以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息

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以太坊 2.0 信标链或在 6-8 周后推出,了解一下它的运作原理。。

原文标题:《ETH2.0 信标链上线在即,这些重点你必须知道》

撰文:OKEx

据 Cryptopotato 消息,ETH 2.0 开发人员 Ben Edgington 表示,信标链 Beacon Chain 的 1.0.0 版本候选版本 0 已发布,其中包含了许多改进和配置调整。还对 Boneh-Lynn-Shacham (BLS)签名方案进行了升级,增强了对拒绝服务攻击的抵抗能力。Beacon Chain 的「创世」或将在 6-8 周后推出,这仍然是一个估计,并没有正式的发布日期。

消息一出,便引起热议,从技术者到投资者,对信标链始终保持火热关注。据 OKEx 数据显示,近 3 日以来,ETH 持续上涨。截至发稿时,ETH 报价 413.01 美元,较 10 月 8 日最低价 335 美元,上涨了 23.28%。可以说,ETH 此次上涨,与信标链即将上线具有一定相关。

以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息图片来源:OKEx

为什么信标链这么重要?

一直以来,以太坊的权益证明都是被人们诟病的缺点,而以太坊的开发团队也再努力解决问题。

以太坊的创始人 V 神则表示,信标链的出现,将根本性地改进以太坊的性能和可扩展性。

信标链是由分片(shards)、质押验证者 (staking validators)、证明 (attestations)、委员会 (committees)、检验点 (checkpoints) 和最终确定性 (finality) 共同组成的。可以说,它是以太坊 2.0 系统的核心。

以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息图片来源:OKEx Insights

以太坊 2.0 有三个阶段,Phase 0-信标链、Phase 1-分片、Phase 2-执行 , 如果用人的身体来类比,那就是 Phase 0-心脏、Phase 1-四肢、Phase 2-大脑,如果用一个公司来形容,那就是 Phase 0-CEO、Phase 1- Employee、Phase 2-Manager。每一个阶段都是以太坊 2.0 系统的核心,拥有其独特特性,且缺一不可,Phase 0 是核心,Phase1 是稳定,Phase2 是执行与代理,要想让以太坊 2.0 系统真正实现,首先要实现信标链,这也是 2020 年以太坊团队最重大的目标。

以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息图片来源:OKEx Insights

通过信标链,可以实现 PoS(Proof of Stake 权益证明),让验证者替代矿工的角色,参与质押系统,成为链的构建者,与此同时,它将是存储分片状态的索引。

如何成为链的构架者 ?

PoW (Proof of Work 工作证明) 是比特币所用的挖矿奖励算法,工作量证明需要让所有节点解决密码难题。即矿工通过更快的时间内解决密码学难题,就可以获得更多的奖励。然而这样的算法并没有更好的体现矿工的能力,是需要矿工花钱购买更大型、更好的设备,以此更快解决密码难题,但这让矿工负重不堪。

为了解决这一问题,行业寻找更好的方式,即前文所说的 PoS(Proof of Stake 权益证明),权益证明通过选举的形式,其中任意节点被随机选择来验证下一个区块。权益证明中没有矿工,而是通过验证者(validator)来制造新区块。验证者并不是完全随机选择的。想要成为验证者,需要在节点网络中存入一定数量的货币作为权益,可以将这理解为保证金。 权益的份额大小决定了被选为验证者的几率,这是线性相关的。假设 Lily 在其中存入 100 美元 ,Jackson 存入 1000 美元,那么进行选举时,Jackson 比 Lily 有高于 10 倍的几率成为验证者。

以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息图片来源:OKEx Insights

而信标链就是实现权益证明的基础技术之一。用户通过在以太坊上部署一个注册器合约,以达到现有的链与信标链在未来实现共生,并在注册器合约中质押 32ETH,可以获得一张收据,这是你可以参与担任验证者的资格。需要注意的是,这是一个单项过程,一旦参与,用户将无法从现有的系统撤离到 PoW 中。

当验证者在信标链上完成注册之后,会被随机分配去为一到两个分片做验证。验证者会将他们所在分片上的数据和信标链上的数据相结合,用来形成新的区块;当尚未分派到该验证者提议区块的时候,该验证者可以同意 / 拒绝其他验证者提议的区块。

需要特别强调的是,信标链与我们通常所用的数据不相通,它并未储存现行以太坊上所存在的任何信息,包括账户余额、代币合约、dApp 状态等。在信标链中只储存验证者列表和 Attestation (证明信息)

Attestation

Attestation (证明信息)就时通过验证者签名的哈希值,它们实时记录所属分片的状态。哈希值与其所记录的内容相关。当你记录每个内容时,系统会根据你所输入的内容或数据生成一段由数字和字母组成的字符串,这就是哈希值。一旦原始数据发生改变,输出字符就会发生改变,形成新的哈希值。因此,我们不再需要深入查询每一个分片的更变记录,只需要观察哈希值,就可以了解到在才做过程总数据或内容时候进行了变更。而当验证者发现了变更,就会将变更报告给信标链,以此根据变化实现分片间异步(即非实时)通信。

信标链委员会机制

在了解了信标链的基础运作原理后,信标链委员会的运行方式也尤其重要。

每一个委员会就是由一组不少于 128 位验证者组成。其目的就是为了加强安全保障,尽可能避免恶意攻击者能够控制 2/3 委员会成员。在信标链中,采用伪随机过程(RANDAO)执行共识。在每一个 epoch 中,RANDAO 为每个 slot 挑选区块提议者,并将验证者打乱,分配到委员会中。而委员会成员不是固定不变的,会逐块变更。

以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息图片来源:以太坊中国

在每一个信标链委员会中,验证者需要投票选出区块链头。下图综合描述了三个 slot 中发生的情况。在 slot1 中,有验证者提议出一个区块,该区块得到两个验证者的证明;而委员会 A 里的一个验证者离线了。Slot 1 中的证明和区块被广播到网络上,许多验证者也收到了该信息。在 slot 2 中,又一个区块被提议出来,而委员会 B 的一个验证者错过了该信息,于是该验证者认为信标链头是 slot 1 中的区块。请注意,这个验证者跟 slot 1 的离线验证者有所不同。投票证明信标链头的这个过程被称为「LMD GHOST 投票」。在 slot 3 中,委员会 C 上所有的验证者都遵循 LMD GHOST 分叉选择规则,并独立地投票选出同一个信标头。

以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息图片来源:以太坊中国

结语

信标链从成为链的构建者、信标链委员会的分配机制与验证方式优化了 PoS 机制,从 Attestation 存储实现信息同步,减少信息差,将根本性地改进以太坊的性能和可扩展性。

随着信标链即将上线,不少业内人士也表达了对它的期待,相信信标链的到来可以实现以太坊性能上的更新。正如微博大 V 所说,信标链虽然姗姗来迟,但是它是实现以太坊由 PoW 向 PoS 转变最为重要的步骤之一,值得等待。

以太坊 2.0 信标链如何提升性能?简析委员会机制与证明信息图片来源:微博

笔者认为,从信标链运作原理、运作机制来看,信标链的诞生,可以有效推进现以太坊由 PoW 向 PoS 转变,促进以太坊的挖矿的公平机制,降低 Gas 费,减少挖矿成本。与此同时「矿工」向「验证者」身份的转变,也对矿工充满了吸引力,两条因素的结合或许将吸引更多矿工支持以太坊 2.0 的推进。而这一动向,有望推动以太坊代币的上涨,在寒冬中带来一波春色。但是,市场具有波动性,任何因素都将引起币价起伏,投资人仅可将技术更新作为参考因素一部分,投资需谨慎。

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