。

論以太坊2.0的出塊和共識

信標鏈運行的基本時間單位叫

slot。就像心跳一樣，每12秒就是一個slot，選出一名驗證者來提議區塊。一旦區塊生成并廣播出去，由一些驗證者組成的見證者委員會就會對該區塊投票，以決定是否將其納入區塊鏈。

“委員會”的設計是為了分配驗證者到不同的驗證工作上，讓每位驗證者都能在每個epoch期間投一次票。委員會里的驗證者之間相互通信，能夠將他們的投票消息聚合到一起。如果在一個slot內被選中的區塊提議者沒有提出區塊，這個slot即被認定為被跳過的slot。在這種情況下，就會基于前一個slot中的最后一個區塊進一步創建提議和見證消息。

去中心化加密衍生品協議Maverick Protocol已上線zkSync Era主網:4月18日消息，去中心化加密衍生品協議 Maverick Protocol 官方宣布，已上線 zkSync Era主網。Maverick Protocol 此前已在以太坊主網啟動。

此前報道，Maverick Protocol 于 2 月份宣布完成 800 萬美元融資，Pantera Capital 領投。[2023/4/18 14:11:39]

提議者的工作是生成一個TA認為可以添加到鏈頂部的區塊。至于哪條鏈才算主鏈，則靠LMDGHOST分叉選擇算法決定：在所有獲得投票的分叉中，以遞歸的方式找到權重最大的那個，然后選擇這個分叉。當驗證者在見證某個區塊之時，他們實際上是在對這個區塊所在的分叉投贊成票。

為了實現區塊鏈的最終確定性，誠實的驗證者會在他們的見證消息中提供另外兩個投票，來推動以太坊2.0版本的CaspertheFinalityGadget算法運行：一個投的是最新的合理化epoch，另一個投的是最新的epoch邊界。

-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

在每個epoch開始之時，都會計算見證消息中的投票情況。如果有一個最新的合理化epoch獲得了絕對多數票，檢查點就會推進到該epoch。依據某些規則，該epoch的父epoch乃至祖先epoch都將得到最終確定。

如果系統在連續幾個epoch內都未能實現最終確定性，則信標鏈上的所有驗證者都會遭受不作為懲罰。這里還有很多可以展開的地方！如果你想要進一步了解細節的話，可以參見Vitalik等人寫的《將GHOST與Casper結合》、以太坊基金會發布的Phase0信標鏈技術規范、DannyRyan寫的關于Phase0的文章，以及JosephChow寫的一篇信標鏈入門詳解。

Visa提議使用StarkNet進行自動循環支付:金色財經報道，Visa表示，建立在以太坊之上的第2層區塊鏈StarkNet可能有助于彌合加密貨幣和現實世界之間的差距，讓使用自保管錢包的人更容易支付賬單。根據Visa的一份加密思想領導力提案，雖然自動循環支付在傳統的移動銀行應用程序中很常見，但在區塊鏈上是一項更難的任務。Visa使用StarkNet擴展平臺實現了加密錢包Argent的概念驗證，因為允許智能合約為用戶執行交易的帳戶抽象尚未在以太坊上上線。該提案概述了一種用戶使用自保管錢包自動付款的方法，而無需簽署每筆交易。（the block）[2022/12/20 21:55:35]

獎懲措施

罰沒

被罰沒意味著驗證者會在將來的某個時間點被強制要求退出信標鏈，在退出之前會不斷地遭到懲罰。

如果出現以下三種情況，驗證者就會遭到罰沒：

作為區塊提議者，在同一個slot內提議兩個不同的信標鏈區塊。

作為見證者，在FFG投票中，新見證消息所指向的兩個epoch恰好“包圍”自己在之前的見證消息所指向的兩個epoch。

作為見證者，所發出的多條見證消息明明指向同一個目標檢查點，來源檢查點卻不同。

驗證者只有在被發現之后才會觸發罰沒流程。作為舉報者的驗證者需要創建并傳播包含違規行為證據的特殊消息，讓區塊提議者將其打包到區塊中。打包的區塊提議者和舉報者都會獲得獎勵。

這一點在規范中并不明顯，但是在Phase0階段，只有提議者能獲得舉報獎勵——即，提議者會獲得完整的罰沒獎勵。

假設-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

常數最低罰沒金額系數=32

SBF曾考慮在9月份關閉Alameda:金色財經報道，根據商品期貨交易委員會（CFTC）提交的指控文件，SBF曾考慮在9月份關閉Alameda Research。據報道，SBF起草并分享了一份題為“‘我們來了，我們看到了，我們研究過’”的文件，其中質疑Alameda是否應該永久關閉，原因包括Alameda不能證明當前的資本成本是合理的，而且Alameda沒有賺到足夠的錢來證明其存在的合理性。SBF寫道：“我今天才開始考慮這個問題，所以還沒有進行太多審查。但是：我認為Alameda Research可能是時候關閉了。老實說，一年前就該這么做了。”

此前消息，美SEC和CFTC均已對SBF提出欺詐指控。[2022/12/14 21:42:45]

常數舉報者獎勵系數=512

常數提議者獎勵系統=8

違規的驗證者會遭到罰沒，可在之后長達

36天的epoch集合內取回自己的余額。

此外，被罰沒的驗證者將遭受以下懲罰：

提議者在將舉報信息打包進區塊之時，該驗證者會被扣除基礎罰金。

在每個epoch開始之時，該驗證者會因無法參與head/FFG投票而遭到懲罰，直到他度過退出的排隊等待期為止。

在從舉報信息被打包進區塊，到可取回余額的這段時間內，該驗證者會被扣除特殊罰金。

特殊罰金與同期遭到罰沒的其他驗證者人數成正比。特殊罰金最高可與違規驗證者的有效余額持平。

假設-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

比特幣全網難度預計將于今日上調12.87%達到35.4T，創歷史新高:金色財經報道，北京時間10月10日，據歐科云鏈OKLink BTC瀏覽器數據顯示，當前比特幣全網難度為31.36T，距離下一次難度調整還剩26個區塊，預計將于今日完成，此次調整幅度將上調12.87%突破歷史新高，達到35.4T，當前比特幣全網算力約為257.9EH/s。[2022/10/10 10:29:37]

常數罰沒金額系數=32

常數基礎獎勵系數=64

常數每個epoch的基礎獎勵=4

常數有效余額增量=1

epoch處理

每個epoch之外，每個epoch包含32個slot）在開始之時都需要完成以下事項：

確認此前區塊鏈的合理性和最終確定性

結算見證者的獎懲額度

更新驗證者注冊表

結算被罰沒的驗證者的特殊罰金

完成一些最終更新

驗證者在上一個epoch的狀態必須是

活躍的，才能獲得獎勵和/或懲罰。在退出系統之前，遭到罰沒的驗證者也會進入這個流程，但是只會在進行FFG相應結算時受到懲罰。

如果驗證者在上一個epoch是活躍的，但是沒有投票，就會因為無法配對FFG投票而遭到懲罰。驗證者不會因為離線而遭到罰沒。

-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

假設

最終確定性延遲=上一個epoch-得到最終確定的epoch

在見證余額=未被罰沒的見證者余額的總和

常數基礎獎勵系數=64

常數每個epoch的基礎獎勵=4

常數提議者獎勵系數=8

常數不作為懲罰的最小epoch跨度值=4

常數不作為懲罰系數=2^25

-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

實用的網絡增發量估測法

我們利用新學到的知識來對任意一個epoch的獎懲金額進行粗略估算吧。我們想講得簡單一點，先從兩個參數開始。

第一個參數很好理解，第二個參數指的是一個隨機選擇的驗證者在滿足聯網或其他條件的情況下能夠參與信標鏈的概率。

-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

如果我們假設信標鏈上的所有驗證者的余額和有效余額都等于32ETH，并使用上文的在線概率，我們就可以得到以下數據：

-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

現在我們可以計算出每個驗證者的獎懲情況了，如下表所示：

-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

在計算最后兩個激勵措施上，我們還需要做一些工作：根據設想，區塊見證者是位于slot的在線驗證者，在每個epoch內都呈均勻分布狀態；為了計算出驗證者激勵，我們先要定義預期值概率樹，然后將得到的幾何級數進行收斂，因為該獎勵與見證消息的發出時間和上鏈時間的差值成反比。

我們看到，提議者激勵遠遠超過其他三個數值。回顧一下知識點：每一個slot都會從信標鏈上的所有驗證者中選出一個提議者，隨著總質押量越來越多，成為提議者的概率就會降低。換言之，在一個epoch內，只有32/n的驗證者能成為提議者。

還要注意的是，我們不會對遭到罰沒的驗證者及其舉報者或是不作為延遲進行任何假設或計算。

如果我們將各個值分別乘以在線/離線驗證者的人數，再將得到的值相加，就可以得出一個基于初始條件的估計值。

因此，一個epoch內所有獎勵減去所有懲罰得到的凈增量為1,247,117,399Gwei。

也就是說，在總質押量為50萬個ETH，且在線概率為95%的情況下，每個epoch會生成大約1.25ETH的獎勵。

依據95%的在線概率，我們還可以進一步算出，總質押量不同的情況下，每個epoch產生的獎勵變化情況，并繪制成圖表。

-來源：ConsenSysCodefiAnalysis-

總結

我們應該利用

每個epoch產生的獎勵計算出年獎勵估計值嗎？

在給出肯定的回答之前，我們先來考慮以下因素：

余額

在每個epoch內，余額都會以各種不同的方式對ETH的創建產生影響。例如，如果驗證者的

有效余額達到了上限并以此獲得獎勵，則余額中超出的部分不會影響下一個epoch的計算。此外，由于有效余額的變更存在遲滯現象，實際上每位驗證者都會“損失”一部分ETH。

還要考慮以下幾個情況：可能會有驗證者因有效余額低于下限而遭驅逐，可能會有人向以太坊1.0保證金合約發送質押金而成為驗證者，可能會有質押者觸發自愿退出機制。

罰沒

建立罰沒操作的模型需要花費大量時間。首先，需要考慮以太坊2.0客戶端的開發者和質押服務商對罰沒條件的理解和所采取的回避模式。另一方面，我們只能猜測系統中誠實參與者的比例；以及違規行為被發現、廣播并打包進區塊的概率。

可能性

我們已經提到了誠實參與者的比例和違規者被舉報的概率。我們來想一下，可以利用哪些不同的方法來衡量并推測一個節點是否在線、連接良好并正常工作，它的見證消息是否會被按時聚集起來并打包進區塊，它是否能看到大多數節點所看到的slot。

信標鏈是一個復雜的自適應系統。即使我們很好地理解了這個系統的各個部分，這也不能保證我們能很好地理解整個系統。

深入理解一件事物的第一步是選擇研究的方法和工具。通過對驗證者及其在一些初始條件、設想和限制條件下與信標鏈的交互進行建模和模擬，我們就能更深入地了解權益證明實現的復雜性。

致謝

本文由ConsenSysCodefi質押即服務平臺的架構師兼技術總監HermanJunge撰寫。

特此感謝JosephChow、BenEdgington、SylvainLaurent、DiederikProtolambdaLoerakker、TimLowe、DannyRyan、AlexStokes和KuhanTharmananthar對原稿的評論。

原文：?https://codefi.consensys.net/blog/rewards-and-penalties-on-ethereum-20-phase-0

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