区块链:科普：Eth2验证者的生命流程

编者按：本文来自以太坊爱好者，作者：JimMcDonald，翻译：阿剑，Odaily星球日报经授权转载。以太坊2.0使用权益证明机制来保护网络，也就是由许多叫做“验证者”的计算机线程来投票决定哪一个区块能够上链，当然也会自己提出备选区块。不过，验证者不是仅仅只有“开”和“关”两种状态：从成为验证者到退出验证者的整个生命周期中，其状态会经过多次转换。本文会深入研究验证者的生命周期，展示各阶段和转换过程的实质、如何触发转换，以及每种转换的历时。先说明一下时间单位：以太坊2.0中的时间通常是用“epoch”这种单位来度量的，1个时段是384秒，也就是六分半钟。为便于理解，基于这一度量的时间我都转化成了以分钟、小时、天为单位，并在附录的脚注中提供详细信息。验证者生命周期概述

在深入细节以前，我们先来看看验证者生命周期的概况、了解一下用于表述不同状态的术语。

-图1：验证者生命周期一览-各标签所示的阶段如下：已存入保证金：保证金要约已被以太坊1.0区块链打包等待激活：保证金要约被以太坊2.0网络接受活跃：验证者要见证区块及提议区块即将退出：验证者即将停止见证及提议区块被罚没：因为作弊被抓，验证者停止见证和提议区块完全退出：验证者完全退出，不再参与任一流程也可由此定义出一种基本状态：“正在见证”，激活、主动退出及完全退出都在该状态中，处于该状态的验证者被指望去见证及提议区块。这个状态是最重要的，在此状态下，验证者需要连接以太坊2.0网络、同步数据，以履行责任，避免被惩罚。

人民数字FINTECH推出区块链科普动画:人民日报数字传播发布微博称，人民数字FINTECH出品《趣味科普|区块链动画》。[2020/3/31]

-图2：“正在见证”状态-定义完了这些阶段之后，我们就来详细考察它们之间的转换过程。保证金存入阶段

保证金要约被接受是验证者生涯的开始；这个接受过程是在以太坊1.0链上发生的，因为验证者资金原本就放在以太坊1.0链上。但1.0链接受之时，2.0链还不能感知到这笔存款。验证者的保证金存入阶段大概要历时7.5个小时2，以保证链重组影响到Eth1交易的顺序乃至保证金要约无效化的概率足够小。这个阶段完成后，验证者就进入等待激活阶段3。

-图3：从保证金存入阶段转到等待激活阶段-等待激活阶段

动态 | 新浪财经：官媒针对区块链的报道从科普宣传转向打假监管:据新浪财经今日消息，“1025新政”满月，一个月间，官媒对区块链的态度风向已转。据11月初的一项统计，七家党媒在新政一周内发布了65篇直接相关报道，当时文章中的关键词是数据、产业、安全、创新等，大量文章偏向于科普区块链的概念以及应用介绍，提醒警惕虚拟货币炒作的仅有3篇。近期，官媒的批评焦点则纷纷指向借区块链之名进行的虚拟货币发行和炒作行为。据统计，新华网、人民网收录转载的，以打击虚拟货币或揭露假借区块链行为主题的文章，自10月25日到11月25日午间，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周内就高达15篇。这些文章主要围绕三个观点展开：厘清区块链和虚拟货币的关系，说明二者概念不等；打击伪“区块链”局，或是虚拟货币局揭露；提醒民众，区块链不能成为炒作的噱头，更不是行的招牌，需警惕此类活动，理性投资。[2019/11/26]

保证金在Eth1链上存入足够久之后，它就会被Eth2链接受。这标志着验证者正式开始接受Eth2的组织。假设一位验证者存入了至少32ETH4，那么TA就可以开始作见证了。等待激活的验证者会组成一个队列：在一个时间点，Eth2链上能激活和能退出的验证者数量都是一个比较小的数量5，以保证验证者集合的稳定性。如果队列是空的，那么等待激活的验证者会在大约25分钟以后激活6；如果队列很长，那可能要几天甚至几周才能激活。不过，排完队之后，验证者就可以直接激活、参与见证。

动态 | 人民日报官方微博科普区块链 强调区块链不等于比特币:人民日报官方微博今早发表9图科普区块链。其中涉及区块链的特点有：1、安全；2、不可篡改；3、可访问；4、无第三方。区块链对未来的影响：1、不需繁琐个人证明；2、看病避免反复检查；3、旅行消费更加便捷；4、交易无需第三方。同时强调，区块链不等于比特币。比特币只是区块链技术的一种应用，区块链还有医疗卫生、食品安全、版权保护等诸多应用领域。[2019/10/28]

-图4：从等待激活到活跃阶段-活跃阶段

一般来说，一名验证者的绝大部分时间都处于这个阶段。活跃验证者大约每6分钟要发出一条见证消息，偶尔要自己提议区块7。验证者会一直保持在活跃状态，除非出现下列三种情况：该验证者因没有及时发出见证消息而遭受惩罚，最终其余额低于16ETH该验证者主动要求退出，方法是发送相应的一笔交易该验证者被证明作恶在前面两种情况中，验证者都会被加入退出队列。

动态 | 浙江卫视节目科普支付宝区块链防伪溯源产品:昨日，在浙江卫视播出的科普综艺栏目《智造将来》现场，支付宝首次展示了支付宝区块链防伪溯源产品，以接地气的方式公开向大众展示区块链在生活中的应用。[2019/3/4]

-图5：从激活状态到即将离开-在第三种情况下，验证会被加入作恶者队列，接受惩罚。

-图6：从激活状态到被罚没状态-值得注意的是，如果有需要，验证者总是能够发送额外的保证金要约来“充值”余额。这样就能避免验证者余额低于16然后被放到退出队列里去。即将退出阶段

虽然主动退出的验证者表达了停止验证的意愿，但是，他们是不能立即退出的。相反，虽然处于即将退出状态，他们还是要照常承担职责，跟活跃状态时候一样要见证和提议区块。这样保证了网络的稳定性，避免了验证者立即退出会造成的冲击。就像验证者想激活的时候有个等待激活状态和队列，想要退出的验证者也有一个队列，一段时间里仅允许少量验证者退出。同样地，主动退出阶段要花费的时间取决于排在前面的验证者有多少。

财政部副部长朱光耀：数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展:今日，在中国发展高层论坛2018年会上，财政部副部长朱光耀表示：“数字经济还处在发展的过程中，要以科普、推动的态度来推进数字经济发展。也要关注数字经济的其他影响，包括税收征管、反监管措施等要跟上。”[2018/3/25]

-图7：从正在退出到完全退出-被罚没状态

验证者违反协议后被抓，就要立即被罚没1ETH，然后进入被罚没状态，这跟即将退出状态类似，但是还要遭受惩罚。这一点我们在下文的“完全退出”部分讨论。

-图8：从被罚没到完全退出-处于即将离开状态乃至已经完全退出的验证者，都有可能被罚没。这样能防止作恶的验证者利用正常的退出机制、在作恶被发现以前逃之夭夭。结果就是状态模型变得更加复杂：

-图9：补充罚没条件之后-完全退出

转到完全退出状态之时，验证者就正式结束了自己的工作，不再需要见证和提议区块，也不再需要紧跟Eth2区块链的实时动态了。转成完成退出状态之后，大概还有一天的延迟8，之后才能取出验证者余额。不过，如果一个验证者是从被罚没状态中完全退出的，那还要接受两项额外的惩罚。第一项，从完全退出到能够取款的间隔会长得多，要36天9。第二项，在这36天期间，系统还会根据该验证者作恶被抓的时间点前后18天内被罚没的验证者数量对该验证者施加进一步的惩罚。那么该验证者的有效余额损失比例10将如下图所示：

-图10：被罚没的有效余额与同期被罚没的验证者比例的关系-36天的周期走完，被罚没验证者剩下的余额就能拿走了。从这个生命流程图中可以看出，没有额外的机制让一个完全退出的验证者重新激活。因此，一旦某个验证者退出，其资金就会一直休眠，等待验证者前来取走。不过，Eth2Phase0时候，资金是不能转账的——因此所有完全退出的验证者的资金都仍保存在质押系统中，直至开启转账功能。没有转账功能，是因为用户帐户模式还未引入。补充后的验证者生命流程

把上面所有详细信息补充到流程图中，可以得到一个完整的图：

-图11：补充后的验证者生命流程图-请细看其中补充的条件、各阶段的历时、转换过程，这些细节对成功运行Eth2验证设施非常关键。从初始化保证金到取出保证金，这个生命流程图点出了各阶段可能发生的情况，也为验证者在全时段中的表现提供了清晰的解释。注1：要注意的的是，以太坊2.0的规范没有一个显式的状态机，因此，各阶段的名称都是作者为便于描述而给出的。注2：1024个以太坊1.0区块的时间加上32个以太坊2.0的时段。注3：这里假设验证者存够了32ETH。如果没有存够，则该验证者会一直停留在保证金存入阶段，直到该验证者另外发起保证金要约，使其余额超过32ETH。注4：如果不到32ETH，那还可以另外再存入，提高该验证者的余额。注5：每个时段有/63356个名额，下限是4个。注6：即4个时段的长度。注7：每一个验证者都需要在一个时段中的某个时隙发出见证消息，而每一个时隙都会有一名验证者被随机选中作为区块提议者。注8：256个时段。注9：8192个时段。注10：注意，罚没力度最高是100%的有效余额，但有效余额的上限是32ETH，无论该验证者的实际余额是多少。

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