BSP:一文詳解以太坊驗證者的生命周期

原文標題：《Understanding The Validator Lifecycle》

原文作者：Jim McDonald

原文編譯：John

以太坊 2.0 使用權益證明來確保其網絡安全性， 被稱為「驗證者」的計算機進程將對即將被打包的下一個區塊進行投票（下文稱「見證」），同時他們也會提議讓自己的區塊被打包進去。但是，驗證者不是僅處于「開」與「關」的狀態：他們會在他們的生命周期里歷遍一系列的交易。這篇文章將深度剖析驗證者的生命周期，展示每個狀態和狀態轉換之際發生的事情，什么觸發了狀態轉換，以及每次狀態轉換所需要的時間（注解 1 ）。

在以太坊 2.0 里，時間通常是以 epoch 為單位，一個 epoch 包括了 384 秒即大概是 6 分半。為了方便理解，以這種方式計量的時間被粗略地翻譯成分鐘，小時和天，并伴有可用的準確信息在相對應的腳注里。

在深入分析細節之前，先來看看驗證者的生命周期概覽，以及用來描述其不同狀態的術語。

圖表 1 ：驗證者生命周期概覽

以下是狀態標簽:

已存款 - 存款協議已被以太坊（Ethereum） 1.0 網絡接受

Lazarus Group通過社會工程學攻擊竊取CoinsPaid 3700萬美元:8月8日消息，黑客組織 Lazarus Group 通過 6 個月的社會工程學攻擊竊取總部位于愛沙尼亞的加密支付提供商 CoinsPaid 3700 萬美元。

CoinsPaid 表示，今年 3 月份，CoinsPaid 的工程師收到一份關于技術基礎設施的問題清單，這些問題來自一家所謂的烏克蘭加密處理初創公司。6 月和 7 月間，工程師們收到了虛假的工作邀約。

CoinsPaid 在報告中表示，7 月 22 日，一名員工以為正在面試一份收入豐厚的工作，于是下載了惡意軟件，作為所謂技術測試的一部分。黑客組織已經花費 6 個月時間了解 CoinsPaid，包括團隊成員、公司的結構等所有可能的細節。當該員工下載惡意代碼時，黑客就可以訪問 CoinsPaid 的系統，然后利用軟件漏洞成功偽造授權請求，從 CoinsPaid 熱錢包中提取資金。[2023/8/8 21:31:14]

待處理 - 存款協議已被以太坊（Ethereum） 2.0 網絡接受

活躍中 - 驗證者正在見證和提議區塊

退出中 - 驗證者正處在中止見證和提議區塊的進程

罰沒中 - 驗證者被發現作弊，正處在中止見證和提議區塊的進程中

已退出 - 驗證者不再參與見證

一個元狀態同樣被定義了: 見證, 即所有驗證者要參與進來見證和提議區塊的狀態（活躍中，退出中的，罰沒中）。這個狀態是重要的，因為當驗證者處于這些狀態時需要去訪問以太坊（Ethereum） 2.0 網絡來與其職責保持同步以免被懲罰。

投資應用程序Roi完成360萬美元融資，Spark Capital領投:7月13日消息，投資應用程序Roi完成360萬美元融資，Spark Capital領投，NBA球星Kevin Durant的風險投資公司35 Ventures、谷歌旗下的Gradient Ventures以及天使投資人Coinbase前首席技術官Balaji Srinivasan等參投。首席執行Vishwajith表示，新資金將用于擴大五人團隊，招募產品、法律和安全人員，開發追蹤加密貨幣和NFT以及傳統資產的應用程序。

Roi允許用戶在一個地方添加要查看的股票、債券和退休賬戶，并為用戶的Robinhood、Coinbase、TD Ameritrade和WeBull賬戶提供一站式交易。除傳統資產外，Roi還為用戶提供其所有加密貨幣和NFT持有的概覽及精細數據。[2023/7/13 10:53:07]

圖表 2 ：見證的元狀態

定義了這些狀態之后就是詳細分析每一個狀態以及它們之間的交易的時候了。

接受存款協議就是驗證者生命周期的開始。接受發生在以太坊 1.0 鏈上， 因為那就是驗證者資金的來源。在這時以太坊 2.0 的鏈還不知曉這筆存款。

驗證者會保持大概 7 個半小時在這個存款狀態里（注解 2 ），以確保不會有一個鏈的重組影響到以太坊 1.0 交易并有可能使存款協議無效。這之后驗證者就會去到待處理狀態（注解 3 ）。

low-carb-crusader已將864枚ETH存入信標存款合約中:金色財經報道，據PeckShieldAlert監測，low-carb-crusader已將864枚ETH（約160萬美元）存入Beacon存款合約。[2023/6/27 22:02:23]

圖表 3 ：從已存款狀態轉換到準備狀態

一旦這筆存款在以太坊 1.0 的鏈上存在了足夠長的時間后，它就會被添加到以太坊 2.0 的鏈上去。這標志著這個驗證者已經正式被以太坊 (Ethereum) 2.0 所認可。假如最少 32 個 ETH 已經被存進去的話（注解 4 ），驗證者現在就會準備開始見證。

準備中的驗證者會被放在一個隊列里：以太坊（Ethereum) 2.0 一次只允許一小部分驗證者開始或停止驗證（注解 5 ），以保證驗證者的集穩定。如果隊列是空的則準備中的驗證者會在大約 25 分鐘后變成活躍狀態（注解 6 ）：如果這是一個非常繁忙的時段則有可能經過數天甚至數星期之后驗證者才會被激活。但是一旦驗證者從等候隊列中出來，它就會變成活躍狀態。

圖表 4 ：從準備狀態到活躍狀態的過渡

PeckShield：BNB Chain上一未驗證合約遭到攻擊，黑客獲利超22萬美元:金色財經報道，據 PeckShield 監測，BNB Chain 上一未驗證合約（0x6D8981847Eb3cc2234179d0F0e72F6b6b2421a01），黑客獲利約 22.5 萬美元。目前黑客已將盜取的約 22.5 萬枚 DAI 以及少量以太坊通過 Multichain 跨鏈至以太坊并最終轉入 RAILGUN。[2023/2/27 12:31:56]

驗證者理應在活躍狀態下度過它們主要的生命周期。活躍的驗證者會以 6 分鐘一次的頻率參與當時的見證，偶爾還會有提議區塊鏈的工作（注解 7 ）。驗證者會保持活躍狀態直到以下其中一種事情發生：

驗證者由于在需要其參與見證時沒有履行職責被懲罰，導致資金下降到 16 個 ETH 以下。

用戶通過發送一筆合適的交易來要求停止驗證（在這個驗證者變成活躍狀態的頭 9 天里無法發起這種交易）。

驗證者被證明作弊。

在前兩種情況里，驗證者被添加到希望停止驗證的驗證者隊列里（將要離開活躍狀態的驗證者和將要進入活躍狀態的驗證者一樣，數量是被限制的，大概幾分鐘才有 1 個）

圖表 5 ：從活躍狀態到正在退出狀態的過渡

數據：過去三個月加密行業每周活躍開發者數量減少了26%以上:9月9日消息，據外媒報道，在市場長期低迷的情況下，過去三個月，加密行業的每周活躍開發者數量減少了26%以上。根據區塊鏈數據聚合器Artemis的數據，以太坊、Polkadot、Solana和Cosmos的降幅更大，在過去三個月里，開發者活動分別減少了30.5%、43.6%、48.4%和48.9%。

不過，去中心化數據存儲協議IPFS和區塊鏈網絡Internet Computer是少數幾個在此期間增長的頂級智能合約平臺，分別增長了206.6%和21.7%。報道稱，區塊鏈開發人員活動被認為是智能合約平臺成功的最重要指標之一，因為缺乏開發人員的平臺可能難以成長。（Cointelegraph）[2022/9/9 13:18:57]

在第三種情況里，驗證者被加入到一個被發現在作弊的驗證者的隊列里以接受懲罰。

圖表 6 ：從活躍狀態到罰沒中狀態的過渡

請注意，通過發送包括了相同驗證者信息的額外存款協定來向一個活躍驗證者充值額外的 ETH 是有可能會發生的情況（永遠要記住有效的余額不能超過 32 個 ETH）。這有助于避免驗證者的資金降到 16 個 ETH 以下并且被添加到退出隊列的情況。

當網絡現有的驗證者表明了自己想要停止驗證的意圖之后，無論他是自愿的還是非自愿的，他都不會馬上這樣做而是會進入退出中的狀態，和以往的活躍狀態一樣繼續同樣多地參與見證和提議。這保證了網絡的穩定性，避免了一個驗證者決定離開時就馬上停止履行職責的情況。

與一個驗證者想要從準備狀態變成活躍狀態時類似，要離開的驗證者要進入一個一次只能允許少數通過的一個隊列。又和加入時類似，在退出中狀態里花費的時間取決于驗證者在隊列里的排隊數量。

圖表 7 ：從退出中到已退出狀態的過渡

一個被發現作弊的驗證者會馬上受到 1 個 ETH 的懲罰，從余額里扣除。然后他會進入到一個罰沒中的隊列里去，這個罰沒中隊列類似于一個退出中隊列，但是它會被標記為需要額外的懲罰，我們會在接下來的「已退出」狀態里討論這個問題。

圖表 8 ：從罰沒中狀態過渡到已退出狀態

一個驗證者在退出中的時候以及甚至在退出之后都有可能被罰沒（但在他能取回自己的資金之前）。這避免了這種情況的發生：驗證者作弊之后，通過常規的退出機制，在自己的作弊行為被發現之前就退出，從而逃脫了懲罰。這帶來了一個略微復雜的狀態模型。

圖表 9 ：擴展罰沒條件

當一個驗證者去到已退出狀態，他就已經正式完成了自己的使命。他不用再參與見證或提議區塊，并且不再需要擁有關于以太坊 2.0 鏈的狀態信息。

在退出之后，在資金能被轉離驗證者之前有一個大約 1 天（注解 8 ）的最后延遲。但是，如果這個驗證者被標記為經過了罰沒中狀態，那么他會承受兩個額外的懲罰。

第一，在已退出狀態里能轉移資金之前花費的時間會更長，是 36 天（注解 9 ）。第二，在這個 36 天周期的中途，他會承受進一步的扣款，扣款金額取決于這個驗證者被發現作弊之前 18 天被罰沒的驗證者數量以及這個驗證者被發現作弊之后的 18 天被罰沒的驗證者數量。下圖展示了一個驗證者的有效余額損失（注解 10 ）的總百分比

圖表 10 ：在大致相同的時間里，被罰沒的有效余額與網絡被罰沒驗證者數量的百分比對比

一旦 36 天到期，被罰沒的驗證者們的剩余資金就可以被轉移了。

正如生命周期圖表里所能看到的一樣，一個已退出的驗證者無法再通過任何機制重新進入活躍狀態。就是說，一旦一個驗證者退出了，他的資金會在被轉移之前保持休眠狀態。注意，你無法在以太坊 2.0 的 0 階段轉移資金 - 所有已退出的驗證者的資金會一直保留在驗證者中，直至資金轉移操作被引入。缺少轉移操作的原因是缺乏可以轉移 ETH 的用戶賬戶。

結合以上所有信息考慮將帶來一副更加全面的驗證者生命周期圖景

圖表 11 ：擴展的驗證者生命周期

了解不同狀態之間的轉換所要求的條件以及消耗的時間，對于確保以太坊 2.0 質押基礎設施的成功運行至關重要。從一開始的存款到資金的提出，生命周期展現了每個狀態里可能發生的事情并對驗證者在任何時候的行為進行了明確的解釋。

腳注

腳注 1 ：值得注意的是，以太坊 2.0 并沒有設置一個明確的狀態機制；也就是說，狀態的名字是筆者提出來方便理解的。

腳注 2 ： 1, 024 個以太坊 1.0 的區塊加 32 個以太坊 2.0 的 epoch。

腳注 3 ：這假設了存款協議需要完整的 32 個 ETH。要是存款協議少于這個閾值，驗證者將停留在已存款狀態中，直到有更多的存款協議把驗證者的余額提高到至少 32 個 ETH。

腳注 4 ：若不，則另一筆存款可以被添加以增加這個驗證者的余額到這個數量。

腳注 5 ：每 epoch 為 ( 活躍中 + 退出中 + 罰沒中的驗證者 )/65536 ，最小值為 4 。

腳注 6 ： 4 個 epoch。

腳注 7 ：每一個 epoch 內一個驗證者只能見證一次，每一個 slot 內只有一個指定的驗證者履行提議者的職責。

腳注 8 ： 256 個 epoch

腳注 9 ： 8192 個 epoch

腳注 10 ：注意因為懲罰最高可達到有效余額的百分之百，一個驗證者的最大懲罰永遠不會超過 32 個 ETH，無論該名驗證者的真實余額如何。

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