ETH:科普 | 以太坊2.0 的驗證者有效余額是什么

作者:?JimMcDonald

翻譯&校對:?閔敏?&阿劍

來源：以太坊愛好者

權益證明

對于所有區塊鏈來說，核心競爭力都是保證自身安全性的能力。在一條安全的鏈上，交易是?可驗證?的，且歷史交易數據是?不可篡改的，即，在區塊鏈上，任何人都可以獲得一筆歷史交易的詳細信息，并確保這些信息沒有被偽造，且它不會在歷史中被替換成另一筆交易或者被換了個發生的順序。

以太坊2.0保護自身的方式是讓個人運行驗證者客戶端。驗證者會執行一個可以被視為投票的計算機進程：每當網絡上創建出了一個新區塊，都會有一組預定的驗證者對其進行驗證，判斷這個區塊內的交易是否有效，并將這個區塊正確鏈接到前一個區塊上。如果驗證者認為這個區塊有效，就會為其作證。如果一個區塊從驗證者那里得到了足夠多的“見證”，就會被放到主鏈上。

為了鼓勵驗證者積極表現，并避免出現驗證者懶得給區塊提供證明，或是有意在區塊的有效性上撒謊的情況，他們的行為會被賦予貨幣獎勵。在驗證者激活驗證者身份之前，需要向網絡全額提交一筆32ETH的保證金；這就是驗證者的初始余額。每過大約6.5分鐘，網絡就會衡量每個驗證者的行為，并適當給予獎懲，算進驗證者的余額里。獎金或罰金的具體金額取決于驗證者的當前余額；余額較多的驗證者提供證明所獲得的獎懲較高，反之亦然。

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]

理解獎懲的概念非常重要：獎勵用來鼓勵那些促使網絡達成共識的行為，而罰款用來懲罰那些妨礙網絡達成共識的行為或是不作為。因此，為求利益最大化的驗證者也將為整體網絡帶來最大收益。

本文不對以太坊2.0的權益證明模型作詳細說明。但是明白一點非常重要，就是每個驗證者都有自己的余額，以太坊網絡會根據他們履行職責的情況定期更新其余額情況。

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

本文探索了驗證者余額與獎懲之間的關系；如果有驗證者想為網絡做出貢獻并獲得相應回報，有幾點是必須了解的。

獎懲情況

如上文所述，履行了職責的驗證者會獲得獎勵，不履行職責的驗證者會得到懲罰。獎懲情況會反映在驗證者的余額上，正如下圖虛構的驗證者余額變化情況所示：

動態 | 人民日報官方微博科普區塊鏈 強調區塊鏈不等于比特幣:人民日報官方微博今早發表9圖科普區塊鏈。其中涉及區塊鏈的特點有：1、安全；2、不可篡改；3、可訪問；4、無第三方。區塊鏈對未來的影響：1、不需繁瑣個人證明；2、看病避免反復檢查；3、旅行消費更加便捷；4、交易無需第三方。同時強調，區塊鏈不等于比特幣。比特幣只是區塊鏈技術的一種應用，區塊鏈還有醫療衛生、食品安全、版權保護等諸多應用領域。[2019/10/28]

-圖1：虛構的驗證者余額變化情況-

每隔一個時間段，網絡都會對驗證者的參與情況進行評估，然后相應給出獎懲，從而導致余額發生階段性變化。圖中的驗證者既有表現良好獲得獎勵的時候，也有表現不佳得到懲罰的時候：

-圖2：獎懲的階段性變化情況-

動態 | 幣安科普MimbleWimble算法:幣安官方推特今日發布隱私算法Mimblewimble的科普貼，在下方留言區大量網友留言猜測是否是基于 Mimblewimble算法的隱私幣Grin或者Beam即將登陸幣安交易所，其中猜測Grin的呼聲更高。[2019/9/2]

圖中并沒有明確顯示出不同階段的獎懲變化情況。例如，相比時段12，時段5的懲罰要高得多，盡管這兩個時段的余額都差不多。上圖中有4個關鍵點值得我們進一步思考。第一個關鍵點位于時段3內，即下圖標亮的部分：

-圖3：獎懲金額減少-

這個時候，驗證者的余額已經跌至32ETH以下，獎懲力度也因為不明原因降低了。第二個關鍵點位于時段5內，即下圖標亮的部分：

-圖4：獎懲金額再度減少-

財政部副部長朱光耀：數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展:今日，在中國發展高層論壇2018年會上，財政部副部長朱光耀表示：“數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展。也要關注數字經濟的其他影響，包括稅收征管、反洗錢監管措施等要跟上。”[2018/3/25]

這個時候，驗證者的余額已經跌至31ETH以下，獎懲力度也因為不明原因再度降低了。

第三個關鍵點位于時段9內，即下圖標亮的部分：

-圖5：獎懲金額沒有像預期那樣增長-

這個時候，驗證者的余額又漲回了31ETH，但是獎懲金額還是跟之前一樣，并沒有增加。

第四個關鍵點是在時段18內，即下圖標亮部分：

-圖6：獎懲金額出現意外增長-

這個時候，雖然驗證者的余額沒有超過特定金額，但是獎懲金額增加了。

總而言之，這反映了獎懲金額的變化是雜亂無章的。要理解這些獎懲金額為什么會產生變化，需要了解什么是?有效余額?。

什么是有效余額？

有效余額是根據每個驗證者的當前余額和上一個有效余額計算得出的。它決定了每個驗證者所能獲得的獎懲金額。

1、有效余額不可能超過32ETH。也就是說，就算驗證者的余額有100ETH，有效余額也只是32ETH。

2、有效余額只能是1ETH的倍數，小數點后面忽略不計。也就是說，假設驗證者的余額是29.9999ETH，有效余額也只是29ETH。

3、只有當驗證者的余額比當前有效余額高1.5ETH的時候，有效余額才會增加。也就是說，在余額變化時，余額要上升到26.5ETH，其實際余額才會上升到25ETH。

根據上述規則，驗證者的有效余額變化情況如下圖中的綠線所示：

-圖7：當前余額和實際余額的對比-

有效余額是源于設計和技術這兩方面的需求。從設計層面來講，將個人驗證者的有效余額上限定在32ETH可以防止某個驗證者對整條鏈狀態的投票權重過大。從技術層面來講，降低有效余額的變化頻次可以讓以太坊在低功率硬件上運行，因為有效余額的每一次變化都需要進行成本較高的計算。

在了解了有效余額之后，就更能感知到獎懲金額的變化了。我們再回到上文提到的幾個關鍵點：

在時段3，驗證者的余額跌至32ETH以下，因此根據第二條規則，其實際余額從32ETH跌至31ETH。獎懲金額是由實際金額決定的，因此獎懲力度變小。

在時段5，驗證者的余額跌至31ETH以下，因此根據第二條規則，其實際余額從31ETH跌至30ETH。獎懲金額是由實際金額決定的，因此獎獎懲力度進一步變小。

在時段9，驗證者的余額提高到了31ETH，但是沒有達到上文第三條規則中提到的標準，因此有效余額不會上升。獎懲金額是由實際金額決定的，因此保持不變。

在時段17，驗證者的余額提高到了31.5ETH，因此根據第三條規則，有效余額從30ETH上升到了31ETH。獎懲金額是由實際金額決定的，因此獎懲數額變得更大。時段18的時候第一次出現獎勵增加的情況。

有效余額對驗證的影響

驗證者余額的少量變化就會對有效余額產生長遠影響，因此要時刻跟進這一情況。

如果驗證者節點必須停機一段時間，那么正確計算時間也很重要，因為驗證者所需繳納的罰金不一定相同。一筆0.015ETH的罰金可能會讓驗證者的余額從30.020ETH跌至30.005ETH，對驗證者的總體收益影響不大。然而，一筆0.015ETH的罰金可能會讓驗證者的余額從30.005ETH跌至29.990ETH，會對驗證者的總體收益產生較大影響。

驗證者有效性

驗證者有效性根據有效余額在總余額中的占比計算得出，是用來衡量有多少驗證者余額用于見證的指標。舉例來說，如果驗證者的余額是31.9ETH，其有效余額就是31ETH，其有效性就是31/31.9，即97%。

活躍驗證者的有效性通常在95%到100%之間，這個比例越高，就越能增強網絡安全性，并提高驗證者獎勵。如果有效性較低，則表明驗證者離線的時間較長。追蹤有效性是一種衡量驗證者整體表現的簡單方式。

影響獎勵的其它因素

本文簡單展示了以太坊2.0驗證機制，以此來解釋有效余額的概念。以太坊2.0的實際獎懲系統將有效余額作為基礎，但是具體的獎勵金額取決于不同因素。例如，如果有驗證者提議了一個區塊，得到的獎勵可能會高一點。如果有驗證者掉線了，或是就區塊鏈的狀態存在分歧，獎勵可能會低一點。

總結

成功運行以太坊2.0的驗證者節點需要了解很多技術因素，包括有效余額的概念。在一些關鍵時刻，例如，所得獎懲會對驗證者的有效性產生長遠影響之類的時刻，對驗證者客戶端進行主動管理會提高網絡的總體安全性，也會影響驗證者的獎勵。要了解一個主體的資金管理能力而言，驗證者有效性變化情況將會是一大關鍵指標。

注1：實際上，網絡衡量的不僅是見證消息的數量，還有其累積權重：見證消息的權重等于相應驗證者的有效余額。

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