以太坊:科普 | Eth2 验证者的生命流程

以太坊2.0使用权益证明机制来保护网络，也就是由许多叫做“验证者”的计算机线程来投票决定哪一个区块能够上链，当然也会自己提出备选区块。不过，验证者不是仅仅只有“开”和“关”两种状态：从成为验证者到退出验证者的整个生命周期中，其状态会经过多次转换。本文会深入研究验证者的生命周期，展示各阶段和转换过程的实质、如何触发转换，以及每种转换的历时?1。

先说明一下时间单位

以太坊2.0中的时间通常是用“epoch”这种单位来度量的，1个时段是384秒，也就是六分半钟。为便于理解，基于这一度量的时间我都转化成了以分钟、小时、天为单位，并在附录的脚注中提供详细信息。

验证者生命周期概述

在深入细节以前，我们先来看看验证者生命周期的概况、了解一下用于表述不同状态的术语。

-图1：验证者生命周期一览-

各标签所示的阶段如下：

已存入保证金：保证金要约已被以太坊1.0区块链打包

等待激活：保证金要约被以太坊2.0网络接受

活跃：验证者要见证区块及提议区块

即将退出：验证者即将停止见证及提议区块

民盟中央建议加速元宇宙科普和立法:3月4日消息，民盟中央已起草了《关于“元宇宙”技术发展的提案》，并将提交全国政协十三届五次会议。在提案中，民盟中央建议，在科普层面需加速知识传播，法律层面则需加快立法步伐。民盟中央拟提交的提案指出，目前，在新兴网络层面，相关政策法规相对缺失。“元宇宙”在未来将会带动形成全新的网络形态，当遇到突发舆情，全虚拟的环境、场景将更难进行源头追踪、问题疏导。因此建议应尽早加快立法研究，尽快形成与技术、市场发展相适应的治理模式和法律基础，全面提升我国社会治理的水平。建议组织相关部门，针对“元宇宙”相关需求、风险进行立法研究，并尽快发布。此前消息，民进中央拟向全国政协十三届五次会议提交《关于积极稳妥推进元宇宙技术和产业发展的提案》。建议推进元宇宙技术产业发展，建立相关监管治理体系。（华夏时报）[2022/3/4 13:37:12]

被罚没：因为作弊被抓，验证者停止见证和提议区块

完全退出：验证者完全退出，不再参与任一流程

也可由此定义出一种基本状态：“

正在见证”，激活、主动退出及完全退出都在该状态中，处于该状态的验证者被指望去见证及提议区块。这个状态是最重要的，在此状态下，验证者需要连接以太坊2.0网络、同步数据，以履行责任，避免被惩罚。

国务院：推进科普与区块链技术深度融合:为贯彻落实党中央、国务院关于科普和科学素质建设的重要部署，依据《中华人民共和国科学技术进步法》、《中华人民共和国科学技术普及法》制定《全民科学素质行动规划纲要（2021－2035年）》，其中要求实施智慧科普建设工程。推进科普与区块链等技术深度融合，强化需求感知、用户分层、情景应用理念，推动传播方式、组织动员、运营服务等创新升级，加强“科普中国”建设，强化科普信息落地应用，与智慧教育、智慧城市、智慧社区等深度融合。（新华社）[2021/7/10 0:40:52]

-图2：“正在见证”状态-

定义完了这些阶段之后，我们就来详细考察它们之间的转换过程。

保证金存入阶段

保证金要约被接受是验证者生涯的开始；这个接受过程是在以太坊1.0链上发生的，因为验证者资金原本就放在以太坊1.0链上。但1.0链接受之时，2.0链还不能感知到这笔存款。

验证者的保证金存入阶段大概要历时7.5个小时?2，以保证链重组影响到Eth1交易的顺序乃至保证金要约无效化的概率足够小。这个阶段完成后，验证者就进入等待激活阶段?3。

-图3：从保证金存入阶段转到等待激活阶段-

声音 | 浪潮集团云南分公司总经理：云南区块链产业发展需从“科普”到“专精”不断深化:据昆明日报消息，浪潮集团云南分公司总经理郑昕表示，云南区块链产业发展需从“科普”到“专精”不断深化。下一步，浪潮将继续加大云南农业产业高质量发展体系建设力度，重点以普洱茶等云南优势产业为切入点，打造云南“绿色、有机农产品高地”的品牌形象，并在此基础上，开展基于区块链的供应链金融服务，解决中小企业贷款难、贷款贵问题。[2019/11/11]

等待激活阶段

保证金在Eth1链上存入足够久之后，它就会被Eth2链接受。这标志着验证者正式开始接受Eth2的组织。假设一位验证者存入了至少32ETH?4，那么TA就可以开始作见证了。

等待激活的验证者会组成一个队列：在一个时间点，Eth2链上能激活和能退出的验证者数量都是一个比较小的数量5，以保证验证者集合的稳定性。如果队列是空的，那么等待激活的验证者会在大约25分钟以后激活?6；如果队列很长，那可能要几天甚至几周才能激活。不过，排完队之后，验证者就可以直接激活、参与见证。

-图4：从等待激活到活跃阶段-

活跃阶段

声音 | 火星人朋友圈科普RAM:火星人在朋友圈发文称，“什么是RAM？简单来说就是EOS这个国家的土地，所有的经济行为都离不开土地。只要EOS的BP们能投票形成一个稳定的供给预期，并且不改变目前的Bancor算法，那么RAM后续的价格有可能会像北上广深的房价走势。房价下跌不行，房价过快上涨也不行，EOS的生态越来越像某国了，真有意思。”[2018/7/6]

一般来说，一名验证者的绝大部分时间都处于这个阶段。活跃验证者大约每6分钟要发出一条见证消息，偶尔要自己提议区块?7。验证者会一直保持在活跃状态，除非出现下列三种情况：

该验证者因没有及时发出见证消息而遭受惩罚，最终其余额低于16ETH

该验证者主动要求退出，方法是发送相应的一笔交易

该验证者被证明作恶

在前面两种情况中，验证者都会被加入退出队列。

-图5：从激活状态到即将离开-

在第三种情况下，验证会被加入作恶者队列，接受惩罚。

金色财经独家分析 监管机构、媒体、业界提示风险 区块链科普道阻且长:新华社今日发文表示，近来“区块链”类案件频发，不法分子以“投资虚拟货币周期短、收益高、风险低”为借口，取用户信任并诱使其转账进行投资。无独有偶，同日消息，腾讯手机管家安全专家也提醒此类风险，并从技术上提出防建议。在美国，监管机构警示加密货币欺诈现象普遍承诺高收益而不披露潜在风险。金色财经独家分析，不法分子假借新技术之名进行，一方面是抓住民众趋利的心理，一方面反映出区块链科普的欠缺。区块链是新兴科技和底层技术并有改变社会生产关系的潜力，应该进行系统性的科普教育，当前，部分大学已经开始设置了区块链课程，但对于普通民众仍然有科普的需求，人们应该了解到系统和正确的知识，不仅要了解区块链的好，也要明确局限和弊端，以在高收益的诱惑下，保持清醒客观。[2018/4/11]

-图6：从激活状态到被罚没状态-

值得注意的是，如果有需要，验证者总是能够发送额外的保证金要约来“充值”余额（但是

有效余额的上限是32）。这样就能避免验证者余额低于16然后被放到退出队列里去。

即将退出阶段

虽然主动退出的验证者表达了停止验证的意愿，但是，他们是不能立即退出的。相反，虽然处于即将退出状态，他们还是要照常承担职责，跟活跃状态时候一样要见证和提议区块。这样保证了网络的稳定性，避免了验证者立即退出会造成的冲击。

就像验证者想激活的时候有个等待激活状态和队列，想要退出的验证者也有一个队列，一段时间里仅允许少量验证者退出。同样地，主动退出阶段要花费的时间取决于排在前面的验证者有多少。

-图7：从正在退出到完全退出-

被罚没状态

验证者违反协议后被抓，就要立即被罚没1ETH，然后进入被罚没状态，这跟即将退出状态类似，但是还要遭受惩罚。这一点我们在下文的“完全退出”部分讨论。

-图8：从被罚没到完全退出-

处于即将离开状态乃至已经完全退出的验证者，都有可能被罚没。这样能防止作恶的验证者利用正常的退出机制、在作恶被发现以前逃之夭夭。结果就是状态模型变得更加复杂：

-图9：补充罚没条件之后-

完全退出

转到完全退出状态之时，验证者就正式结束了自己的工作，不再需要见证和提议区块，也不再需要紧跟Eth2区块链的实时动态了。

转成完成退出状态之后，大概还有一天的延迟?8，之后才能取出验证者余额。不过，如果一个验证者是从被罚没状态中完全退出的，那还要接受两项额外的惩罚。

第一项，从完全退出到能够取款的间隔会长得多，要36天?9。第二项，在这36天期间，系统还会根据该验证者作恶被抓的时间点前后18天内被罚没的验证者数量对该验证者施加进一步的惩罚。那么该验证者的有效余额损失比例?10?将如下图所示：

-图10：被罚没的有效余额与同期被罚没的验证者比例的关系-

36天的周期走完，被罚没验证者剩下的余额就能拿走了。

从这个生命流程图中可以看出，没有额外的机制让一个完全退出的验证者重新激活。因此，一旦某个验证者退出，其资金就会一直休眠，等待验证者前来取走。不过，Eth2Phase0时候，资金是不能转账的——因此所有完全退出的验证者的资金都仍保存在质押系统中，直至开启转账功能。没有转账功能，是因为用户帐户模式还未引入。

补充后的验证者生命流程

把上面所有详细信息补充到流程图中，可以得到一个完整的图：

-图11：补充后的验证者生命流程图-

请细看其中补充的条件、各阶段的历时、转换过程，这些细节对成功运行Eth2验证设施非常关键。从初始化保证金到取出保证金，这个生命流程图点出了各阶段可能发生的情况，也为验证者在全时段中的表现提供了清晰的解释。

注1：要注意的的是，以太坊2.0的规范没有一个显式的状态机，因此，各阶段的名称都是作者为便于描述而给出的。

注2：1024个以太坊1.0区块的时间加上32个以太坊2.0的时段。

注3：这里假设验证者存够了32ETH。如果没有存够，则该验证者会一直停留在保证金存入阶段，直到该验证者另外发起保证金要约，使其余额超过32ETH。

注4：如果不到32ETH，那还可以另外再存入，提高该验证者的余额。

注5：每个时段有/63356个名额，下限是4个。

注6：即4个时段的长度。

注7：每一个验证者都需要在一个时段中的某个时隙发出见证消息，而每一个时隙都会有一名验证者被随机选中作为区块提议者。

注8：256个时段。

注9：8192个时段。

注10：注意，罚没力度最高是100%的有效余额，但有效余额的上限是32ETH，无论该验证者的实际余额是多少。

原文链接:?https://www.attestant.io/posts/understanding-the-validator-lifecycle/

作者:?JimMcDonald

翻译:?阿剑

本文由作者授权EthFans翻译及再出版。

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