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以太坊eth 2.0 术语库

  • Ethereum 2.0

以太坊eth 2.0 术语库

编者按:本术语库由 ECN 整理而成,并将在 ethereum.cn 的 Eth2 文档中持续更新,欢迎点击文末“阅读原文”或是访问 https://eth2.ethereum.cn/eth2-glossary 进行术语速查。如需转载,请注明来源。

A

➤ Attestation 证明

证明是指验证者所发起的投票,由验证者的签名聚合而成,用以证明区块的有效性,投票通过验证者的余额进行加权。

➤ Attester 证明者

信标链上的验证者可以充当区块提议者和证明者,证明者对区块发起投票。

B

➤ Beacon Chain 信标链

以太坊eth2.0阶段0中实现,将引进权益证明 (PoS) 共识机制。也被认为是Eth2的“协调层”。

职能:

  • 为验证者分配职责
  • 对检查点进行最终确定
  • 在协议层上执行随机数生成
  • 巩固信标链
  • 对链头进行投票,作为分叉选择的基础
  • 针对分片链的过渡/数据进行连接和投票

➤ Block proposer 区块提议者

由信标链通过RANDAO机制随机选择出来的验证者,对下一个区块进行提议。每个slot中仅有一个区块提议者。

C

➤ Casper FFG

Casper FFG是基于PoS共识机制的区块最终确定系统,其规定了区块最终确定的规则,并对已确定的区块进行检测。Casper FFG融合了PoS算法技术及拜占庭容错共识原理,其与链增长过程脱钩,可以作为一个独立的叠加层,为任何有效区块链blockchain协议提供最终确定区块的服务。与PoW共识机制相比,FFG可以为区块链blockchain带来更高的安全性,防止区块被篡改。

Casper FFG vote指验证者为最近一个epoch的检查点即 “目标检查点” 和前一个检查点即 “来源检查点” 发起投票,证明投票由验证者广播到p2p网络,最终再由区块生产者打包进区块。

➤ Committees 委员会

信标链和分片里每个slot中的委员会至少由128位验证者组成,根据伪随机过程RANDAO,验证者们被随机分配到委员会中,对区块发起投票,确定其有效性。

➤ Checkpoint 检查点

检查点指位于每个epoch第一个slot里的区块,如果该slot内没有产生区块,则最近的前一个区块为检查点。每个epoch都会有一个检查点区块;一个区块可能同时是多个epoch的检查点。

➤ Chain head 链头

链头是指信标链或分片链末端的一个区块,每个slot中的区块都要发起一次LMD GHOST投票,对信标链头进行验证。

➤ Current Balance & Effective Balance

现存余额&有效余额

现存余额指验证者当前持有的ETH总数,而有效余额指根据现存余额计算出来的ETH数量。有效余额规定了验证者获得的ETH赏金或者罚没数量的范围。有效余额最多为32个ETH。

验证者若想要扩大有效余额数量,需要持有的现存余额为“有效余额+1.25个ETH”。换句话说,如果验证者原本持有有效余额20个ETH,想要增加到21个ETH,验证者的现存余额必须增加到21.25个ETH。如下文第三个例子所示,倘若现存余额减少了0.25个ETH,低于阈值,有效余额也会随之调整。

以下举例说明了如何计算有效余额:

  • 如果现存余额为32个ETH — 有效余额为32个ETH;
  • 如果现存余额由22个ETH减少到21.76个ETH — 有效余额将为22个ETH;
  • 如果现存余额由22个ETH减少到21.749个ETH — 有效余额将为21个ETH;
  • 如果现存余额增加到19.25个ETH,且原有有效余额为18个ETH,那么有效余额将增加到19个ETH;
  • 如果现存余额增加到22.25个ETH,且原有有效余额为21个ETH,那么有效余额将增加到22个ETH。

D

➤ Deposit Contract 存款合约

部署在以太坊ethPoW链上的智能合约。要成为Eth2的PoS验证者,需要首先向存款合约发送一笔交易,包含一定量的ETH作为质押金。存款合约记录了质押历史纪录,并且将所有质押金锁定在PoW链上,之后可以转移至Eth2信标链上。请注意,在Eth2早期阶段,存款合约只支持单向转移,不能将质押金从Eth2转回PoW链。

➤ Double proposal 双重提议

一名区块提议者在他所分配到的slot里提议一个以上的区块。

➤ Double vote 双重投票

一名验证者针对同一个目标检查点 (target),不同的源检查点 (source) 发起的两次FFG投票。双重投票可以被看做是PoS版本的双花攻击 (double-spend attack)。

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双重投票及环绕投票示例,图源Justin Drake

E

➤ Epochs 时段

每个epoch由32个slots (时隙) 组成,每个slot为12秒,一个epoch即6.4分钟。

➤ EBB 时段边界区块

时段边界区块 (EBB, epoch boundary block) 是一些文献中用到的术语,可以理解为“检查点”(checkpoint) 的同义词。

F

➤ Fork choice rule 分叉选择规则

Eth2中的分叉选择规则是 LMD GHOST (Latest Message Driven GHOST, 由最新消息驱动的GHOST)。在该协议中,获得投票数最高的分叉将被选为链头。与最长链规则相比, GHOST的优点在于能够在网络延迟较高时降低攻击效率,同时最小化链重组的深度。即使攻击者能够高效地在其分叉链上继续产生区块,尝试使该链成为最长链,协议也会选择另一条票数更高的分叉链。

Finalization 最终确定

最终确定性指两个相冲突的区块 (检查点) 无法同时被最终确定,也可以称之为经济确定性 (economic finality)。在Eth2中,一旦两个相冲突的检查点被最终确定,那么系统中至少三分之一的活跃验证者将受到罚没。如果连续两个epoch被证明 (或跳过一个epoch的连续两个epoch),则第一个epoch被认为获得最终确定。

J

Justification 证明

证明指验证者对检查点进行投票并确定信标链头的行为。如果2/3的验证者 (即绝对多数) 对两个epoches达成共识,例如源检查点 (source) 和目标检查点 (target),那么这两个检查点都被证明了。如果连续两个epoch被证明 (或跳过一个epoch的连续两个epoch),则第一个epoch被认为获得最终确定。

L

➤ LMD GHOST

LMD GHOST是Eth2中的分叉选择规则。GHOST (Greediest Heaviest Observed SubTree) 实际上是一种较早的协议,在PoW和其他区块链blockchain中应用颇广。协议仅遵循“最重”子树,即最长链。在BTC语境中,最重分支是哈希算力最高的链,并且被视作是最长链 (规范链)。LMD (Last Message Driven) 通过“最新消息驱动”来发挥“消息” (message) 的作用。消息是一则证明 (attestation),其不同之处在于获得最多票数的分叉将被视为规范链。

P

Proof of Stake (PoS) 权益证明

权益证明 (PoS) 是一种用于公共区块链blockchain的共识算法,该算法取决于验证者在网络中的经济权益。在基于工作量证明 (PoW) 的公共区块链blockchain中,通过奖励解决密码难题的参与者,以验证交易并创建新区块 (即挖矿)。而在基于 PoS 链中,一组验证者轮流对下一个区块进行提议和投票,每个验证者的投票权重取决于其押金 (即权益) 的多少。PoS 的显着优势包括提高安全性、降低中心化风险和节省能耗。

以太坊eth2.0上,激活一名验证者需要在网络中质押32 ETH。

➤ Phase 0 阶段0阶段0作为以太坊eth2.0的首个阶段,也即启动信标链(信标链已于北京时间2020年12月1日创世)。阶段0通过管理协调验证者来实现PoW到PoS共识机制的转变。此阶段不会提供分片链或执行等功能,也就是说,参与者在此阶段无法在Eth2网络中进行交易或是调用智能合约。‌

➤ Phase 1 阶段1

阶段1是以太坊eth2.0继阶段0之后的第二次网络升级,主要目标是启动分片链,并将数据写入分片链。分片是提升以太坊eth可扩展性的关键,因为其允许并行处理交易而大大提升了吞吐量,目前最新方案是在阶段1中部署64个数据分片(将来或许会更多)。

➤ Phase 1.5 阶段1.5

阶段1.5指以太坊eth1.0和2.0区块链blockchain的合并时期。在阶段1.5,以太坊eth1.0链将合并到具备执行功能的Eth2信标链上。彼时,1.0链的全部功能 (包括ETH的使用) 将在2.0链上实现,而不会破坏数据一致性。

➤ Phase 2 阶段2

阶段2是以太坊eth 2.0的第三个阶段。在之前的路线图中,阶段2的计划是整合整个2.0系统的功能性,并引入基于eWASM的虚拟机,为分片提供执行环境,以便基于Eth2构建可扩展的应用,并且将1.0链完全引入2.0,最终弃用工作量证明机制。在最新的“可执行信标链+数据分片+Layer2”路线图中,阶段2暂时被搁置,但仍然保留内置虚拟机的可能性。

S

➤ Sharding 分片

分片概念原本指数据库的横向分割,将大型数据库分割为更小、更快、更易于管理的部分。为了保证去中心化,区块链blockchain需要采取类似的横向扩容方式。每条分片链都拥有一个节点子集在该链上进行工作。虚拟矿工和验证者被分配到不同的分片中,并且只处理和验证自己所在分片链上的交易。Eth2的短期计划是启用64个分片,预计在阶段1实现分片与信标链的交联。

Shuffling “混洗”机制

验证者“混洗”的主要目的在于确保分片的安全性。由于验证者分散在不同的分片中,有的节点可能会恶意控制某个分片。对验证者进行混洗 (shuffling),使得每个分片区块都有一个委员会,其中的验证者都经由随机挑选。经数学计算,如果攻击者控制的验证者少于总数的三分之一,就难以对某个分片发起攻击。

Slots 时隙

12秒的时间段,其中随机选择的验证者将提议一个区块。在每个slot中,在信标链和分片中都可能新增一个区块,但是slot中也可以没有产生区块。每个epoch中,验证者被随机分配到一个slot和分片中组成委员会,除了一名区块提议者,其他委员会成员负责对该区块进行证明 (attest)。每个委员会最少有128名验证者。

Surround vote 环绕投票

一名验证者发起的FFG投票环绕之前的FFG投票,或是被之前的FFG投票所环绕。

举个例子,假设一名验证者在epoch 5内,为slot 32处的源检查点和slot 128处的目标检查点发起了一次FFG投票:

  • 在epoch 6内,为slot 64处的源检查点和slot 96处的目标检查点发起的FFG投票,被其在epoch 5中的投票环绕。
  • 在epoch 6内,为slot 0处的源检查点和slot 160处的目标检查点发起的FFG投票,则环绕了其在epoch 5中的FFG投票。

➤ Slashing 罚没

对验证者进行罚没,是指如果验证者被证实存在破坏行为,其 (部分) 质押金将被销毁。在Eth2阶段0时期,验证者主要会因为三种恶意行为被罚没:双重投票 (double voting)、环绕投票 (surround voting)、双重提议 (double proposal)。被罚没的验证者将被停止继续参与协议,并且会被强制退出。

被销毁的质押金会与同时段被罚没的验证者数量成一定比例,以避免验证者因无心之举而受到超额惩罚。因为攻击需要大量验证者参与,被罚没的验证者越多,说明被攻击的可能性越大,惩罚力度也就越强。最低罚没金额为1 ETH,最高罚没金额为验证者全部余额。

V

Validator 验证者

验证者可以看作是权益证明 (PoS) 共识机制中的“虚拟矿工”。用户通过质押ETH来激活和管理验证者,每质押32个ETH,就会激活一名验证者。

验证者通过验证者客户端进行工作,而客户端借助信标(链)节点来运行。每个信标节点都有跟踪和读取信标链的功能。而每个验证客户端都可以执行信标节点的功能,或者调用信标节点。一个客户端允许一个或以上验证者执行验证职能。

验证者生命周期:

  1. 质押:已将32 ETH存入ETH1存款合约,此状态将保留约7个小时。这可以在ETH1链遭遇攻击时保障安全性。

  2. 等待在Eth2激活

  • 在网络中有327680个有效验证者之前,每个epoch可以激活4个验证者 (每天900个)。在此之后,每个epoch可以激活5个验证者。并且每增加6.4万个活跃验证者,每个epoch可以激活的验证者数量+1
  • 激活数量与活跃验证者的数量成比例,上限是有效验证者集除以64,000

活跃验证者 (参与证明&提议区块):

出现以下情况任一,验证者停止工作

  • 余额低于16个ETH (被驱逐)
  • 自愿退出
  • 受到罚没

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