以太坊:科普：一文看懂以太坊2.0的驗證者成本

源：Unitimes

當以太坊2.0信標鏈在今年晚些時候啟動時，它將需要驗證者(validators)來保護網絡。運行驗證者會帶來潛在的獎勵和懲罰；一個常見的問題是「通過參與驗證我能賺多少錢?」，這個問題的答案需要兩個信息：一是驗證者能賺多少錢，二是驗證者的成本需要多少錢。本文關注的是第二個問題。

回顧一下，運行以太坊2.0信標鏈節點軟件(以下簡稱「節點」)將需要：

一臺能夠在上面運行節點(以及相關聯的驗證者客戶端軟件)的計算機；連接網絡，從而與其他節點相互通信，使節點具有信標鏈狀態的最新信息；且計算機和網絡都需要保證有足夠長的正常運行時間，這樣驗證者就能夠在被需要時參與證明并獲得獎勵。信標節點可以獨立于驗證者客戶端運行(比如，僅僅為了監控整個以太坊2.0網絡的狀態)，但驗證者客戶端必須連接某個信標節點，這樣驗證者才知道需要證明什么東西(相關閱讀:《以太坊基金會：參與Eth2Staking(第0篇)》)。盡管在證明過程中，驗證者或許可以使用其他人的信標節點，但這使得驗證者將依賴于該節點的良好行為(比如保證足夠的正常運行時間)，因此所有嚴肅對待的驗證者將會想要運行自己的信標節點。

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]

當運行驗證者時，存在三個主要的成本源：設置成本、基礎設施成本、運營成本。設置成本是預先一次性支付的，不會累計；基礎設施成本是按月支付的，每個月大致不變；運營成本也是按月支付的，但每個月之間的變化可能非常大。隨著時間的推移，預計驗證者成本的變化如下圖所示(備注：本文的成本分析是推測和虛構性的，因為當前信標鏈還未啟動)：

動態 | 報告：區塊鏈等熱點詞促使童書科普百科類成交額同比增速最高:近日，京東圖書與艾瑞咨詢聯合發布了《2019中國圖書市場報告》。報告指出，AI、5G、區塊鏈、機器人、VR、智能家居、AR這些熱點詞，不斷點燃科技熱潮，科技在改變大眾生活的同時，也吸引了越來越多家長的關注，從小培養孩子對科技的興趣和熱愛。因此童書中科普百科類成交額同比增速最高，占比將近40%。[2020/1/8]

圖1：隨著時間的推移，驗證者成本的變化，綠色表示設置成本，紅色表示基礎設施成本，藍色表示運營成本

成本通常被認為是純粹的金錢支出，但在管理長期基礎設施時也涉及機會成本。

機會成本是你做一件事而不是做另一件事所產生的成本：如果你工作兩小時可以得到100美元，但你選擇在這兩小時里看一部電影，你看那部電影的機會成本是100美元。另一種看待機會成本的方法是問問你有多珍惜你的時間：如果你不選擇花三小時的時間去更換你的硬盤驅動器，而是選擇花半天的時間在數百種可用的服務器中挑選一個，那你做這個選擇會付出多少時間成本呢？本文中提及的時間成本是指機會成本；個人和公司需要對這段時間的價值做出自己的判斷。

我們來對上文提及的三個成本源進行逐個分析一下：

設置成本

設置成本(setupcosts)是指你為了在信標節點上運行驗證者，需要在選擇、搭建、配置和測試硬件、操作系統和軟件方面所花費的時間成本。

動態 | 區塊鏈技術入選科普雜志《科學美國人》2019十大突破性技術榜單:據新浪網今日新聞報道，美國科普雜志《科學美國人》公布 2019 十大突破性技術榜單。區塊鏈技術因在保障食品安全中的作用而上榜。 入選榜單具體原因：區塊鏈技術的發展應用將顯著改善食品污染源數據追蹤的困境。利用區塊鏈云端系統，食品制造商可以依次在計算機儲存各類過程的信息。[2019/9/29]

01.選擇硬件

可以用來運行節點的硬件有非常多，最基本的要求是硬件需要足夠強大，能夠運行節點軟件，并且足夠可靠，不需要經常維護。除此之外，有許多可能需要做出的決定會影響你的選擇，比如服務器的外形尺寸，運行時的噪音有多大(如果服務器放在家里，這點就很重要了)，其能耗如何等等(更多信息見下文)。

你可能會決定使用主機托管提供商提供的服務，但許多相同的問題仍然存在。比如，服務商有多少CPU？它們有多快？應該選擇多少內存和多大的存儲空間？應該把額外的錢花在專用服務器上，而不是虛擬專用服務器上？選擇獨立磁盤，軟件RAID還是硬件RAID？網絡帶寬如何？

盡管使用主機托管提供商意味著你是從提供商那里租用服務器，而不是從供應商那里購買服務器，但是上面的大多數決定仍然是需要你做出的。

02.選擇操作系統

有兩個操作系統的選擇：基于Windows和基于Linux。它們都有許多產品和/或發行版，提供不同的特性，需要不同水平的專業知識來操作等等。安全性和正常運行時間至關重要，可維護性緊隨其后。操作系統沒有明顯的「最佳」選擇，所以選擇通常歸結為熟悉程度和特性的組合。

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

03.選擇軟件

在撰寫本文時，以太坊2.0信標鏈節點軟件有6種不同的實現，處于不同的準備狀態。除了使用不同的語言編寫之外，它們通常還針對不同的市場：有些提供在低端硬件上的出色體驗，有些提供運行數十或數百個驗證者所需的特性，等等。

軟件的選擇應該以先前選擇的硬件和操作系統作為引導，并需要了解將要運行的驗證者數量。需要對每個軟件實現進行評估，以確定哪個最合適(備注：比如有些信標節點軟件實現要比其他實現更合適運行多個驗證者實例，需要對此進行評估)。

04.對硬件、操作系統和軟件進行配置

一旦選出了硬件、操作系統和軟件，就需要對它們進行配置了。這將需要設置(安裝和啟動軟件)和鎖定(刪除不必要的軟件，將打開的端口關閉等等)。配置自動化的操作系統更新、添加監控和類似功能可以幫助降低未來的維護成本。

聲音 | 火星人朋友圈科普RAM:火星人在朋友圈發文稱，“什么是RAM？簡單來說就是EOS這個國家的土地，所有的經濟行為都離不開土地。只要EOS的BP們能投票形成一個穩定的供給預期，并且不改變目前的Bancor算法，那么RAM后續的價格有可能會像北上廣深的房價走勢。房價下跌不行，房價過快上漲也不行，EOS的生態越來越像某國了，真有意思。”[2018/7/6]

基礎設施

基礎設施成本是相對固定的，按月支出。

01.折舊成本

折舊成本是運行驗證者服務時的一筆很大的成本，它是指運行驗證者過程的計算機的成本分散在一段時間內(考慮到其壽命)。對于計算機設備，時間周期一般為36個月，因此每月的折舊成本費用計算如下：

折舊成本=硬件成本/36

比如，一臺普通的臺式電腦可能要600美元，所以每月的折舊成本是：

折舊成本=600/36=16.66美元

02.電力成本

電力成本是一種經常性的成本支出，而且高度依賴于所使用的硬件。以太坊2.0的驗證者需要一直在線才能獲得最大的獎勵，所以電費會增加。耗電量(功率)以瓦特(Watts)計算，電費通常以千瓦時(KWh)計，即每小時一千瓦的用電量。每月費用計算如下:

電力成本=耗電量*用電時長*KWh成本

比如，普通臺式電腦的耗電量為每小時150瓦(0.15千瓦)，參考電價(KWh)約為0.10美元，每月電費(假設每月30天)為：

電力成本=0.15*24*30*0.10=10.8美元。

03.網絡連接成本

家庭網絡連接的網絡費用通常是每月固定費用，這使得它們很容易計算。此外，網絡通常是共享的資源，其他系統共享相同的連接，并允許共享成本。

然而，許多服務器托管提供商采用按GB付費的模式，其中使用的數據越多，月末的收費就越高。節點想要更好地掌握以太坊2.0信標鏈的狀態，并獲得最高的獎勵，則需要與其他節點盡可能多地進行通信，但由于這種按GB付費的模式，節點與之通信的的節點越多，來自托管提供商的費用就越多。最終，需要考慮增加的成本和增加的回報來選擇一個合適的平衡。

04.操作系統成本

可以在Windows或基于Linux的操作系統上運行以太坊2.0節點。對于許多人來說，前者更為熟悉，但是需要支付許可證費用。如果操作系統是購買的，那么其折舊成本將可以根據硬件的折舊成本計算方式進行計算。

運營成本

與基礎設施成本類似，運營成本也是按月支付的，但運營成本的規模可能每月發生顯著變化。原因在于需要執行的工作是不定期發生的，且當它發生時，其成本將是很大的。例如，升級一個操作系統可能需要幾個小時，而且每六個月更新一次；不可能將這一時間分散到每個月花半小時。

01.維護硬件/操作系統/軟件

硬件故障、磁盤滿員、軟件生命周期結束：這些事實意味著，有時需要采取行動來確保節點繼續運行。

維護成本分為兩類：進行維護所花費的時間，以及維護期間的資金損失。為了盡量減少這兩者的發生，最好定期進行預防性維護；然而，這將需要監控系統，而監控系統本身也是需要管理和維護的。

很容易花費大量時間來進行維護活動，因此能夠準確地計算維護所花費的時間，以確保維護的成本與此期間內可以獲得的驗證者獎勵成比例，這是很重要的。

02.軟件升級

以太坊1.0網絡在過去幾年中已經表明，節點需要不時地升級。有時是為了響應bug，有時是為了實現協議更改、提高性能等等。升級與維護類似，只是升級可以提前計劃，以便在節點運營者最方便的時候進行。

03.節點實現的重新評估

節點軟件不會停滯不前，搭建軟件的公司也不會。例如，Parity團隊最近宣布他們將不再支持他們的以太坊1.0客戶端，而一些公司已經使用該客戶端很多年。隨著節點實現的變化，重新評估它們的特性和性能將是非常重要的，以便在更合適時切換到不同的實現。

成本的增長

上文所述的成本是基于你運行固定數量的驗證者的情況下考量的，那如果你想要在之后的某個時間增加運行更多的驗證者實例呢？成本會有何變化？

在階段0期間，大多數的工作都是由信標節點來執行的，驗證者只是對偶爾出現的數據段進行簽名。因此，不管你運行的驗證者的數量有多少，總體成本仍然相對穩定，只是偶爾需要購買新的基礎設施。

圖2：階段0期間增加驗證者的預計成本增長趨勢

階段1將為驗證者引入更多的工作，因此隨著你運行的驗證者數量的增加，這將導致需要額外的服務器。因此，由于需要購買、配置和維護新的服務器，成本將更頻繁地增加。

圖3：階段1期間增加驗證者的預計成本增長趨勢

階段2將為每個驗證者引入非常大的工作量，因此將導致每個服務器將只能運行相對少的驗證者數量。這意味著，隨著你運行的驗證者實例的增加，相應的成本將更加可能與之保持一致。

圖4：階段2期間增加驗證者的預計成本增長趨勢

總結

在以太坊2.0中運行一個驗證者將帶來許多的成本，比如設置成本、硬件軟件折舊成本和持續的維護費用。最大的成本將可能很快變成在維護工作和其他偶發性工作方面的時間成本。獲得最佳的收入需要在不犧牲安全性或正常運行時間的情況下保持低成本，同時必須考慮隨著以太坊2.0的階段1和階段2的到來，成本將會如何相應地增加。

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