干货 | Eth2 Phase 0 的奖惩力度模拟-链嗅网

简介

ConsenSys Codefi 正在构建构建针对贸易和金融的区块链操作系统，促进全球市场步入“金融 2.0” 时代。为实现这一目标，最关键的部分在于如何创建并利用原生数字资产，并以此作为激励手段将网络的去中心化程度最大化，成为新型金融产品和市场的可靠支柱。实现 “以太坊 2.0” 以及向权益证明的过渡是我们的首要任务。我们很乐于分享相关的经验、知识，并探讨包括代币经济在内的相关话题。

对以太坊 1.0区块链的巨大需求有时会导致用户体验不佳，比如，交易要等一段时间上链，交易手续费（Gas）波动较大。长期以来，高度可扩展性 —— 将交易的处理能力从当前的每秒 15 笔左右提高到上千笔 —— 都是以太坊的目标之一。

我们目前处于以太坊 2.0 上线的第一阶段，即 Phase 0 。一旦 2.0 的所有阶段都部署完成，交易量将得到巨幅提升。为实现这一目标，以太坊即将采取两大主要的升级举措：分片和权益证明。升级之后，以太坊网络的经济机制、共识机制和运行机制都将发生变化。我们将在下文给出详细介绍。

激励

以太坊 1.0 是采用工作量证明机制的区块链：矿工要计算出计算难题的解才能挖出一个区块，解决难题的概率与其所提供的计算机运算力成正比，与整条链上的难题难度值成反比。如果这名矿工成功挖出了一个区块，就可以获得 2 ETH 的奖励以及交易费。工作量证明的核心就是如此。你可以根据上一个区块的难度值来估算出整个网络的算力大小，再进一步推算出你自己挖出下一个区块的概率，以此预测自己的成本。

在共识机制方面，以太坊 2.0 的技术性较强。

如果你看到这里，想要有个粗略的参考的话，请跳到下文的 “实用的网络增发率估测法” 一节。

本文的目的是让读者大致了解以太坊 2.0 的权益证明实现，及其奖惩制度。我们会分解一下经济激励，快速评估权益可能会带来的投资回报率（ROI）。最后，我们会介绍 Codefi 的质押即服务（Staking-as-a-Service）团队正在构建的模拟，以便读者能更加细致地理解这个主题。

诚实验证者

只要你向以太坊 1.0 区块链上部署的保证金合约（deposit contract）存入资金，不论是一笔还是多笔，等到总金额等于或大于 32 ETH 之后，你就有资格成为以太坊 2.0 信标链上的验证者。

你可以无限制地往保证金合约中转入押金。但是，有效余额（effective balance），即，信标链在运行时对你的权益分量的认定，是有上限的。换言之，你的余额可以高达 1000 ETH ，但是你所能获得的奖惩只取决于有效余额，而有效余额的上限是 32 ETH。

另一方面，如果身为验证者的你遭到了惩罚，致使余额降至 16 ETH 以下，就会触发强制/非自愿退出。

所谓诚实验证者就是运行客户端的个体，客户端是根据信标链规范来编写的，会避免采取违反协议的行动。

需要强调的是，惩罚（penalty）与罚没（slashing）是完全不同的。前者指的是，验证者因（在某些参数内）投错票或离线而被扣除部分余额。如果有验证者被发现在生成见证消息之时触犯了罚没条件，它就会被强制退出验证者队伍，在排队退出的这段时间内，每一个 epoch（时段）都会扣除部分余额作为罚金。

论以太坊 2.0 的出块和共识

信标链运行的基本时间单位叫 slot（时隙）。就像心跳一样，每 12 秒就是一个 slot ，选出一名验证者来提议区块。一旦区块生成并广播出去，由一些验证者组成的见证者委员会（attester committee）就会对该区块投票，以决定是否将其纳入区块链。

“委员会” 的设计是为了分配验证者到不同的验证工作上，让每位验证者都能在每个 epoch（即，32 个 slot ）期间投一次票。委员会里的验证者之间相互通信，能够将他们的投票消息（“见证消息”）聚合到一起。如果在一个 slot 内被选中的区块提议者没有提出区块，这个 slot 即被认定为被跳过的 slot （skipped slot）。在这种情况下，就会基于前一个 slot 中的最后一个区块进一步创建提议和见证消息。

提议者的工作是生成一个 TA 认为可以添加到链顶部的区块。至于哪条链才算主链，则靠 LMD GHOST 分叉选择算法决定：在所有获得投票的分叉中，以递归的方式找到权重最大的那个，然后选择这个分叉。当验证者在见证某个区块之时，他们实际上是在对这个区块所在的分叉投赞成票。

为了实现区块链的最终确定性（确保状态不会回滚），诚实的验证者会在他们的见证消息中提供另外两个投票，来推动以太坊 2.0 版本的 Casper the Finality Gadget（FFG）算法运行：一个投的是最新的合理化（justified） epoch（作为来源检查点），另一个投的是最新的 epoch 边界（作为目标检查点）。

– 来源：ConsenSys Codefi Analysis –

在每个 epoch 开始之时，都会计算见证消息中的投票情况。如果有一个最新的合理化 epoch 获得了绝对多数（达到 2/3 及以上）票，检查点（checkpoint）就会推进到该 epoch。依据某些规则，该 epoch 的父 epoch 乃至祖先 epoch 都将得到最终确定。

如果系统在连续几个 epoch （目前的规范定为 4 个）内都未能实现最终确定性，则信标链上的所有验证者都会遭受不作为惩罚（inactivity penalty）。这里还有很多可以展开的地方！（编者注：见文末超链接《Eth2 信标链：你首先该知道的事》，在描述信标链运行上比本文更为详尽）。

奖惩措施

罚没

被罚没意味着验证者会在将来的某个时间点被强制要求退出信标链，在退出之前会不断地遭到惩罚。

如果出现以下三种情况，验证者就会遭到罚没：

作为区块提议者，在同一个 slot 内提议两个不同的信标链区块。
作为见证者，在 FFG 投票中，新见证消息所指向的两个 epoch 恰好 “包围” 自己在之前的见证消息所指向的两个 epoch（称 “环绕投票”）。
作为见证者，所发出的多条见证消息明明指向同一个目标检查点，来源检查点却不同（称 “双重投票”）。

验证者只有在被发现之后才会触发罚没流程。作为举报者的验证者需要创建并传播包含违规行为证据的特殊消息，让区块提议者将其打包到区块中。打包的区块提议者和举报者都会获得奖励。

这一点在规范中并不明显，但是在 Phase 0 阶段，只有提议者能获得举报奖励 —— 即，提议者会获得完整的罚没奖励（8/8）。

– 来源：ConsenSys Codefi Analysis –

假设

常数最低罚没金额系数 = 32
常数举报者奖励系数 = 512
常数提议者奖励系统 = 8

违规的验证者会遭到罚没，可在之后长达 36 天的 epoch 集合（8192 个 epoch）内取回自己的余额。

此外，被罚没的验证者将遭受以下惩罚：

提议者在将举报信息打包进区块之时，该验证者会被扣除基础罚金。
在每个 epoch 开始之时，该验证者会因无法参与 head/FFG 投票而遭到惩罚，直到他度过退出的排队等待期为止。
在从举报信息被打包进区块，到可取回余额的这段时间内，该验证者会被扣除特殊罚金。

特殊罚金与同期遭到罚没的其他验证者人数成正比。特殊罚金最高可与违规验证者的有效余额持平。

– 来源：ConsenSys Codefi Analysis –

假设

常数基础奖励系数 = 64
常数每个 epoch 的基础奖励 = 4
常数有效余额增量 = 1
常数罚没金额系数 = 32

epoch 处理

每个 epoch （除了创世 epoch （GENESIS）之外，每个 epoch 包含 32 个 slot）在开始之时都需要完成以下事项：

确认此前区块链的合理性和最终确定性
结算见证者的奖惩额度
更新验证者注册表
结算被罚没的验证者的特殊罚金（参见上文）
完成一些最终更新（计算有效余额、重置等）

验证者在上一个 epoch 的状态必须是活跃的（active），才能获得奖励和/或惩罚。在退出系统之前，遭到罚没的验证者也会进入这个流程，但是只会在进行 FFG 相应结算时受到惩罚。如果验证者在上一个 epoch 是活跃的，但是没有投票，就会因为无法配对 FFG 投票而遭到惩罚。验证者不会因为离线而遭到罚没。