科普 | Eth 2.0的Staking 邏輯_POS:區塊鏈

翻譯：Unitimes_David

來源：Unitimes

綜述

權益證明(PoS)代表一類共識算法，其中驗證者(validators)會對下一個區塊進行投票，而投票的權重取決于投票者的權益大小。由于更低的能耗，更少的中心化風險，抵御不同類型的51%攻擊的安全性等等，權益證明被認為是對工作量證明的改進。

PoS算法可以被分類成兩大類：

基于鏈的PoS：依賴于網絡的同步性；

基于BFT(拜占庭容錯)的PoS：優先考慮節點的一致性而不是可用性。

在以太坊2.0中，為了參與投票，你需要質押ETH。為此，你將會獲得部基于某個利率(收益率)的額外ETH獎勵以及部分網絡交易費。

來源:EthHub

權益證明(PoS)是什么？

權益證明(PoS)是一類依賴于驗證者網絡中的經濟權益的公鏈共識算法。在基于工作量證明(PoW)的公鏈中，PoW算法會獎勵解決密碼學難題的參與者以驗證交易與創建新區塊(即挖礦)。在基于PoS的公鏈中，一組驗證者輪流對下一個區塊進行提議和投票，而且每個驗證者投票權重取決于其押金(即權益)大小。PoS的顯著優勢包括安全性，減少的中心化風險以及節能。

國務院：推進科普與區塊鏈技術深度融合:為貫徹落實黨中央、國務院關于科普和科學素質建設的重要部署，依據《中華人民共和國科學技術進步法》、《中華人民共和國科學技術普及法》制定《全民科學素質行動規劃綱要（2021－2035年）》，其中要求實施智慧科普建設工程。推進科普與區塊鏈等技術深度融合，強化需求感知、用戶分層、情景應用理念，推動傳播方式、組織動員、運營服務等創新升級，加強“科普中國”建設，強化科普信息落地應用，與智慧教育、智慧城市、智慧社區等深度融合。（新華社）[2021/7/10 0:40:52]

總的來說，PoS算法看起來是這樣的：區塊鏈會追蹤一組驗證者，而且持有區塊鏈基礎加密貨幣(在以太坊的情況下是ETH)的任何人都可以通過發送一筆特殊類型的交易來成為驗證者，該交易會把他們的ETH鎖定為押金。然后，創建新區塊和對區塊達成共識的過程是通過一個共識算法來完成，所有當前的驗證者都能夠且應該參與其中。

共識算法有很多類型，而且給參與共識算法的驗證者分配獎勵的方式也有很多種，所以存在著多種「風格」的PoS。從算法的角度來看，主要有兩類：基于鏈的和BFT(拜占庭容錯)的PoS。

在基于鏈的PoS中，算法會在每個slot(例如，每10秒的周期可能是一個slot)期間偽隨機地選擇一個驗證者，分配該驗證者創建單個區塊的權利，且該區塊必須指向某個前面的區塊(通常是前面最長鏈末端的那個區塊)。因此，隨著時間推移，大部分區塊組成單條持續增長的鏈。

現場 | 火幣中國推出數字經濟及區塊鏈產業科普新書:金色財經現場報道，12月6日，由海南省工業和信息化廳主辦，南南合作金融中心協辦，海南生態軟件園、火幣中國承辦的“海南自貿港數字經濟和區塊鏈國際合作論壇”在海口舉行，這是全球首次區塊鏈部長級論壇。

在本次論壇上，火幣中國舉行了“數字經濟及區塊鏈產業科普系列新書發布”儀式，希望通過教材、專業教育、培訓等多種方式，幫助從業者、高校、研究機構深入了解區塊鏈，從而建立起區塊鏈全局性知識模型，真正推動區塊鏈應用落地。火幣中國CEO袁煜明介紹，將聯合機械工業出版社面向普通高等教育推出《區塊鏈導論》、《區塊鏈系統設計與應用》和《區塊鏈新商業模式分析》系列教材，這是國內最早推動的區塊鏈教材之一；火幣中國還積極參與數字經濟的研究，由中信出版社出版的新書《讀懂Libra》已經上市；由火幣中國負責編寫的區塊鏈技術科普讀物《區塊鏈技術進階指南》將于12月面世；首本行業內最全的區塊鏈應用案例集《區塊鏈產業應用100例》在本次論壇進行了首次刊印。[2019/12/6]

在基于BFT(拜占庭容錯)的PoS中，驗證者被隨機地分配提議區塊的權利，但是會通過一個多輪的過程來就哪個區塊是權威規范的區塊達成共識，在該過程中，每個驗證者會對每一輪的某個特定區塊進行「投票」，在此過程結束時，所有(誠實和在線的)驗證者將對任何給定的區塊是否成為區塊鏈的一部分達成永久性共識。請注意，區塊或許依然會被鏈接在一起，但其中的關鍵區別就是，基于BFT的PoS中，區塊的共識在一個區塊內達成，而不需要依賴它身后鏈的長度或大小。

動態 | 浙江衛視節目科普支付寶區塊鏈防偽溯源產品:昨日，在浙江衛視播出的科普綜藝欄目《智造將來》現場，支付寶首次展示了支付寶區塊鏈防偽溯源產品，以接地氣的方式公開向大眾展示區塊鏈在生活中的應用。[2019/3/4]

與PoW相比，PoS的優勢是什么？

不需要消耗大量的能量來確保區塊鏈的安全。(據了解，比特幣和以太坊每天消耗超過100萬美元的電力和硬件成本作為它們共識機制的一部分)

由于缺乏對高耗能的要求，PoS沒有必要為了激勵參與者繼續持續參與網絡而增發那么多新幣。理論上，PoS甚至可能出現凈發行呈負數的情況，這種情況下，交易費的一定比例被「銷毀」，從而久而久之減少供應量。

PoS為使用博弈論機制設計的更廣泛的技術打開了大門，以便有效地阻止中心化壟斷的形成，且如果這些技術成型，也能夠阻止對網絡造成損害的行為(比如PoW中的自私挖礦)。

減少中心化風險，這是因為幾乎不存在規模經濟的問題。在PoW機制中，價值1000萬美元的投入將為你帶來10倍于價值100萬美元投入的回報，而不會帶來任何額外的不成比例的收益，因為在更高的水平上，你可以負擔得起更好的大規模挖礦設備，這是PoW中的一種「優勢」。

能夠使用經濟懲罰去讓各種類型的51%攻擊的成本比在PoW中實施要昂貴得多。套用VladZamfir的話說，「如果你參與了一次51%攻擊，你的ASIC礦場就如同被被摧毀了一樣」。

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

對Casper權益證明的51%攻擊會是怎樣的？

51%攻擊有四種基本的類型：

最終性回滾(finalityreversion)：已經敲定了區塊A的驗證者后續敲定相互矛盾的區塊A，從而打破了區塊鏈的最終性保證。

敲定無效區塊：驗證者敲定了無效(或不可用)的區塊。

活性拒絕攻擊：驗證者停止敲定區塊。

審查：驗證者阻止部分或所有的交易/區塊被包含進區塊鏈。

在第一種情況中，用戶可以社交的方式帶外協商，就哪個敲定的區塊最先出現達成共識，并支持該區塊。第二種情況可以利用欺詐證明和數據可用性證明來解決。第三種情況可以被對PoS算法的修改解決，即如果節點沒有參與共識，那么該算法會逐漸削減非參與節點在驗證者集合中的權重。CasperFFG的論文包含了對這種情況的描述。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

第四種情況是最難解決。第四種情況可以通過一種「少數派軟分叉」的方式修復，其中少數誠實的驗證者就大多數驗證者在審查他們達成了共識，并停止繼續在當前的鏈上創建區塊；相反，這些誠實的少數驗證者將會繼續搭建自己的鏈，并最終通過上述的「泄露」機制來確保這些誠實的少數驗證者將會成為新鏈中的2/3絕對多數驗證者。那時，市場將會傾向于支持由這些誠實驗證者控制的新鏈，而不是由不誠實節點控制的舊鏈。

ETH2.0中的Staking邏輯

01.為什么我會想質押我的ETH？

因為質押(stake)了你的ETH及為正確的區塊作證，你將通過網絡利率(即驗證者的收益率)和部分網絡交易費的形式來獲取ETH獎勵。詳情見這里。下圖是當前被提議的ETH最大年增發率和驗證者的最大年收益率：

圖源：EthHub

需要注意的是，根據VitalikButerin的說法，上圖這些是最大的數字，有許多因素可能會減少ETH的總發行量。這些因素包括：

驗證者離線。將個人懲罰和集體懲罰結合起來說，每1%的驗證者離線將減少約3%的總發行量，如果超過33%的驗證者同時下線，許多ETH很快就會(因懲罰)被銷毀。

驗證者被罰沒(slashing)。這種情況在實際中可能很少發生。

ETH交易費由于EIP1559而被銷毀。根據此提案，預計前期當ETH2.0網絡的使用率較低時，將有大約10,000ETH/年的交易費被銷毀；最終有可能會上升至每年銷毀數十萬ETH交易費。

交易費用于支付狀態租金而被銷毀。這種機制可能會整合進ETH2.0的gas機制中，因此基于EIP1559被銷毀。

根據JustinDrake的說法，基于上述因素，可能帶來的結果是，如果ETH2.0中質押了約30,000,000ETH，那么網絡的年通脹率(增發率)將約只有0.5%，相應的驗證者年收益率將約是5%。

02.Staking的最低要求是什么？

每個驗證者至少質押32ETH

具有足夠硬件規格的計算機

連接互聯網

03.我需要運行什么軟件來參與Staking？

當考慮在以太坊上質押時，需要了解兩種主要的軟件類型：

信標節點：這是驗證者的樞紐

存儲規范狀態，處理點對點和傳入的同步請求，廣播區塊和進行區塊證明。

擁有一個客戶端可以連接的gRPC服務器并提供一個公共API。

驗證者客戶端：與信標節點通信并對區塊簽名。你可以在每個客戶端質押32ETH。

存儲重要的秘密信息，如RANDAO揭示，共享數據的托管證明以及BLS私鑰。

可以有效地切換底層信標節點

追蹤驗證者已經簽名的共享狀態執行數據和數據塊。

這意味著可能有三種需要運行的軟件組合：

僅運行信標節點

運行信標節點+驗證者客戶端

運行信標節點+多個驗證者客戶端

04.運行軟件的硬件要求是什么？

仍待定。理想情況下，我們只需達到上述三種設置的最低要求。(備注：根據此前以太坊2.0研究者JustinDrake的說法，預計驗證者客戶端將可以「毫不費力地」在RaspberryPi(樹莓派)硬件(4GBRAM)上運行。)

05.如果我在參與Staking時連不上網，會發生什么？

成為一名驗證者的關鍵在于保證你始終可以給區塊投票(也即證明區塊)，從而保證了網絡的安全。因此，如果你的驗證者客戶端在任何時候離線了，為了激勵驗證者的可用性，這里會有相應的懲罰，懲罰大小視情況而定。這會發生在在兩個場景中：

如果區塊正在敲定并且你處于離線狀態，那么你會在一年內損失x%的質押金，其中x%為當前的驗證者年利率。例如，如果當前驗證者年利率為5%，那么你每天將損失0.0137%的押金(備注：5%/365=0.0137%)，但你在線時每天將獲得這些獎勵。

如果區塊無法被敲定且你也處于離線狀態，那么你會在18天內損失60%的押金。

如果你的押金在任何時候下降到16ETH一下，那么你將會被完全從驗證者集合中刪除。

06.如果我參與Staking，我的ETH會被鎖定多長時間？

當想從驗證者取回ETH，那么你會被放入一個取款隊列。如果沒有隊列，那么最短的贖回時間為18小時，時間會根據當時正在取款的人數動態調整。

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