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區塊鏈:科普 | Eth2 信標鏈:你首先該知道的事(下)_ETH

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Time:1900/1/1 0:00:00

作者:ethos.dev

翻譯:?阿劍

來源:以太坊愛好者

信標鏈檢查點

檢查點就是位于一個時段的第一個時隙內產生的區塊。如果某個時段的第一個時隙內沒有產生區塊,則將最近的一個符合要求的區塊認定為檢查點區塊。每個時段都會有一個檢查點區塊;一個區塊有可能同時是多個時段的檢查點。

-單時段包含64個時隙時的檢查點示意圖-

注意,從時隙65到時隙128之間都是空塊。時段2的檢查點本來應該是時隙128處產生的區塊,但因為該時隙被跳過了,所以時段2的檢查點仍然是時隙64處產生的區塊。時段3也類似,時隙192被跳過了,因此將時隙180處產生的區塊認作時段3的檢查點。

時段邊界區塊是一些文獻中用到的一個術語,可以認為是檢查點的同義詞。

在發起一次LMDGHOST投票時,驗證者也要為最近時段的檢查點投票,投票者希望確立的新檢查點叫做“目標檢查點”。這種投票叫做?CasperFFG投票,而且投票中也會包含投票者認定的上一個檢查點,叫做“來源檢查點”。在上圖中,時段1中的一個驗證者的投票將創世塊作為來源檢查點,然后推舉時隙64處產生的區塊為目標檢查點。在時段2,同一個驗證者又為相同的檢查點投票了。

只有被分配到某個時隙的驗證者才需要為該時隙的區塊投票,但是,所有驗證者都要為每一個時段的檢查點發起FFG投票。

大多數

由所有活躍驗證者總余額的2/3?所支持的投票內容就是多數票。

穩定幣crvUSD科普創新清算機制LLAMMA,可在抵押品價格下跌時逐步替換為穩定幣:1月17日消息,Curve官方科普其穩定幣crvUSD創新的清算機制LLAMMA,解釋了LLAMMA通過AMM的特性進行針對債務人更友善的清算方式,讓抵押品在價格下跌時逐漸轉移成穩定幣,讓原本要清償的債務有一定程度的穩定幣可以償還,同時在價格回穩時再逐漸把穩定幣換回抵押品,而不是直接的觸發清算導致債務人的虧損。

此前報道,2022年11月23日,去中心化交易平臺CurveFinance開發者發布Curve即將推出的去中心化Stablecoin“crvUSD”的官方代碼和白皮書。[2023/1/17 11:17:13]

我們舉簡單一點的例子來說明一下,假設有3個活躍驗證者,兩個的余額是8ETH,另一個的驗證者余額為32ETH。那么,只有包含了那個最大驗證者的投票才可能是多數票;雖然另外兩個驗證者可能都投了另一個檢查點,但是他們的余額總和只占50%,形成不了多數。

確定性

一個時段結束的時候,如果其檢查點得到了2/3的總余額支持,那么該檢查點就被合理化了。

如果一個檢查點B已經得到合理化,其下一個時段的檢查點也被合理化了,那么B就被敲定了。一般來說,一個檢查點會在兩個時段內得到敲定,大概就是12.8分鐘。

從平均的角度來看,用戶的交易總是打包在一個時段的中間部分;那么距下一個檢查點就還有半個時段的時間,因此,一筆交易經過2.5個時段就可以得到確定性。理想化情況下,超過2/3的見證消息會在一個時段的前22個時隙內完成打包。因此,交易敲定的平均時長是14分鐘。區塊確認則從區塊見證消息,一步步升級到合理化,再到確定性。用戶自己可以覺得他們要不要等到交易確定,還是更低一點的安全性就足夠了。

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]

-時隙64處的檢查點被合理化,同時敲定時隙32處產生的上一個區塊-

為簡化敘述難度,下文假設所有驗證者的余額都相同。

信標鏈的頂端

時隙96處產生了一個時段邊界區塊,而且包含了對時段2檢查點的見證消息。見證消息的數量達到了2/3的多數要求。然后時段2的檢查點就得到了合理化,同時,上一個合理化的檢查點,也就是時段1的檢查點,就被敲定了。時隙32處的區塊得到確定性,會使得之前所有區塊都得到確定性。在敲定檢查點的時候,并沒有對同時得到敲定的區塊在數量上的限制。所以,雖然確定性僅在時段邊界的時候產生,見證消息是逐個逐個區塊累加的,下文的“從創世塊到區塊鏈頂端的歷程”部分提供了另一種描述。

從時隙1到時隙32的信標鏈區塊所包含的所有交聯,也會使分片鏈產生確定性。換句話來說,當一個信標鏈區塊得到確定性時,該塊所包含的交聯所對應的分片鏈區塊也得到敲定。交聯本身不足以使一個分片區塊得到敲定,只是對分片鏈的分叉選擇有所幫助。

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從創世塊到信標鏈頂端的歷程

用同樣的辦法,可以觀察到從創世塊開始的一條故事線。所有的提議者,從時隙1到時隙36,一一提議了一個區塊,而且這些區塊都顯現在鏈上。對于時段1的所有區塊來說,其檢查點累積獲得了55%的驗證者的見證。在驗證者提議時隙64處的區塊時,它也納入了對時段1檢查點的見證消息。現在,有70%的驗證者都見證了時段1的檢查點,因此時段1檢查點得到了合理化。完成時段2時,時段2的檢查點累積的見證消息還達不到2/3的多數要求。時隙96處的區塊在提議時,也納入了對區塊2檢查點的見證消息,所以,這時候,時段2的檢查點也達到2/3的多數要求,被合理化了。合理化時段2的檢查點同時也會敲定時段1的檢查點及所有此前的區塊。

有時,合理化一個區塊會敲定兩個甚至多個時段以前的區塊。Gasper論文討論了這種情況,預計只有網絡高延遲、網絡隔離、遭遇強大攻擊者的極端情況下,才會出現這種事。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日,人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么?區塊鏈如何防范惡意節點?》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解,他表示,拜占庭將軍問題本質上指的是,在分布式計算機網絡中,如果存在故障和惡意節點,是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里,人們提出了許多方案解決這一問題,稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法,后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法,在2008年,中本聰發明比特幣后,人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性,也就是必須計算數學題,才能得到記賬的權力,其他人對這個記賬結果進行驗證,如果是對的,就認可你的結果。與拜占庭問題比起來,就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

確定性對于分片及以太坊區塊的用戶來說是重中之重,因為確定性使他們能夠確定,交易已經永遠寫在鏈上,不可更改了。確定性也降低了跨分片通信的復雜性。沒有確定性,分片內部和分片之間交易的回滾會具有破壞性,甚至讓分片的好處蕩然無存。

深入理解見證消息

一條見證消息里面包括了一個LMDGHOST投票和一個FFG投票。理想情況下,所有的驗證者每個時段都會發出一條見證消息。一筆見證消息有32個時隙的機會被打包到鏈上。這就意味著,一個驗證者可能在單個時段內有兩筆見證消息被打包上鏈。見證消息打包上鏈的時間也決定了驗證者可得的獎勵幅度:在自己所在的時隙就打包上鏈可以得到最多的獎勵;要是等到后續時隙才打包上鏈,驗證者得到的獎勵就會下降。為了給驗證者足夠的時間來準備見證消息,他們會在一個時段以前就預先知道自己所在的委員會。區塊提議者則僅在時段開始之時分配一次。此外,隱蔽領袖選舉研究還致力于減輕對區塊提議者的攻擊和賄賂。

聲音 | ETC Labs主管:科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰:ETCLabs主管Darin Kotalik認為,科普教育是未來幾年公鏈面臨的巨大挑戰,人們必須要對區塊鏈有基本的認識,分清楚公鏈和私鏈的區別。[2019/8/25]

委員會機制使得匯總所有的見證人簽名、變成單個聚合簽名在技術上的優化成為可能。如果同一委員會中的所有驗證者都作了同樣的LMDGHOST和FFG投票,則他們的簽名可以聚合起來。

信標鏈驗證者獎懲措施

為避免過度深入,我們僅討論驗證者激勵相關的6種措施:

見證人獎勵

見證人懲罰

對質押者來說典型的貶值風險

罰沒及舉報人獎勵

區塊提議者獎勵

怠惰懲罰

當期見證消息與其它多數驗證者一致時,驗證者可以得到獎勵。在Eth2Phase1階段,驗證者發送交聯也可以得到獎勵。當區塊得到敲定時,驗證者獎勵也就確定下來了。

另一方面,如果驗證者沒有提交見證消息,或者投票支持了一個最終不能得到敲定的區塊,他們也會受到懲罰。

在列舉不太常見的懲罰和獎勵之前,你可能還想知道,成為質押者會面臨怎樣的貶值風險。答案是,你可能失去的ETH,恰好跟你能賺取的ETH數量對稱。如果一個驗證者一年的獎勵回報率是10%,則作惡驗證者在最壞情況下可能會失去10%。舉個例子,如果一個驗證者總是離線,或者總是給那些不能得到敲定的區塊投票,則其損失的ETH數量,恰與一位總是及時提交見證消息,且所支持的區塊總是得到敲定的驗證者所得的獎勵,在數額上相等。

罰沒的力度下至0.5ETH,上至一位驗證者的全部權益。如果一位驗證者所提交的見證消息觸犯了協議所定義的罰沒條件,則TA會損失自身權益的至少1/32,并被驅逐出驗證者隊伍。懲罰的力度就像該驗證者離線了8192個時段一樣。協議還會根據相近時間內被罰沒的驗證者數量施加一個額外的懲罰。此種額外懲罰的計算公式是:驗證者余額×3×被罰沒的驗證者占比。那么,如果占全體驗證者1/3數量的驗證者都觸犯了罰沒條件,則他們會失去全部余額。相應地,檢舉這些不軌行為的驗證者將會得到檢舉人獎勵。

區塊提議者在所提議區塊得到敲定之后,也會得到一個成比例獎勵。總是在線,并且提議工作做得很好的驗證者,其總獎勵可增加約1/8。出現罰沒事件的時候,提議者也會因為打包罰沒證據而得到一小筆獎勵。在Eth2Phase0中,所有的檢舉人獎勵都會給予區塊提議者。

以太坊2.0系統中機制眾多,對這些機制的評價應從所有機制的整體效果出發。最末一種獎懲措施是所謂的“怠惰懲罰”。基本上,如果距上一次敲定區塊已過去了4個時段,所有驗證者都會遭受怠惰懲罰,而且懲罰力度會呈平方級上升,直至新的檢查點得到敲定。怠惰懲罰保證了:即使50%的驗證者都離線了,系統也會在21天后重新開始敲定區塊。

罰沒條件

罰沒條件主要有三個,分別是:雙重提議、FFG雙重投票,FFG環繞投票。LMDGHOST投票是不會招致罰沒的。

雙重提議是指區塊提議者于所在時隙提議了多于一個區塊。

雙重投票是指驗證者在提交FFG投票時,多個投票指向同一個目標檢查點,但引用的來源檢查點卻各不相同。

環繞投票指的是驗證者在提交FFG投票時,多個投票所指向的檢查點?恰成環繞形狀。舉個例子,假定一位驗證者在時段5投票時,以時隙32的區塊為來源檢查點,以時隙128的區塊為目標檢查點:

如果該驗證者在時段6的投票以時隙64的區塊為來源檢查點,以時隙96的區塊為目標檢查點,那么該票就被TA自己在時段5的投票給包圍起來了。

如果該驗證者在時段6的投票以時隙0的區塊為來源檢查點,以時隙160的區塊為目標檢查點,則該投票把TA自己在時段5的投票給包圍起來了。

如果這位驗證者在時段6又給時隙128的區塊投票,除非其來源檢查點仍是時隙32的區塊,否則就成了雙重投票,也會被罰沒。相同的FFG投票倒是不會被罰沒的。

擁有相同來源檢查點的FFG投票也不會招致罰沒。這是維持網絡活性的重要條件。舉個例子,如果兩條分叉鏈各自都有50%的驗證者余額支持,協議應該鼓勵驗證者通過投票給相同來源檢查點、不同目標檢查點,在分叉間切換。能夠安全地在分叉間切換,驗證者們就能打破僵局,嘗試形成2/3的多數。

檢舉他人的驗證者需要在見證消息中納入相互沖突的投票,以證明另一個驗證者應該受到懲罰。要高效地從一長段歷史中找出相互沖突的投票,在算法和數據結構上也是一種挑戰。因此,開放工程挑戰·罰沒探測器也在尋找貢獻者。

得到良好控制的驗證者一般是可以避免被罰沒的:只需記得自己曾經簽名過哪些見證消息就好。誠實的驗證者也不會因為其它驗證者的行為而受到波及。只要驗證者不簽名相互沖突的見證消息,不作出雙重提議,就不會被罰沒。

為得到更好的運行體驗、更值得信任的信息來源,乃至更好的DoS保護,驗證者客戶端可能會同時使用多個信標鏈節點。

在這種模式中,包括使用備份的驗證者客戶端的時候,需要小心不要讓驗證者簽署相互沖突的消息。

信標鏈驗證者激活及生命周期

每一個想成為驗證者的用戶都要先有32ETH才能獲得驗證者資格。用戶質押32ETH到以太坊主網上的保證金合約中,就能獲得一個驗證者資格。

另一方面,信標鏈也會勸退所有余額降低到16ETH的驗證者;質押用戶可以取出剩余的驗證者余額,不過在Eth2Phase0還做不到。

驗證者在服務2048個時段之后也可以主動退出。退出時要先走完4個時段,質押用戶才能取出自己的權益。在這4個時段內,該驗證者的余額仍然是可以被罰沒的。因此,誠實驗證者的余額可以在約27小時之后取出。但是,如果驗證者在此時被罰沒,就只有再等8192個時段之后才能取出剩余款項。

更多技術細節可看《以太坊2.0Phase0驗證者生命周期》。下圖亦來自這份資料:

為避免驗證者集合在短時間內出現大規模的變動,單個時段內能激活和退出的驗證者數量是有一個機制限制的。這樣可以讓激活許多驗證者、快速攻擊系統的攻擊更難發動。

信標鏈還使用了一個叫做“有效余額”的概念,這個有效余額回避驗證者余額的變化更小,使得技術上的最優化成為可能。

總結

在每一個時段,驗證者都被均勻分配到不同時隙中,并進一步劃分成相同規模的委員會。驗證者只有1個應召的時隙,也只會存在于1個委員會中。因此:

一個時段中的所有驗證者,通過集體決策嘗試敲定某個檢查點;方法是FFG投票;

各時隙中的所有驗證者,通過集體決策嘗試選出信標鏈的頂端區塊:方法是LMDGHOST投票;

一個委員會中的所有驗證者,通過集體投票嘗試將某個分片交聯到信標鏈上。

最符合協議的行為可以得到最多的獎勵。

信標鏈的啟動需要至少16484名驗證者。驗證者的數量會因為罰沒及資源退出而減少,也會因為質押用戶的投入增加而增加。而且,隨著Eth2Pahse1及后續階段的升級,預計會有更多驗證者參與進來。信標鏈需要至少262144名驗證者才能使得單個信標鏈區塊能包含64個交聯。

我們還從未擁有過一個?去中心化?系統和應用的可擴展平臺。如果你想更深入地研究以太坊2.0,權威的參考來源是Ethereum2.0Specifications。該技術規范包含了信標鏈技術規范,還提供了其它關鍵信息源,而且提交issue可以獲得獎金。當前,最緊迫的?工程需要是點對點網絡的組網功能。

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