以太坊 2.0 你真的知道什么是信标链吗？

可能很多读者对区块链的理解还在于比特币区块链网络，环环嵌套的公共账本确实是令人影响深刻，但是如今的区块链网络早已有了不同的样态，通过不同的共识机制、网络结构来达成信任。

22 年 9 月 15 日是令人激动的一天，在这一天以太的信标链（Beacon Chain）和原有主链合并，标志着以太坊的共识机制（PoW）彻底走向权益证明 (PoS)。

一 时隙（slot）和周期（epoch）

信标链为以太坊的共识提供始终时钟心跳。每个时隙为 12 秒，一个周期为 32 个时隙也就是 6.4 分钟。每个时隙一个区块被添加到信标链，但是也存在不添加区块的时隙。所有节点需要有同步的时钟心跳，信标链的创世块位于 Slot0。

二 验证者（Validators）和证明（Attestations）

PoW 机制「矿工」紧紧绑定在一起，而 Ethereum 的验证者是 PoS 机制下的「虚拟矿工」，验证者节点无需消耗算力和电力便能得到奖励。之所以说验证者是「虚拟」的，是因为验证器由质押者激活。在 PoW 中，用户购买硬件成为矿工。在以太坊中，用户质押 32ETH 以激活和控制由信标链节点执行的验证者。

在每个周期，一个验证者被随机分配给一个槽。一个证明好比验证者的投票，这个投票的权重由验证者节点的的余额决定。验证者将自己的证明在网络中广播，这些投票最终被记录信标链中（信标链的内容主要是验证器注册的地址、每个验证器的状态和证明）。同时验证者之间相互监督，报告投票冲突的情况或者检举重复参与投票的作恶验证者。 区块提议者（proposer）是 从验证者随机挑选出来的，用于区块构建。

三 委员会（Committees）

委员会是一组验证者。委员会的选取、提议者的设立、验证者的安排都是在称为 RANDAO 的伪随机过程中实现的。每个时隙有一个提议者和至少 128 个验证者组成的委员会。一个验证者每个周期只能在一个委员会中。通常，网络中有超过 8192 个验证者，从而保证每个时隙有两组委员会。

委员会中的验证者的主要职责是为他们认为的最新区块进行投票，被称为 LMD GHOST 投票。在 Slot1 中，一个区块被提出，然后由两个验证者证明；委员会 A 中的一名验证者离线。Slot1 中的证明和区块传播网络并到达许多验证器。在 Slot 2 中，又一个区块，委员会 B 中的验证者没有看到它，因此它证明信标链头是 Slot1 中的区块。注意这个验证者不同于来自 Slot 1 的离线验证者。在 Slot3 中，委员会 C 中的所有验证者都运行 LMD GHOST 投票，并独立地给出了结果一致的证明。

四 信标链检查点（Check Point）

检查点是周期第一个时隙中的区块。第一个时隙中若是没有区块，则检查点是前一个最近的区块。每个周期必定有一个检查点块，一个区块可以是被归属于多个周期的检查点。

注意 Slot65 到 Slot128 没有区块。Epoch2 检查点应该是 Slot128 上的区块。由于缺少区块，Epoch2 检查点是仍然是 Slot64 上的区块。Epoch 3 的情况类似，Slot192 是空的，因此前一个块 Slot180 是 Epcoh3 检查点。

当进行 LMD GHOST 投票时，验证者也会投票给当前周期中的检查点，称为 target。此投票称为 Casper FFG 投票，还包括一个先前的检查点，称为 source。在图中，Epoch1 中的验证者投票给创世块的源检查点，以及区块的目标检查点 Slot 64。在 Epoch2 中，同一验证者投票给相同的检查点。只有分配给某个时隙的验证者才会对该时隙进行 LMD GHOST 投票。然而，所有验证者都为每个周期检查点投了 FFG 票。

五 最终证明（Finality）

当一个周期结束时，如果它的检查点获得了 2/3 投票权重的支持，则该检查点被认为是合理（justified）状态。

如果检查点 B 被证明是合理的，并且紧接的下一个周期中的检查点被证明是 justified 的，那么 B 将被最终确定为 Finality。通常，一个检查点会在两个时期内完成，即 12.8 分钟。

在上图中，周期边缘区块（epoch boundary block，即上文提到的检查点）被区块提议者提出，该区块记录了 Slot64 在 Epoch2 中获得了所有验证者超过 2/3 的权重投票，且该区块被委员会通过，即达到了 justified 状态，因此导致了其前一个检查点，Epoch1 的 source 检查点的状态转换，Slot32 上的区块由 justified 转换到了 finalized，因此在 Slot32 之前的所有区块也都被确认了，即彻底的完成了上链的操作。

六 区块链浏览器验证

在信标链的区块链浏览器（https://beaconcha.in/）中，我们可以验证上述共识机制是否如上所述运行，并且进一步加深我们的理解。

左侧为诞生出的 Epoch，并且标明了是否达到 Final 状态，可以发现有两个 Epoch 中的区块尚未被最终证明。同时右侧标明了最新提案的区块，可以发现出块的时间接近 12s，和理论一致，每个区块都注明了所属的 Epoch、Slot 以及区块的提议者。

进入到每个区块页面，可以看到证明的次数，投票的次数以及参与投票的验证者数量（显然在这个区块中存在着不符合规则的验证者，验证者可以检举这些验证者，从而获得奖励）。

写在最后

飒姐团队认为，区块链的本质是信任的达成。随着技术的升级，达成信任的方式愈发多样，每个链都有自己独特的共识机制来防止节点的作恶，这可能才是区块链的生命力以及技术的魅力所在。

认可技术，拥抱技术！

参考资料：

[1] https://ethos.dev/beacon-chain#beacon-chain-validator-activation-and-lifecycle

[2] https://github.com/ethereum/consensus-specs