以太坊2.0使用权益证明机制来保护网络，也就是由许多叫做“验证者”的计算机线程来投票决定哪一个区块能够上链，当然也会自己提出备选区块。不过，验证者不是仅仅只有“开”和“关”两种状态：从成为验证者到退出验证者的整个生命周期中，其状态会经过多次转换。本文会深入研究验证者的生命周期，展示各阶段和转换过程的实质、如何触发转换，以及每种转换的历时?1。
先说明一下时间单位
以太坊2.0中的时间通常是用“epoch”这种单位来度量的，1个时段是384秒，也就是六分半钟。为便于理解，基于这一度量的时间我都转化成了以分钟、小时、天为单位，并在附录的脚注中提供详细信息。
验证者生命周期概述
在深入细节以前，我们先来看看验证者生命周期的概况、了解一下用于表述不同状态的术语。
-图1：验证者生命周期一览-
各标签所示的阶段如下：
已存入保证金：保证金要约已被以太坊1.0区块链打包
等待激活：保证金要约被以太坊2.0网络接受
Aptos生态衍生品DEX Merkle Trade内测版已上线Aptos主网:8月2日消息，据官方消息，Aptos 生态衍生品 DEX Merkle Trade 内测版已上线 Aptos 主网。Merkle OG 和活跃的竞赛参与者有机会通过内测版使用该平台。项目方计划将于下个月启动公共主网。[2023/8/2 16:12:34]
活跃：验证者要见证区块及提议区块
即将退出：验证者即将停止见证及提议区块
被罚没：因为作弊被抓，验证者停止见证和提议区块
完全退出：验证者完全退出，不再参与任一流程
也可由此定义出一种基本状态：“
正在见证”，激活、主动退出及完全退出都在该状态中，处于该状态的验证者被指望去见证及提议区块。这个状态是最重要的，在此状态下，验证者需要连接以太坊2.0网络、同步数据，以履行责任，避免被惩罚。
-图2：“正在见证”状态-
定义完了这些阶段之后，我们就来详细考察它们之间的转换过程。
人大附中物理老师李永乐科普拜占庭将军问题和区块链:5月14日，人大附中物理老师、科普视频网红李永乐在其公众号发布视频《拜占庭将军问题是什么？区块链如何防范恶意节点？》。李永乐老师在视频中对拜占庭将军问题和区块链进行了讲解，他表示，拜占庭将军问题本质上指的是，在分布式计算机网络中，如果存在故障和恶意节点，是否能够保持正常节点的网络一致性问题。在近40年的时间里，人们提出了许多方案解决这一问题，称为拜占庭容错法。例如兰波特自己提出了口头协议、书面协议法，后来有人提出了实用拜占庭容错PBFT算法，在2008年，中本聪发明比特币后，人们又设想了通过区块链的方法解决这一问题。区块链通过算力证明来保持账本的一致性，也就是必须计算数学题，才能得到记账的权力，其他人对这个记账结果进行验证，如果是对的，就认可你的结果。与拜占庭问题比起来，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]
保证金存入阶段
保证金要约被接受是验证者生涯的开始；这个接受过程是在以太坊1.0链上发生的，因为验证者资金原本就放在以太坊1.0链上。但1.0链接受之时，2.0链还不能感知到这笔存款。
验证者的保证金存入阶段大概要历时7.5个小时?2，以保证链重组影响到Eth1交易的顺序乃至保证金要约无效化的概率足够小。这个阶段完成后，验证者就进入等待激活阶段?3。
动态 | 链客社区联合北京交通广播推出区块链技术科普节目:12月11日15:15—16:00，区块链技术社区——链客区块链技术社区将联合北京交通广播FM103.9从零开始为大众科普解码区块链技术，蜻蜓FM及北京广播网同期进行全球直播。首期做客嘉宾为链客区块链技术社区创始人郄建军和百度区块链产品负责人于雅楠。[2019/12/11]
-图3：从保证金存入阶段转到等待激活阶段-
等待激活阶段
保证金在Eth1链上存入足够久之后，它就会被Eth2链接受。这标志着验证者正式开始接受Eth2的组织。假设一位验证者存入了至少32ETH?4，那么TA就可以开始作见证了。
等待激活的验证者会组成一个队列：在一个时间点，Eth2链上能激活和能退出的验证者数量都是一个比较小的数量5，以保证验证者集合的稳定性。如果队列是空的，那么等待激活的验证者会在大约25分钟以后激活?6；如果队列很长，那可能要几天甚至几周才能激活。不过，排完队之后，验证者就可以直接激活、参与见证。
现场 | 火币中国推出数字经济及区块链产业科普新书:金色财经现场报道，12月6日，由海南省工业和信息化厅主办，南南合作金融中心协办，海南生态软件园、火币中国承办的“海南自贸港数字经济和区块链国际合作论坛”在海口举行，这是全球首次区块链部长级论坛。
在本次论坛上，火币中国举行了“数字经济及区块链产业科普系列新书发布”仪式，希望通过教材、专业教育、培训等多种方式，帮助从业者、高校、研究机构深入了解区块链，从而建立起区块链全局性知识模型，真正推动区块链应用落地。火币中国CEO袁煜明介绍，将联合机械工业出版社面向普通高等教育推出《区块链导论》、《区块链系统设计与应用》和《区块链新商业模式分析》系列教材，这是国内最早推动的区块链教材之一；火币中国还积极参与数字经济的研究，由中信出版社出版的新书《读懂Libra》已经上市；由火币中国负责编写的区块链技术科普读物《区块链技术进阶指南》将于12月面世；首本行业内最全的区块链应用案例集《区块链产业应用100例》在本次论坛进行了首次刊印。[2019/12/6]
-图4：从等待激活到活跃阶段-
活跃阶段
一般来说，一名验证者的绝大部分时间都处于这个阶段。活跃验证者大约每6分钟要发出一条见证消息，偶尔要自己提议区块?7。验证者会一直保持在活跃状态，除非出现下列三种情况：
动态 | 区块链技术入选科普杂志《科学美国人》2019十大突破性技术榜单:据新浪网今日新闻报道，美国科普杂志《科学美国人》公布 2019 十大突破性技术榜单。区块链技术因在保障食品安全中的作用而上榜。 入选榜单具体原因：区块链技术的发展应用将显著改善食品污染源数据追踪的困境。利用区块链云端系统，食品制造商可以依次在计算机储存各类过程的信息。[2019/9/29]
该验证者因没有及时发出见证消息而遭受惩罚，最终其余额低于16ETH
该验证者主动要求退出，方法是发送相应的一笔交易
该验证者被证明作恶
在前面两种情况中，验证者都会被加入退出队列。
-图5：从激活状态到即将离开-
在第三种情况下，验证会被加入作恶者队列，接受惩罚。
-图6：从激活状态到被罚没状态-
值得注意的是，如果有需要，验证者总是能够发送额外的保证金要约来“充值”余额（但是
有效余额的上限是32）。这样就能避免验证者余额低于16然后被放到退出队列里去。
即将退出阶段
虽然主动退出的验证者表达了停止验证的意愿，但是，他们是不能立即退出的。相反，虽然处于即将退出状态，他们还是要照常承担职责，跟活跃状态时候一样要见证和提议区块。这样保证了网络的稳定性，避免了验证者立即退出会造成的冲击。
就像验证者想激活的时候有个等待激活状态和队列，想要退出的验证者也有一个队列，一段时间里仅允许少量验证者退出。同样地，主动退出阶段要花费的时间取决于排在前面的验证者有多少。
-图7：从正在退出到完全退出-
被罚没状态
验证者违反协议后被抓，就要立即被罚没1ETH，然后进入被罚没状态，这跟即将退出状态类似，但是还要遭受惩罚。这一点我们在下文的“完全退出”部分讨论。
-图8：从被罚没到完全退出-
处于即将离开状态乃至已经完全退出的验证者，都有可能被罚没。这样能防止作恶的验证者利用正常的退出机制、在作恶被发现以前逃之夭夭。结果就是状态模型变得更加复杂：
-图9：补充罚没条件之后-
完全退出
转到完全退出状态之时，验证者就正式结束了自己的工作，不再需要见证和提议区块，也不再需要紧跟Eth2区块链的实时动态了。
转成完成退出状态之后，大概还有一天的延迟?8，之后才能取出验证者余额。不过，如果一个验证者是从被罚没状态中完全退出的，那还要接受两项额外的惩罚。
第一项，从完全退出到能够取款的间隔会长得多，要36天?9。第二项，在这36天期间，系统还会根据该验证者作恶被抓的时间点前后18天内被罚没的验证者数量对该验证者施加进一步的惩罚。那么该验证者的有效余额损失比例?10?将如下图所示：
-图10：被罚没的有效余额与同期被罚没的验证者比例的关系-
36天的周期走完，被罚没验证者剩下的余额就能拿走了。
从这个生命流程图中可以看出，没有额外的机制让一个完全退出的验证者重新激活。因此，一旦某个验证者退出，其资金就会一直休眠，等待验证者前来取走。不过，Eth2Phase0时候，资金是不能转账的——因此所有完全退出的验证者的资金都仍保存在质押系统中，直至开启转账功能。没有转账功能，是因为用户帐户模式还未引入。
补充后的验证者生命流程
把上面所有详细信息补充到流程图中，可以得到一个完整的图：
-图11：补充后的验证者生命流程图-
请细看其中补充的条件、各阶段的历时、转换过程，这些细节对成功运行Eth2验证设施非常关键。从初始化保证金到取出保证金，这个生命流程图点出了各阶段可能发生的情况，也为验证者在全时段中的表现提供了清晰的解释。
注1：要注意的的是，以太坊2.0的规范没有一个显式的状态机，因此，各阶段的名称都是作者为便于描述而给出的。
注2：1024个以太坊1.0区块的时间加上32个以太坊2.0的时段。
注3：这里假设验证者存够了32ETH。如果没有存够，则该验证者会一直停留在保证金存入阶段，直到该验证者另外发起保证金要约，使其余额超过32ETH。
注4：如果不到32ETH，那还可以另外再存入，提高该验证者的余额。
注5：每个时段有/63356个名额，下限是4个。
注6：即4个时段的长度。
注7：每一个验证者都需要在一个时段中的某个时隙发出见证消息，而每一个时隙都会有一名验证者被随机选中作为区块提议者。
注8：256个时段。
注9：8192个时段。
注10：注意，罚没力度最高是100%的有效余额，但有效余额的上限是32ETH，无论该验证者的实际余额是多少。
原文链接:?https://www.attestant.io/posts/understanding-the-validator-lifecycle/
作者:?JimMcDonald
翻译:?阿剑
本文由作者授权EthFans翻译及再出版。
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