ETH:科普：Eth2 的验证者有效余额是什么

编者按：本文来自以太坊爱好者，作者：JimMcDonald，翻译&校对:闵敏&阿剑，Odaily星球日报经授权转载。权益证明

对于所有区块链来说，核心竞争力都是保证自身安全性的能力。在一条安全的链上，交易是可验证的，且历史交易数据是不可篡改的，即，在区块链上，任何人都可以获得一笔历史交易的详细信息，并确保这些信息没有被伪造，且它不会在历史中被替换成另一笔交易或者被换了个发生的顺序。以太坊2.0保护自身的方式是让个人运行验证者客户端。验证者会执行一个可以被视为投票的计算机进程：每当网络上创建出了一个新区块，都会有一组预定的验证者对其进行验证，判断这个区块内的交易是否有效，并将这个区块正确链接到前一个区块上。如果验证者认为这个区块有效，就会为其作证。如果一个区块从验证者那里得到了足够多的“见证”，就会被放到主链上1。为了鼓励验证者积极表现，并避免出现验证者懒得给区块提供证明，或是有意在区块的有效性上撒谎的情况，他们的行为会被赋予货币奖励。在验证者激活验证者身份之前，需要向网络全额提交一笔32ETH的保证金；这就是验证者的初始余额。每过大约6.5分钟，网络就会衡量每个验证者的行为，并适当给予奖惩，算进验证者的余额里。奖金或罚金的具体金额取决于验证者的当前余额；余额较多的验证者提供证明所获得的奖惩较高，反之亦然。理解奖惩的概念非常重要：奖励用来鼓励那些促使网络达成共识的行为，而罚款用来惩罚那些妨碍网络达成共识的行为或是不作为。因此，为求利益最大化的验证者也将为整体网络带来最大收益。本文不对以太坊2.0的权益证明模型作详细说明。但是明白一点非常重要，就是每个验证者都有自己的余额，以太坊网络会根据他们履行职责的情况定期更新其余额情况。本文探索了验证者余额与奖惩之间的关系；如果有验证者想为网络做出贡献并获得相应回报，有几点是必须了解的。奖惩情况

人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

如上文所述，履行了职责的验证者会获得奖励，不履行职责的验证者会得到惩罚。奖惩情况会反映在验证者的余额上，正如下图虚构的验证者余额变化情况所示：

动态 | 链客社区联合北京交通广播推出区块链技术科普节目:12月11日15:15—16:00，区块链技术社区——链客区块链技术社区将联合北京交通广播FM103.9从零开始为大众科普解码区块链技术，蜻蜓FM及北京广播网同期进行全球直播。首期做客嘉宾为链客区块链技术社区创始人郄建军和百度区块链产品负责人于雅楠。[2019/12/11]

-图1：虚构的验证者余额变化情况-每隔一个时间段，网络都会对验证者的参与情况进行评估，然后相应给出奖惩，从而导致余额发生阶段性变化。图中的验证者既有表现良好获得奖励的时候，也有表现不佳得到惩罚的时候：

-图2：奖惩的阶段性变化情况-图中并没有明确显示出不同阶段的奖惩变化情况。例如，相比时段12，时段5的惩罚要高得多，尽管这两个时段的余额都差不多。上图中有4个关键点值得我们进一步思考。第一个关键点位于时段3内，即下图标亮的部分：

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]

-图3：奖惩金额减少-这个时候，验证者的余额已经跌至32ETH以下，奖惩力度也因为不明原因降低了。第二个关键点位于时段5内，即下图标亮的部分：

动态 | 区块链技术入选科普杂志《科学美国人》2019十大突破性技术榜单:据新浪网今日新闻报道，美国科普杂志《科学美国人》公布 2019 十大突破性技术榜单。区块链技术因在保障食品安全中的作用而上榜。 入选榜单具体原因：区块链技术的发展应用将显著改善食品污染源数据追踪的困境。利用区块链云端系统，食品制造商可以依次在计算机储存各类过程的信息。[2019/9/29]

-图4：奖惩金额再度减少-这个时候，验证者的余额已经跌至31ETH以下，奖惩力度也因为不明原因再度降低了。第三个关键点位于时段9内，即下图标亮的部分：

-图5：奖惩金额没有像预期那样增长-这个时候，验证者的余额又涨回了31ETH，但是奖惩金额还是跟之前一样，并没有增加。第四个关键点是在时段18内，即下图标亮部分：

-图6：奖惩金额出现意外增长-这个时候，虽然验证者的余额没有超过特定金额，但是奖惩金额增加了。总而言之，这反映了奖惩金额的变化是杂乱无章的。要理解这些奖惩金额为什么会产生变化，需要了解什么是有效余额。什么是有效余额？

声音 | ETC Labs主管：科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战:ETCLabs主管Darin Kotalik认为，科普教育是未来几年公链面临的巨大挑战，人们必须要对区块链有基本的认识，分清楚公链和私链的区别。[2019/8/25]

有效余额是根据每个验证者的当前余额和上一个有效余额计算得出的。它决定了每个验证者所能获得的奖惩金额。有效余额不可能超过32ETH。也就是说，就算验证者的余额有100ETH，有效余额也只是32ETH。有效余额只能是1ETH的倍数，小数点后面忽略不计。也就是说，假设验证者的余额是29.9999ETH，有效余额也只是29ETH。只有当验证者的余额比当前有效余额高1.5ETH的时候，有效余额才会增加。也就是说，在余额变化时，余额要上升到26.5ETH，其实际余额才会上升到25ETH。根据上述规则，验证者的有效余额变化情况如下图中的绿线所示：

-图7：当前余额和实际余额的对比-有效余额是源于设计和技术这两方面的需求。从设计层面来讲，将个人验证者的有效余额上限定在32ETH可以防止某个验证者对整条链状态的投票权重过大。从技术层面来讲，降低有效余额的变化频次可以让以太坊在低功率硬件上运行，因为有效余额的每一次变化都需要进行成本较高的计算。在了解了有效余额之后，就更能感知到奖惩金额的变化了。我们再回到上文提到的几个关键点：在时段3，验证者的余额跌至32ETH以下，因此根据第二条规则，其实际余额从32ETH跌至31ETH。奖惩金额是由实际金额决定的，因此奖惩力度变小。在时段5，验证者的余额跌至31ETH以下，因此根据第二条规则，其实际余额从31ETH跌至30ETH。奖惩金额是由实际金额决定的，因此奖奖惩力度进一步变小。在时段9，验证者的余额提高到了31ETH，但是没有达到上文第三条规则中提到的标准，因此有效余额不会上升。奖惩金额是由实际金额决定的，因此保持不变。在时段17，验证者的余额提高到了31.5ETH，因此根据第三条规则，有效余额从30ETH上升到了31ETH。奖惩金额是由实际金额决定的，因此奖惩数额变得更大。时段18的时候第一次出现奖励增加的情况。有效余额对验证的影响

验证者余额的少量变化就会对有效余额产生长远影响，因此要时刻跟进这一情况。如果验证者节点必须停机一段时间，那么正确计算时间也很重要，因为验证者所需缴纳的罚金不一定相同。一笔0.015ETH的罚金可能会让验证者的余额从30.020ETH跌至30.005ETH，对验证者的总体收益影响不大。然而，一笔0.015ETH的罚金可能会让验证者的余额从30.005ETH跌至29.990ETH，会对验证者的总体收益产生较大影响。验证者有效性

验证者有效性根据有效余额在总余额中的占比计算得出，是用来衡量有多少验证者余额用于见证的指标。举例来说，如果验证者的余额是31.9ETH，其有效余额就是31ETH，其有效性就是31/31.9，即97%。活跃验证者的有效性通常在95%到100%之间，这个比例越高，就越能增强网络安全性，并提高验证者奖励。如果有效性较低，则表明验证者离线的时间较长。追踪有效性是一种衡量验证者整体表现的简单方式。影响奖励的其它因素

本文简单展示了以太坊2.0验证机制，以此来解释有效余额的概念。以太坊2.0的实际奖惩系统将有效余额作为基础，但是具体的奖励金额取决于不同因素。例如，如果有验证者提议了一个区块，得到的奖励可能会高一点。如果有验证者掉线了，或是就区块链的状态存在分歧，奖励可能会低一点。总结

成功运行以太坊2.0的验证者节点需要了解很多技术因素，包括有效余额的概念。在一些关键时刻，例如，所得奖惩会对验证者的有效性产生长远影响之类的时刻，对验证者客户端进行主动管理会提高网络的总体安全性，也会影响验证者的奖励。要了解一个主体的资金管理能力而言，验证者有效性变化情况将会是一大关键指标。注1：实际上，网络衡量的不仅是见证消息的数量，还有其累积权重：见证消息的权重等于相应验证者的有效余额。

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