以太坊 2.0 信標鏈或在 6-8 周後推出,瞭解一下它的運作原理。

原文標題:《ETH2.0 信標鏈上線在即,這些重點你必須知道》
撰文:OKEx

據 Cryptopotato 消息,ETH 2.0 開發人員 Ben Edgington 表示,信標鏈 Beacon Chain 的 1.0.0 版本候選版本 0 已發佈,其中包含了許多改進和配置調整。還對 Boneh-Lynn-Shacham (BLS)簽名方案進行了升級,增強了對拒絕服務攻擊的抵抗能力。Beacon Chain 的「創世」或將在 6-8 周後推出,這仍然是一個估計,並沒有正式的發佈日期。

消息一出,便引起熱議,從技術者到投資者,對信標鏈始終保持火熱關注。據 OKEx 數據顯示,近 3 日以來,ETH 持續上漲。截至發稿時,ETH 報價 413.01 美元,較 10 月 8 日最低價 335 美元,上漲了 23.28%。可以說,ETH 此次上漲,與信標鏈即將上線具有一定相關。

以太坊 2.0 信標鏈如何提升性能?簡析委員會機制與證明信息圖片來源:OKEx

爲什麼信標鏈這麼重要?

一直以來,以太坊的權益證明都是被人們詬病的缺點,而以太坊的開發團隊也再努力解決問題。

以太坊的創始人 V 神則表示,信標鏈的出現,將根本性地改進以太坊的性能和可擴展性。

信標鏈是由分片(shards)、質押驗證者 (staking validators)、證明 (attestations)、委員會 (committees)、檢驗點 (checkpoints) 和最終確定性 (finality) 共同組成的。可以說,它是以太坊 2.0 系統的核心。

以太坊 2.0 信標鏈如何提升性能?簡析委員會機制與證明信息圖片來源:OKEx Insights

以太坊 2.0 有三個階段,Phase 0-信標鏈、Phase 1-分片、Phase 2-執行 , 如果用人的身體來類比,那就是 Phase 0-心臟、Phase 1-四肢、Phase 2-大腦,如果用一個公司來形容,那就是 Phase 0-CEO、Phase 1- Employee、Phase 2-Manager。每一個階段都是以太坊 2.0 系統的核心,擁有其獨特特性,且缺一不可,Phase 0 是核心,Phase1 是穩定,Phase2 是執行與代理,要想讓以太坊 2.0 系統真正實現,首先要實現信標鏈,這也是 2020 年以太坊團隊最重大的目標。

以太坊 2.0 信標鏈如何提升性能?簡析委員會機制與證明信息圖片來源:OKEx Insights

通過信標鏈,可以實現 PoS(Proof of Stake 權益證明),讓驗證者替代礦工的角色,參與質押系統,成爲鏈的構建者,與此同時,它將是存儲分片狀態的索引。

如何成爲鏈的構架者 ?

PoW (Proof of Work 工作證明) 是比特幣所用的挖礦獎勵算法,工作量證明需要讓所有節點解決密碼難題。即礦工通過更快的時間內解決密碼學難題,就可以獲得更多的獎勵。然而這樣的算法並沒有更好的體現礦工的能力,是需要礦工花錢購買更大型、更好的設備,以此更快解決密碼難題,但這讓礦工負重不堪。

爲了解決這一問題,行業尋找更好的方式,即前文所說的 PoS(Proof of Stake 權益證明),權益證明通過選舉的形式,其中任意節點被隨機選擇來驗證下一個區塊。權益證明中沒有礦工,而是通過驗證者(validator)來製造新區塊。驗證者並不是完全隨機選擇的。想要成爲驗證者,需要在節點網絡中存入一定數量的貨幣作爲權益,可以將這理解爲保證金。 權益的份額大小決定了被選爲驗證者的機率,這是線性相關的。假設 Lily 在其中存入 100 美元 ,Jackson 存入 1000 美元,那麼進行選舉時,Jackson 比 Lily 有高於 10 倍的機率成爲驗證者。

以太坊 2.0 信標鏈如何提升性能?簡析委員會機制與證明信息圖片來源:OKEx Insights

而信標鏈就是實現權益證明的基礎技術之一。用戶通過在以太坊上部署一個註冊器合約,以達到現有的鏈與信標鏈在未來實現共生,並在註冊器合約中質押 32ETH,可以獲得一張收據,這是你可以參與擔任驗證者的資格。需要注意的是,這是一個單項過程,一旦參與,用戶將無法從現有的系統撤離到 PoW 中。

當驗證者在信標鏈上完成註冊之後,會被隨機分配去爲一到兩個分片做驗證。驗證者會將他們所在分片上的數據和信標鏈上的數據相結合,用來形成新的區塊;當尚未分派到該驗證者提議區塊的時候,該驗證者可以同意 / 拒絕其他驗證者提議的區塊。

需要特別強調的是,信標鏈與我們通常所用的數據不相通,它並未儲存現行以太坊上所存在的任何信息,包括賬戶餘額、代幣合約、dApp 狀態等。在信標鏈中只儲存驗證者列表和 Attestation (證明信息)

Attestation

Attestation (證明信息)就時通過驗證者簽名的哈希值,它們實時記錄所屬分片的狀態。哈希值與其所記錄的內容相關。當你記錄每個內容時,系統會根據你所輸入的內容或數據生成一段由數字和字母組成的字符串,這就是哈希值。一旦原始數據發生改變,輸出字符就會發生改變,形成新的哈希值。因此,我們不再需要深入查詢每一個分片的更變記錄,只需要觀察哈希值,就可以瞭解到在才做過程總數據或內容時候進行了變更。而當驗證者發現了變更,就會將變更報告給信標鏈,以此根據變化實現分片間異步(即非實時)通信。

信標鏈委員會機制

在瞭解了信標鏈的基礎運作原理後,信標鏈委員會的運行方式也尤其重要。

每一個委員會就是由一組不少於 128 位驗證者組成。其目的就是爲了加強安全保障,儘可能避免惡意攻擊者能夠控制 2/3 委員會成員。在信標鏈中,採用僞隨機過程(RANDAO)執行共識。在每一個 epoch 中,RANDAO 爲每個 slot 挑選區塊提議者,並將驗證者打亂,分配到委員會中。而委員會成員不是固定不變的,會逐塊變更。

以太坊 2.0 信標鏈如何提升性能?簡析委員會機制與證明信息圖片來源:以太坊中國

在每一個信標鏈委員會中,驗證者需要投票選出區塊鏈頭。下圖綜合描述了三個 slot 中發生的情況。在 slot1 中,有驗證者提議出一個區塊,該區塊得到兩個驗證者的證明;而委員會 A 裏的一個驗證者離線了。Slot 1 中的證明和區塊被廣播到網絡上,許多驗證者也收到了該信息。在 slot 2 中,又一個區塊被提議出來,而委員會 B 的一個驗證者錯過了該信息,於是該驗證者認爲信標鏈頭是 slot 1 中的區塊。請注意,這個驗證者跟 slot 1 的離線驗證者有所不同。投票證明信標鏈頭的這個過程被稱爲「LMD GHOST 投票」。在 slot 3 中,委員會 C 上所有的驗證者都遵循 LMD GHOST 分叉選擇規則,並獨立地投票選出同一個信標頭。

以太坊 2.0 信標鏈如何提升性能?簡析委員會機制與證明信息圖片來源:以太坊中國

結語

信標鏈從成爲鏈的構建者、信標鏈委員會的分配機制與驗證方式優化了 PoS 機制,從 Attestation 存儲實現信息同步,減少信息差,將根本性地改進以太坊的性能和可擴展性。

隨着信標鏈即將上線,不少業內人士也表達了對它的期待,相信信標鏈的到來可以實現以太坊性能上的更新。正如微博大 V 所說,信標鏈雖然姍姍來遲,但是它是實現以太坊由 PoW 向 PoS 轉變最爲重要的步驟之一,值得等待。

以太坊 2.0 信標鏈如何提升性能?簡析委員會機制與證明信息圖片來源:微博

筆者認爲,從信標鏈運作原理、運作機制來看,信標鏈的誕生,可以有效推進現以太坊由 PoW 向 PoS 轉變,促進以太坊的挖礦的公平機制,降低 Gas 費,減少挖礦成本。與此同時「礦工」向「驗證者」身份的轉變,也對礦工充滿了吸引力,兩條因素的結合或許將吸引更多礦工支持以太坊 2.0 的推進。而這一動向,有望推動以太坊代幣的上漲,在寒冬中帶來一波春色。但是,市場具有波動性,任何因素都將引起幣價起伏,投資人僅可將技術更新作爲參考因素一部分,投資需謹慎。