Những điều bạn nên biết về chuỗi beacon cốt lõi của hệ thống Eth2

Tiêu đề gốc: "Chuỗi đèn hiệu Eth2: Điều đầu tiên bạn nên biết (Phần 1)"
Nguồn gốc: Những người đam mê Ethereum

Bạn có còn nhớ lần đầu tiên bạn đưa ra câu " "Vậy đấy." Đó có phải là niềm vui khi bạn thở dài?

Bạn có muốn hiểu rõ về Beacon Chain không?

Beacon Chain là cốt lõi của toàn bộ hệ thống Eth2; hầu hết nội dung về Beacon Chain chỉ nói về các thuật ngữ kỹ thuật, điều đó rất khó hiểu tầm thường và không đủ sâu sắc.

Tại đây, chúng tôi sẽ giải thích kỹ lưỡng cho bạn về các thành phần và cơ chế của beacon chain. Chúng tôi cũng sẽ cung cấp các ví dụ để nêu bật các chi tiết chính để bạn có thể nhận được kết quả gấp đôi với một nửa công sức.

Chúng tôi giả định rằng bạn đã có hiểu biết vững chắc về chuỗi khối Ethereum hoặc chuỗi khối Bitcoin và quen thuộc với bằng chứng cổ phần ( Bằng chứng về Cổ phần).

Bây giờ, chúng ta hãy xem xét phân đoạn, trình xác thực đặt cược, chứng thực và ủy ban. Bức tranh toàn cảnh về các cam kết, điểm kiểm tra và quyết định cuối cùng.

Phân mảnh: Những lý tưởng tuyệt vời

Để hiểu beacon chain, trước tiên bạn cần hiểu khái niệm sharding. Khó khăn chính hiện nay mà các blockchain (bao gồm cả Ethereum) phải đối mặt trong việc cải thiện khả năng mở rộng là mọi nút đều phải xác minh và thực hiện tất cả các giao dịch.

Từ góc độ khoa học máy tính, có hai cách chính để tăng thông lượng:

A. Mở rộng theo chiều dọc: Ý tưởng chung là tăng cường các nút và làm cho chúng ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn.
B. Mở rộng theo chiều ngang: Ý tưởng chung là thêm nhiều nút hơn.

Để có tính phi tập trung, hệ thống blockchain chỉ có thể mở rộng theo chiều ngang. Một trong những mục tiêu của Ethereum 2.0 (còn gọi là Eth2 hoặc Serenity) là cho phép phần cứng ở cấp độ người tiêu dùng thông thường chạy các nút. Ý nghĩa ban đầu của thuật ngữ sharding là phân vùng cơ sở dữ liệu theo chiều ngang.

Về cơ bản, chuỗi phân đoạn sẽ được xử lý bởi một tập hợp con các nút (tức là một tập hợp con các nút trong toàn bộ mạng). Các công cụ khai thác ảo trong hệ thống, người xác nhận, sẽ được chỉ định cho các phân đoạn khác nhau và chỉ xử lý cũng như xác minh các giao dịch trên chuỗi phân đoạn của riêng họ.

Trong hệ thống này, nhóm nút xử lý một phân đoạn nhất định theo khối sẽ liên tục được thay đổi.

Để phân chia một hệ thống blockchain, thách thức chính là tính bảo mật của các phân đoạn. Bởi vì các trình xác nhận được trải rộng trên các phân đoạn nên các trình xác thực độc hại sẽ ít gặp khó khăn hơn khi xâm phạm một phân đoạn duy nhất.

Do đó, mấu chốt của giải pháp phân mảnh là: xáo trộn ngẫu nhiên các trình xác nhận để mỗi khối phân đoạn bao gồm một nhóm ( Đó là được xử lý bởi một ủy ban bao gồm những người xác nhận được chọn ngẫu nhiên, do đó xác suất thành công của kẻ tấn công kiểm soát ít hơn 1/3 quyền của tất cả những người xác nhận là 0 (không thể xảy ra về mặt toán học).

Bằng chứng gian lận, bằng chứng lưu ký và kiểm tra tính khả dụng của dữ liệu cũng là những thành phần bảo mật quan trọng, nhưng cần có một bài viết đặc biệt để giải thích rõ ràng về chúng.

Kế hoạch hiện tại cho Eth2 là kích hoạt 64 phân đoạn. Mặc dù chuỗi sharding và đèn hiệu độc lập với nhau về mặt khái niệm, nhưng chúng ta vẫn sẽ nói về một số yếu tố chính của toàn bộ hệ thống.

Khái niệm sharding phản ánh các chức năng và nhu cầu của beacon chain; thông qua khái niệm sharding, chúng ta có thể hiểu lý do tại sao chúng ta cần Những phần bổ sung này được thêm vào hệ thống blockchain. Lĩnh vực mới này cũng hoan nghênh những đổi mới từ những độc giả sáng suốt.

Các giai đoạn của Ethereum 2.0

Ethereum 2.0 sẽ được triển khai theo ba giai đoạn:

Giai đoạn 0: Chuỗi Beacon
Giai đoạn 1: Sharding
Giai đoạn 2: Thi hành
Có thể so sánh với 3 bộ phận của cơ thể con người:

Giai đoạn 0: Trái tim
Giai đoạn 1: Tay chân
Giai đoạn 2: Não

Nó cũng có thể được so sánh với một dàn nhạc hoành tráng :

Giai đoạn 0: Nhạc trưởng
Giai đoạn 1: Nhạc cụ
Giai đoạn 2: Nhạc sĩ

Mỗi giai đoạn sẽ được tích hợp vào hệ thống và đóng những vai trò khác nhau. So với các giai đoạn khác, các tính năng được giới thiệu trong Giai đoạn 1 sẽ tinh tế hơn, trong khi Giai đoạn 2 sẽ thiên về thực thi hơn.

Khe cắm và Kỷ nguyên

Beacon Chain là nhịp tim của Ethereum 2.0 và là chủ đề chính về sự hài hòa và đồng thuận của toàn bộ hệ thống.

Một khe thời gian (slodt) là 12 giây và một khoảng thời gian (epoch) bao gồm 32 khe thời gian, do đó nó là 6,4 phút .

(dữ liệu tham số được sử dụng trong bài viết này Tất cả đều đến từ Thông số kỹ thuật Beacon Chain v0.10.1)

Các khe thời gian được sử dụng để đánh dấu việc tạo khối Beacon Chain và khối phân đoạn Cơ hội : Trên chuỗi đèn hiệu và mỗi phân đoạn, mỗi khe thời gian đều có cơ hội tạo một khối mới. Bạn có thể tưởng tượng rằng chuỗi beacon và từng chuỗi phân đoạn được thiết kế cẩn thận và đồng bộ hóa chặt chẽ. Lý tưởng nhất là cứ sau 12 giây, 1 khối chuỗi đèn hiệu sẽ được tạo và 64 khối phân đoạn được phân bổ trên các chuỗi phân đoạn khác nhau. Trình xác nhận cần phải được đồng bộ hóa kịp thời.

Do đó, các khe thời gian cũng giống như thời gian của khối, ngoại trừ các khe thời gian đó cũng có thể có các khối trống. Các khối gốc của chuỗi beacon và chuỗi phân đoạn được tạo tại khe thời gian 0; tuy nhiên, mỗi chuỗi phân đoạn sẽ không bắt đầu chạy cho đến khi khe thời gian 0 của chuỗi báo hiệu được hoàn thành và mỗi chuỗi có khe thời gian riêng 0 (khối tạo được được tạo tại khe thời gian 0), điểm bắt đầu của khối thế giới).

Trình xác nhận, thông báo chứng thực và chuỗi đèn hiệu

Blockchain PoW được duy trì bởi các thợ mỏ và hệ thống bằng chứng cổ phần của Ethereum 2.0 dựa vào "các thợ mỏ ảo" - người xác minh. Người xác nhận là những người tham gia tích cực vào quá trình đồng thuận của giao thức Ethereum 2.0. Các biện pháp khuyến khích kinh tế của họ sẽ được thảo luận trong phần "Các biện pháp khen thưởng và trừng phạt đối với Người xác minh chuỗi Beacon" bên dưới.

Người đề xuất khối đề cập đến người xác thực được chọn ngẫu nhiên để tạo khối.

Hầu hết, người xác thực chỉ đóng vai trò là nhân chứng, chỉ dành cho các khối chuỗi beacon và khối chuỗi phân đoạn. Những phiếu bầu này sẽ được ghi lại trên chuỗi beacon và từ đó xác định khối mới nhất của chuỗi beacon và khối mới nhất của chuỗi phân đoạn.

Trong Trong một khoảng thời gian, trình xác thực là giả- được gán ngẫu nhiên vào một khe thời gian và một phân đoạn. Người xác nhận sẽ tham gia vào quá trình đồng thuận của phân đoạn được chỉ định để bỏ phiếu cho khối mới nhất của phân đoạn. Trình xác nhận cũng sẽ liên kết khối mới nhất với khối chuỗi báo hiệu trong một khoảng thời gian.

Cái gọi là thông báo làm chứng (chứng thực) là một cuộc bỏ phiếu do người xác thực khởi xướng và trọng số của nó được xác định bởi số dư của người xác thực. Thông báo nhân chứng sẽ được người xác thực thêm vào khối và truyền bá cùng với khối.

Người xác thực cũng sẽ giám sát lẫn nhau và có thể báo cáo những người xác thực khác thực hiện các phiếu bầu trái ngược nhau hoặc đề xuất nhiều khối. Hành vi sai trái có thể được khen thưởng nếu báo cáo là đúng.

Nội dung chính của beacon chain là bảng đăng ký các địa chỉ của người xác thực, trạng thái của từng người xác thực, thông báo chứng thực và Thông tin được liên kết đến mảnh vỡ. Người xác minh cần phải được kích hoạt bởi chuỗi beacon trước khi tham gia và cũng có thể thay đổi trạng thái của họ, như được mô tả trong phần "Vòng đời và kích hoạt trình xác minh chuỗi Beacon" bên dưới.

Người xác minh tham gia đặt cược: ý nghĩa của các thuật ngữ

Trên blockchain bằng chứng công việc, cách để người dùng trở thành thợ đào là kiểm soát phần cứng để tham gia vào sự đồng thuận. Trong Ethereum 2.0, người dùng có thể đạt được chứng chỉ xác thực bằng cách đặt cược ETH và tham gia vào mạng bằng cách kiểm soát trình xác thực. Do đó, trình xác minh là ảo và được người cầm cố kích hoạt tích cực.

Sẽ dễ hiểu hơn bằng cách liên kết người đặt cược với cổ phần và người xác thực với số dư. Số dư tối đa cho mỗi người xác thực là 32 ETH, mặc dù người đặt cược có thể đặt cược tất cả ETH của họ. Với mỗi 32 ETH được gửi, bạn có thể nhận được 1 bằng cấp xác thực.

Hoạt động của trình xác thực dựa vào ứng dụng khách của trình xác thực, ứng dụng này sử dụng các nút chuỗi beacon để thực hiện các chức năng bình thường. Nút chuỗi báo hiệu có chức năng theo dõi hoạt động của chuỗi báo hiệu và đọc thông tin của chuỗi báo hiệu. Máy khách xác thực có thể chạy các chức năng của chính nút chuỗi báo hiệu hoặc kết nối với các nút chuỗi báo hiệu của người khác.

## Liên kết chéo: Hãy để các phân đoạn bén rễ trên chuỗi đèn hiệu

Cái gọi là liên kết chéo là dữ liệu được đặt trong khối chuỗi báo hiệu và trỏ đến một khối phân đoạn nhất định. Chuỗi báo hiệu theo dõi chuỗi phân đoạn (khối mới nhất) thông qua liên kết chéo. Vì có 64 phân đoạn nên mỗi chuỗi đèn hiệu có thể chứa tới 64 liên kết chéo. Có thể chỉ có một liên kết chéo trong khối chuỗi báo hiệu nếu không có người xác thực nào đề xuất khối cho 63 phân đoạn khác trong khoảng thời gian đó. Chức năng liên kết chéo dự kiến sẽ được giới thiệu trong Eth2 Giai đoạn 1, để mỗi chuỗi phân đoạn có thể được bắt nguồn từ chuỗi báo hiệu và để chuỗi báo hiệu hoạt động như một nhánh lựa chọn chuỗi phân đoạn, xác định chuỗi phân đoạn và liên lạc giữa các phân đoạn. .

Tất cả chuỗi phân đoạn đều theo dõi chuỗi báo hiệu trong suốt quá trình.

Giới thiệu Ủy ban

Ủy ban là một nhóm những người xác nhận. Vì lý do bảo mật, mỗi khung thời gian, trên beacon chain và mỗi shard chain, sẽ có một ủy ban bao gồm ít nhất 128 người xác nhận. Kẻ tấn công có ít hơn một phần nghìn tỷ cơ hội kiểm soát 2/3 số người xác thực trong một ủy ban.

Chuỗi đèn hiệu tên xuất phát từ chức năng cung cấp công khai các số ngẫu nhiên (tức là "đèn hiệu ngẫu nhiên"). Chuỗi đèn hiệu sẽ đạt được sự đồng thuận về quy trình giả ngẫu nhiên được gọi là "RANDAO".

Các trình xác nhận được RANDAO lựa chọn dựa trên sự cân bằng của các trình xác thực làm trọng số. Người xác nhận có thể vừa là người đề xuất vừa là thành viên ủy ban trong một khoảng thời gian, nhưng đây không phải là tiêu chuẩn. Xác suất xảy ra điều này là 1/32, vì vậy chúng tôi ước tính chúng tôi sẽ thấy nó một lần mỗi kỳ. Sơ đồ trên mô tả tình huống khi số lượng người xác nhận ít hơn 8192, nếu không sẽ có ít nhất hai ủy ban trong một khoảng thời gian.

Bài viết này tập trung vào ủy ban chuỗi beacon: người xác minh phục vụ chuỗi beacon. Một ủy ban Beacon Chain sẽ được chỉ định ngẫu nhiên vào một phân đoạn, tạo liên kết chéo trên chuỗi khối Beacon Chain. Hơn nữa, các thành viên ủy ban không thay đổi trong một thời gian dài và các ủy ban chịu trách nhiệm tạo liên kết chéo được thay thế từng khối.

Ủy ban chỉ sản xuất các khối cho chuỗi phân đoạn sẽ được giải thích sau. Trình xác thực chuỗi phân đoạn có thể tạo ra nhiều khối chuỗi báo hiệu mà không tương tác với chuỗi báo hiệu, nhưng nếu một phân đoạn muốn giao tiếp với các phân đoạn khác, nó yêu cầu ủy ban chuỗi báo hiệu phải liên kết chéo các khối phân đoạn với một khối chuỗi báo hiệu.

Hình ảnh trên kết hợp các tình huống xảy ra trong ba khoảng thời gian. Tại thời điểm 1, người xác thực đề xuất một khối và khối đó được chứng kiến bởi hai người xác nhận; một người xác nhận trong ủy ban A đã ngoại tuyến. Trong khe thời gian 2, ai đó đã đề xuất một khối khác, nhưng người xác thực trong ủy ban B không nhìn thấy nó, vì vậy thông báo làm chứng của nó chỉ ra rằng TA tin rằng đỉnh của chuỗi beacon (khối mới nhất) vẫn được tạo ở khe thời gian 1. khối . Lưu ý rằng trình xác thực này không giống với trình xác thực ngoại tuyến trong khe thời gian 1. Cuộc bỏ phiếu ở khối trên cùng của beacon chain được gọi là "cuộc bỏ phiếu LMD GHOST". Tại khe thời gian 3, tất cả những người xác nhận trong ủy ban C đều chạy quy tắc lựa chọn nhánh LMD GHOST và bỏ phiếu độc lập để cùng một khối đứng đầu chuỗi đèn hiệu.

Người xác thực sẽ chỉ tham gia vào một ủy ban tại một thời điểm. Thông thường, sẽ có hơn 8192 người xác thực trong hệ thống, do đó sẽ có nhiều hơn một ủy ban cho mỗi khoảng thời gian. Các ủy ban đều có quy mô như nhau, với ít nhất 128 người xác nhận. Khi có ít hơn 4096 người xác nhận trong hệ thống, tính bảo mật sẽ giảm do quy mô ủy ban sẽ ít hơn 128 người xác nhận.

Ủy ban: Chìa khóa

Trong mỗi giai đoạn, những người xác nhận được phân bổ đều vào các khoảng thời gian và sau đó được phân bổ tiếp vào các ủy ban có quy mô bằng nhau. Tất cả người xác nhận phải gửi tin nhắn nhân chứng trong khoảng thời gian riêng của họ, chỉ ra phần trên cùng của chuỗi đèn hiệu. Mỗi ủy ban cố gắng liên kết chéo tới một phân đoạn cụ thể trong khoảng thời gian riêng của mình. Thuật toán xáo trộn tăng hoặc giảm số lượng ủy ban để đảm bảo rằng mỗi ủy ban có ít nhất 128 người xác nhận.

Ví dụ: giả sử có 16.384 trình xác thực. 512 trong số các trình xác thực này được gán giả ngẫu nhiên cho vị trí 1, 512 trình xác thực khác cho vị trí 2, v.v. 512 người xác nhận cho vị trí 1 được chia thành 4 ủy ban. Tất cả 512 người xác nhận phải bắt đầu bỏ phiếu LMD GHOST tại khe thời gian 1; 128 người xác nhận từ một ủy ban cố gắng liên kết chéo tới phân đoạn 33; 128 người xác thực từ một ủy ban khác cố gắng liên kết chéo để phân bổ 55; hai người còn lại sau đó cố gắng để liên kết chéo tới phân đoạn 22 và phân đoạn 11.

Trong khung thời gian 2, quá trình này sẽ được lặp lại. Những người xác nhận 512 được chia thành 4 ủy ban. Giả sử các phân đoạn mà chúng được gán là 41, 20, 17 và 15. Tất cả 512 người xác nhận bỏ phiếu cho vị trí đứng đầu chuỗi beacon tại khe thời gian 2; các ủy ban này cũng sẽ cố gắng đề xuất liên kết chéo cho các phân đoạn 41, 20, 17 và 15.

Quy trình này cũng sẽ được lặp lại cho các khoảng thời gian còn lại trong kỳ. Mỗi người xác minh sẽ có một khoảng thời gian và trong khoảng thời gian đó TA có thể phát biểu, đề xuất thông điệp nhân chứng và tạo liên kết chéo. Đến cuối thời gian, tất cả 16.384 người xác nhận đã có cơ hội bắt đầu bỏ phiếu và liên kết chéo.

Tuy nhiên, trong quy trình trên, phiếu bầu của người xác thực dựa trên khung thời gian chứ không dựa trên khoảng thời gian. Nó hơi giống việc bỏ phiếu cho chính quyền địa phương hơn là một cuộc bầu cử quốc gia. Tất cả những người xác nhận chưa bao giờ bỏ phiếu cho cùng một điều. Phần sau đây sẽ thảo luận về các điểm kiểm tra và tính xác định, đồng thời giải thích việc bỏ phiếu mà mỗi người xác thực cần bắt đầu trong khoảng thời gian và trong khoảng thời gian của mình. Nói cách khác, trong thời kỳ của mình, họ cũng bỏ phiếu cho trạm kiểm soát của thời kỳ đó.

(Chưa hoàn thành)

Liên kết nguồn: https://ethfans.org/posts/beacon-chain-explainer-you- Should-read-first- bởi-ethos-dev

Chào mừng bạn tham gia cộng đồng chính thức của BlockBeats:

Nhóm Telegram đăng ký: https://t.me/theblockbeats

Nhóm Telegram thảo luận: https://t.me/BlockBeats_App

Tài khoản Twitter chính thức: https://twitter.com/BlockBeatsAsia