以太坊2.0術語揭秘,為何需要信標鏈

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7月初,以太坊基金會研究員Danny Ryan透露以太坊Serenity(寧靜)零階段已經被“凍結”,這意味著升級的大部分更改在某種程度上已經完成

從V神所謂的“軟體開發苦幹階段”,到目前的規範“凍結”。時隔一年多,以太坊2.0的交付計劃已經開始步入正軌。目前,我們可以開始看到投入到研究和開發中的大量艱苦工作的結果。

當我開始研究 Serenity(或Ethereum 2.0)時,首先讓我感到困惑的是大量全新的術語。crosslink到底是什麼?slot是塊嗎?。Attestor(認證)與crosslink(交聯、跨聯)是一回事嗎?

下文試圖描述以太坊2.0中最常用的術語,適用於中等技術水平的以太坊使用者。請記住,這不是一個詳盡的列表,而是關注您可能有疑問的最突出的細節。

本文作者為Alex T,該文借鑑了去年10月底以太坊研究員Ben Edgington釋出的關於以太坊信標鏈的文章。這裡筆者將結合Ben Edgington的文章對本文進行補充闡述。

以太坊2.0系統構架及交付流程

在瞭解信標鏈以及更多專業術語之前,需要先了解以太坊2.0的系統構架。

如圖所示,自上而下來看,以太坊2.0的系統構架分為3個階段,從POW主鏈到信標鏈,之後是分片鏈以及VM層(虛擬機器層)。而這同樣可以作為以太坊2.0的開發和交付路線圖。

2018年2月,Hsiao-Wei Wang 的 PPT中繪製了這幅路線圖,當時以太坊還正處於開發以太坊1.0即POW主鏈的程序中,距離後來的君士坦丁堡硬分叉也相隔一年。

時至今日,信標鏈的規範程式碼已經凍結,並計劃於2020年1月3日釋出。而分片和以太坊虛擬機器的工作也已經相繼開始。

以下為以太坊2.0的3個階段及功能概述:

階段0 -信標鏈

管理驗證者和權益(stakes)

組織選舉委員會和為每個分片制定區塊提議者

應用共識一致的規則

對驗證者進行獎勵和懲罰/削減

階段1 -分片

構建分片鏈和塊

將分片塊錨定(交叉連結)到信標鏈

階段2 -執行環境

基於eWASM的虛擬機器執行。每一個分片。

交易能力

能夠執行並與智慧合約進行互動

跨分片溝通

以下為以太坊2.0中出現的重要術語:

Beacon Chain(信標鏈)

一種全新的POS鏈,給整個以太坊2.0系統注入生命力的核心,負責指揮協調系統的所有參與者。

包括信標塊

所有事務的共識層

管理驗證器

實行獎懲

提供隨機數,防止區塊提議者在隨機數系統中作弊

透過交叉連結作為作為分片在信標鏈上註冊其狀態以促進跨分片交易的錨定點

值得一提的是,雖然信標鏈管理共識演算法和跨分片溝通,但是溝通是有限的,溝通太多會給信標鏈太多壓力。因此,溝通時間間隔為6分鐘,每6分鐘,每個分片可以發現其他分片的雜湊值;使用者和應用在不同的分片上操作、執行。

簡而言之,信標鏈負責指揮系統的其餘部分,而每個參與節點則維護自己本地的信標鏈,來實現與其他節點同步。

Shards(分片)

共有1024條並行的分片鏈

半獨立的鏈,包括分片塊

分片塊的狀態透過交叉連結定期記錄在信標鏈上

一旦信標鏈上的塊完成,包含的Crosslinks中引用的分片塊就被認為完成了

每個分片都有一個驗證器委員會來驗證塊

Crosslinks交聯,跨聯)

分片狀態的總結,將整個分片系統連線在一起,將每個分片錨定到作為脊柱的信標鏈上

只引用信標鏈中的分片

每個分片當前的狀態(即“組合起來的資料根”)將定期地被記錄在信標鏈中實現跨聯。當信標鏈的某個區塊被最終確定時,相應的分片區塊也被認為是最終確定的,且其他分片可以依靠這個確定的分片來進行跨分片交易。

Slot(時段)

Slot是在一段時間內區塊提議者提出的區塊認證,並非是區塊。與POW的出塊時間不規則不同,以太坊2.0同的出塊時間是固定的,每16秒定期產生一個區塊(可更改),而這16秒的週期被稱為Slots

Slot可能是空的

Slot由經過認證的塊填充

Epoch

在以太坊1.0的POW鏈中,每30000個區塊為一個epoch。

而在POS鏈中,Epoch包含多個slot(目前為64個),之後,驗證器將在委員會中重新洗牌

Validators驗證器

在驗證器儲存合約中儲存了32eth並執行驗證器節點的使用者(節點透過向POW鏈(即當前的以太坊主鏈)的一個合約中傳送抵押金(32個以太幣)來加入驗證者集合中)

這些節點可以是非活動的(暫時還不能作為實際的驗證器執行)、活躍的(驗證)、掛起的(選擇成為驗證器,但被卡在輸入佇列中)和退出的(不再希望驗證並被卡在退出佇列中),但只有活躍的驗證者才會參與到以太坊2.0協議中,並且可以加入到委員會進行投票。

Block Proposers(區提議

信標鏈選擇的隨機驗證者,用於提出用於驗證/認證的塊。在各個階段,為每個分片制定被選中的區塊提議者

被選中的信標鏈區塊提議者將會蒐集那些來自先前區塊的信標鏈驗證者們的協議投票(認證),並將這些投票納入該驗證者釋出的區塊中。

當一切正常執行時,slot應該有一個提議者,shard應該有16個提議者

Attestations(認證)

關於分片塊或信標鏈有效性的投票

委員會

信標鏈選擇的用於驗證塊有效性的隨機驗證器組(信標&分片),確保哪些區塊構成整條鏈的真實歷史記錄。

目標是每個委員會至少有128個驗證者。此外,信標鏈將為每個分片指定一個更小的分委員會(sub-committee),負責在適當的時侯確認分片的提議者是否行為得當。

ETH2

信標鏈的基本貨幣

最初將從獎勵和鎖定ETh2在驗證器存款合約中獲得

Validator Deposit Contract驗證器定金合約)

POW鏈上的智慧合約(在我們的例子中是Ethereum Mainnet)

一旦ETh2資金被鎖定在這個智慧合約中,並且事件日誌被髮出,應該被信標鏈讀取,相同數量的ETH2應該分配給現在被認為是驗證器的帳戶

這種機制將來可能會改變

在第2階段結束之前,將ETh2轉移到ETH2是單行道,無法取回ETh2,但是有一個出口可以賣掉你的stake

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