什么是以太坊2.0 的验证者有效余额

对于所有区块链来说，核心竞争力都是保证自身安全性的能力。在一条安全的链上，交易是?可验证?的，且历史交易数据是?不可篡改的，即，在区块链上，任何人都可以获得一笔历史交易的详细信息，并确保这些信息没有被伪造，且它不会在历史中被替换成另一笔交易或者被换了个发生的顺序。

以太坊 2.0 保护自身的方式是让个人运行验证者客户端。验证者会执行一个可以被视为投票的计算机进程：每当网络上创建出了一个新区块，都会有一组预定的验证者对其进行验证，判断这个区块内的交易是否有效，并将这个区块正确链接到前一个区块上。如果验证者认为这个区块有效，就会为其作证（attest）。如果一个区块从验证者那里得到了足够多的 “见证（attestation）”，就会被放到主链上 【1】。

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为了鼓励验证者积极表现，并避免出现验证者懒得给区块提供证明，或是有意在区块的有效性上撒谎的情况，他们的行为会被赋予货币奖励（或惩罚）。在验证者激活验证者身份之前，需要向网络全额提交一笔 32 ETH （以太币）的保证金；这就是验证者的初始余额。每过大约 6.5 分钟，网络就会衡量每个验证者的行为，并适当给予奖惩，算进验证者的余额里。奖金或罚金的具体金额取决于验证者的当前余额；余额较多的验证者提供证明所获得的奖惩较高，反之亦然。

理解奖惩的概念非常重要：奖励用来鼓励那些促使网络达成共识的行为，而罚款用来惩罚那些妨碍网络达成共识的行为或是不作为。因此，为求利益最大化的验证者也将为整体网络带来最大收益。

本文不对以太坊 2.0 的权益证明模型作详细说明。但是明白一点非常重要，就是每个验证者都有自己的余额，以太坊网络会根据他们履行职责的情况定期更新其余额情况。

本文探索了验证者余额与奖惩之间的关系；如果有验证者想为网络做出贡献并获得相应回报，有几点是必须了解的。

如上文所述，履行了职责的验证者会获得奖励，不履行职责的验证者会得到惩罚。奖惩情况会反映在验证者的余额上，正如下图虚构的验证者余额变化情况所示：

-图 1 ：虚构的验证者余额变化情况-

（请注意，上图与后文几张图中所反映的奖惩体量已经被放大，以便更清楚地呈现出对比情况。）

每隔一个时间段，网络都会对验证者的参与情况进行评估，然后相应给出奖惩，从而导致余额发生阶段性变化。图中的验证者既有表现良好获得奖励的时候，也有表现不佳得到惩罚的时候：

-图 2 ：奖惩的阶段性变化情况-

图中并没有明确显示出不同阶段的奖惩变化情况。例如，相比时段 12 ，时段 5 的惩罚要高得多，尽管这两个时段的余额都差不多。上图中有 4 个关键点值得我们进一步思考。第一个关键点位于时段 3 内，即下图标亮的部分：

-图 3 ：奖惩金额减少-

这个时候，验证者的余额已经跌至 32 ETH 以下，奖惩力度也因为不明原因降低了。第二个关键点位于时段 5 内，即下图标亮的部分：

-图 4 ：奖惩金额再度减少-

这个时候，验证者的余额已经跌至 31 ETH 以下，奖惩力度也因为不明原因再度降低了。

第三个关键点位于时段 9 内，即下图标亮的部分：

-图 5 ：奖惩金额没有像预期那样增长-

这个时候，验证者的余额又涨回了 31 ETH ，但是奖惩金额还是跟之前一样，并没有增加。

第四个关键点是在时段 18 内，即下图标亮部分：

-图 6 ：奖惩金额出现意外增长-

这个时候，虽然验证者的余额没有超过特定金额，但是奖惩金额增加了。

总而言之，这反映了奖惩金额的变化是杂乱无章的。要理解这些奖惩金额为什么会产生变化，需要了解什么是?有效余额?。

有效余额是根据每个验证者的当前余额和上一个有效余额计算得出的。它决定了每个验证者所能获得的奖惩金额。

1、有效余额不可能超过 32 ETH 。也就是说，就算验证者的余额有 100 ETH ，有效余额也只是 32 ETH 。

2、有效余额只能是 1 ETH 的倍数，小数点后面忽略不计。也就是说，假设验证者的余额是 29.9999 ETH ，有效余额也只是 29 ETH 。

3、只有当验证者的余额比当前有效余额高 1.5 ETH 的时候，有效余额才会增加。也就是说，在余额变化时，余额要上升到 26.5 ETH，其实际余额才会上升到 25 ETH。

根据上述规则，验证者的有效余额变化情况如下图中的绿线所示：

-图 7 ：当前余额和实际余额的对比-

有效余额是源于设计和技术这两方面的需求。从设计层面来讲，将个人验证者的有效余额上限定在 32 ETH 可以防止某个验证者对整条链状态的投票权重过大。从技术层面来讲，降低有效余额的变化频次可以让以太坊在低功率硬件上运行，因为有效余额的每一次变化都需要进行成本较高的计算。

在了解了有效余额之后，就更能感知到奖惩金额的变化了。我们再回到上文提到的几个关键点：

在时段 3 ，验证者的余额跌至 32 ETH 以下，因此根据第二条规则，其实际余额从 32 ETH 跌至 31 ETH 。奖惩金额是由实际金额决定的，因此奖惩力度变小。

在时段 5 ，验证者的余额跌至 31 ETH 以下，因此根据第二条规则，其实际余额从 31 ETH 跌至 30 ETH 。奖惩金额是由实际金额决定的，因此奖奖惩力度进一步变小。

在时段 9 ，验证者的余额提高到了 31 ETH ，但是没有达到上文第三条规则中提到的标准，因此有效余额不会上升。奖惩金额是由实际金额决定的，因此保持不变。

在时段 17 ，验证者的余额提高到了 31.5 ETH ，因此根据第三条规则，有效余额从 30 ETH 上升到了 31 ETH 。奖惩金额是由实际金额决定的，因此奖惩数额变得更大。时段 18 的时候第一次出现奖励增加的情况。

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验证者余额的少量变化就会对有效余额产生长远影响，因此要时刻跟进这一情况。

如果验证者节点必须停机一段时间，那么正确计算时间也很重要，因为验证者所需缴纳的罚金不一定相同。一笔 0.015 ETH 的罚金可能会让验证者的余额从 30.020 ETH 跌至 30.005 ETH （有效余额不变），对验证者的总体收益影响不大。然而，一笔 0.015 ETH 的罚金可能会让验证者的余额从 30.005 ETH 跌至 29.990 ETH （导致有效余额从 30 ETH 降至 29 ETH ），会对验证者的总体收益产生较大影响。

验证者有效性根据有效余额在总余额中的占比计算得出，是用来衡量有多少验证者余额用于见证的指标。举例来说，如果验证者的余额是 31.9 ETH ，其有效余额就是 31 ETH ，其有效性就是 31/31.9 ，即 97% 。

活跃验证者的有效性通常在 95% 到 100% 之间，这个比例越高，就越能增强网络安全性，并提高验证者奖励。如果有效性较低，则表明验证者离线的时间较长。追踪有效性是一种衡量验证者整体表现的简单方式。

本文简单展示了以太坊 2.0 验证机制，以此来解释有效余额的概念。以太坊 2.0 的实际奖惩系统将有效余额作为基础，但是具体的奖励金额取决于不同因素。例如，如果有验证者提议了一个区块，得到的奖励可能会高一点。如果有验证者掉线了，或是就区块链的状态存在分歧，奖励可能会低一点。

成功运行以太坊 2.0 的验证者节点需要了解很多技术因素，包括有效余额的概念。在一些关键时刻，例如，所得奖惩会对验证者的有效性产生长远影响之类的时刻，对验证者客户端进行主动管理会提高网络的总体安全性，也会影响验证者的奖励。要了解一个主体的资金管理能力而言，验证者有效性变化情况将会是一大关键指标。

注 1：实际上，网络衡量的不仅是见证消息的数量，还有其累积权重：见证消息的权重等于相应验证者的有效余额。

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编译者/作者：秦汉

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