以太坊后合并时代 15个概念带你深入了解以太坊2.0

北京时间9月15日14时42分左右，以太坊正式完成合并。以太坊在区块高度15537393触发合并机制，并产出首个PoS区块，高度为15537394，以太坊共识正式从PoW转为PoS机制。

以太坊进入后合并时代，你对以太坊2.0了解多少？本文用15个概念带你深入了解它。

1、信标链（Beacon chain）

信标链向以太坊1.0引入了权益证明，与以太坊1.0并行运行。信标链也被称为协调层。

信标链具有一下作用:

• 分配验证者的职责

• 确认检查点

• 执行协议级随机数字生成器（RNG）

• 促进信标链运行

• 投票决定分叉链头

2、Slots

32 Slot = 1 Epoch

1 slot的时间是12秒，随机选择的验证者在此时间内提议一个区块。每个slot中可能有也可能没有区区块。全部验证者被分成多个委员会，由一个或多个单独的委员会负责验证每个slot。委员会中有一个验证者将被选为聚合者（aggregator,），而其他127个验证者将进行验证。在每个Epoch之后，各委员会的验证者被混合并合并到新的委员会。每个委员会至少有128名验证者。

3、Epoch

1 Epoch = 32 Slot

1个Epoch表示32个slot的数量，大约耗时6.4分钟。

当涉及到验证者队列和最终确定性时，Epoch扮演着重要的角色。

4、存款合约

存款合约是通过以太坊1.0上的智能合约到达以太坊2.0的网关。

智能合约接受任何最少1个ETH和有效输入数据的交易。

以太坊2.0信标节点监听存款合约，并运用输入数据来信任各验证者节点。

5、输入数据

输入数据，也称为存款数据，是用户生成的，长度为842个字符的序列。

它表示验证者公钥和取款公钥，由验证者私钥签名。输入数据需要添加到交易和存款合约中，以便由信标链识别。

6、验证者（Validator）

验证者需要在以太坊1.0链上的验证者存款合约中存入32个ETH。验证者运营商必须运行一个验证者节点。验证者的职责是提议区块和签署证明。验证者必须至少保证一半的在线时长，才能获得正向回报。

符合激活资格&预估激活 

具体参考下文关于等待激活验证者的相关术语解释。保证金存款已经过ETH2链“符合激活条件”时间戳识别。如果存在等待激活验证者队列，则需计算预估激活时间戳。

7、唯一索引（Unique Index）

每个验证者都会接收属于自己的唯一索引。

8、当前余额 & 有效余额（Current Balance和Effective Balance）

当前余额表示验证者目前持有的ETH数量。有效余额表示由当前余额计算的值，用于确定验证者获得的奖励或惩罚的大小。有效余额永远不得超过32 ETH。

为了增加有效余额，验证者要求“有效余额 + 1.25 ETH”。换换句话说，如果有效余额为20 ETH，则需要当前余额为21.25 ETH，才能获得21的有效余额以太坊。如上例所示，有效余额将在低于阈值0.25时进行调整。

以下是说明有效余额如何变化的例子：

• 如果当前余额为32.00 ETH ——有效余额为32.00 ETH。

• 如果当前余额从22.00 ETH下降到21.76 ETH——有效余额将为22.00 ETH。

• 如果当前余额增加到22.25 ETH、且有效余额为21 ETH，则有效余额增加到22 ETH。

9、举报人（Slasher）

Slasher自成实体，但需要一个信标节点来接收证明。

为了通过验证者发现恶意行为，slasher遍历所有接收到的证明，直到发现罚没攻击。

被发现的罚没被广播到网络中，下一个区块提议者将证明添加到区块中。区块提议者会因为罚没恶意验证者而获得奖励。

然而，举报人（Slasher）不会得到奖励。

可罚没的罪行

证明者违规（Attestation Violation）

• 双重投票：验证者在同一个epoch签署两个冲突的证明。

• 环绕投票：验证者环绕另一个证明签署证明。

提议者违规（Proposer Violation）

• 双重区块提议：一个区块提议者为同一个slot签署两个冲突区块。

10、证明（Attestation）

验证区块有效性的证明者（Attester）进行的投票。

11、区块提议者（Block Proposer）

信标链所选择的验证者，提议出下一个区块。每个slot只能有一个有效区块。

12、区块状态（Block Status）

• 已提议区块（Proposed）：区块通过验证被验证者提议。

• 提议中区块（Scheduled）：验证者正在提交数据。

• 漏块（Missed/Skipped）：提议者没有在既定时间内成功提议区块，所以该区块被漏掉了。

• 孤块（Orphaned）：为了理解该术语，我们来看下图，其中数字1-9代表slot。

1、slot1的验证者提议区块“a”。

2、slot2的验证者提议区块“b”。

3、slot4被漏掉了，因为验证者没有提议任何区块（如离线）。

4、在slot5/6出现了分叉：验证者（5）提议了一个区块，但是验证者（6）没有收到相关信息（例如，该区块到达该验证者的速度不够快）。所以验证者（6）根据从验证者（3）那里看到的最新信息提议了一个区块。

5、分叉选择规则在这里起关键作用——决定了可用链中那条链是规范链。

13、验证者生命周期

（1）已存入保证金

32 ETH已存入ETH1存款合约，该状态将维持7小时左右。这为在ETH1链受到攻击时提供了安全性。

（2）等待激活

等待在ETH2上激活。

在验证者进入验证者队列之前，它们需要经其他活跃的验证者投票加入。每4小时进行一次投票。

• 直到网络中有327680个活跃验证者之前，每个epoch可以激活4个验证者。每增加65536（=4 * 16384）个活跃验证者，验证者激活率就相应增加1个点。

• 此后每个epoch可激活5个验证者，则需要327680个活跃验证者，也就是每天1125个验证者。

• 每个epoch激活6个验证者，则需要393216个活跃验证者，也就是每天1350个验证者。

• 每个epoch激活7个验证者，则需要458752个活跃验证者，也就是每天1575个验证者。

• 每个epoch激活8个验证者，则需要524288个活跃验证者，也就是每天1800个验证者。

• 每个epoch激活9个验证者，则需要589824个活跃验证者，也就是每天2025个验证者。

• 每个epoch激活10个验证者，则需要655360个活跃验证者，也就是每天2200个验证者。

• 激活数量随激活验证者数量的增加而增加，其限制为激活验证者集除以64.000。

（3）活跃验证者（Active Validator）

当前正在确认和提议的块（=区块提议者）

验证者将保持活动状态，直到:

• 其余额低于16 ETH（被踢出网络）

• 自愿退出

• 被罚没

（4）被罚没验证者（Slashing Validator）

验证者是恶意验证者，将被罚没并踢出系统。

惩罚（Penalty）是一S种消极的奖励(如离线)。

罚没（Slashing）是重大的惩罚（≥1/32的质押余额）和强制退出... .—— Justin Drake

（5）正退出的验证者（Exiting Validator）

• 踢出网络：验证者余额低于阈值，被踢出网络。

• 退出网络：自愿退出，取款密钥持有人可提取相应验证者余额的当前余额。

14、最终确定（Finalization）

在以太坊2.0中，至少有三分之二的验证者必须诚实，因此，如果存在两个相互竞争的epoch，并且三分之一的验证者决定实施恶意行为，他们将受到惩罚。诚实的人会得到奖赏。

为了确定一个Epoch是否已经最终确定，验证者必须同意连续的最新两个Epoch（= “被证明的”），然后所有之前的Epoch都可以被认为已经最终确定。

北京时间9月5日19:26最终确认的Epoch和正在处理区块的Epoch

15、最终确定性问题（Finality issues）

如果某个epoch的投票率低于66.6%（=参与率），则该epoch不能成立。正如在“最终确定”概念提到的，需要连续三个被证明的epoch才能达成最终确定性。只要链不能达到这个状态，就存在最终确定性问题。 

在存在最终确定性问题期间，验证者队列将被暂停，新的验证者不能加入网络，但是，余额小于16 ETH的非活跃验证者将被踢出网络。这使得网络更加稳定，参与率也更高。

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