以太坊 2.0 Staking 机制研究报告

以太坊 2.0 Staking 机制研究报告

Overview 概述

信标链作为 ETH 2.0 整个规划中的最先上线的重要一环,将直接实现 PoS 功能,根据目前其 Staking 整个体系的设计,可见 ETH2.0 不同于 DPoS 这种超级验证者集权的纵向扩容方式,而是完全走了相反的横向扩容方式,即增加中小节点的数量,尽量实现网络节点之间的公平与低门槛,进而规避发生少数超级节点联合控制网络的情况。

从质押收益率来看,越早加入 ETH2.0 的验证者,享受的年化收益率越高,目的在于激励更多的节点在创始区块启动时就加入验证。而整个网络中参与的验证者数量越多,整个网络的安全性就越高,从而最终达到节点数量、安全性、节点收益率的平衡。

Report 报告

1.ETH 2.0 信标链介绍

以太坊为了实现扩容,计划将在今年第三季度上线 ETH 2.0 的 Phase 0 阶段:信标链。未来信标链将会成为 ETH2.0 整个网络架构中的核心。
Phase 0 阶段实现之后,Eth2.0 路线图中的下一个里程碑就是 Phase 1 阶段,该阶段将实现分片功能,并创建 64 条分片链。

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来源:ethos.dev

在以太坊 2.0 的规划中,Phase 0 阶段的信标链只支持 Staking 功能,尚不能支持分片、虚拟机、转账等功能。

ETH 的用户可以通过质押 ETH,成为信标链的验证者,保护整个 Eth2.0 网络的安全,同时并根据质押的金额获得相应的 ETH 奖励。

2.Staking 机制介绍

1)验证机制介绍

在以太坊 2.0 中,网络验证共识机制将由原来的工作量证明 PoW 改为权益证明 PoS,即每个区块不再由原来的矿工挖矿产生,而是由质押的验证节点验证产生。每个用户可以通过质押32个ETH,成为 ETH2.0 的验证节点。

验证节点将会由随机挑选成为 Block Proposer,即“ 区块 Slot” 的生产者,而同时也可能会被随机分为网络上的 Attesters,即 “区块 Slot”的验证投票人。具体逻辑可见下图,即随机验证者每提议生产出一个新的 Slot,将会由其他的充当 Attesters 的验证者进行投票验证,如果投票通过,那么提议验证者将会获得网络的 ETH 奖励。

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来源:ethos.dev

而充当 Attesters 的验证者也会因为累计的验证次数,即 Attestations 数量而获得网络的ETH奖励。

2)验证节点客户端分类

根据 Prysmatic Labs 公布的 Topaz Testnet ,当前验证者主要运行两类客户端:

  1. 信标链客户端 Beacon chain client;

  2. 验证者客户端 Validator client。

当运行信标链客户端时,验证者主要处理节点信息同步、广播区块和区块验证等;当运行验证者客户端时,主要是链接信标链的节点,与信标节点通信,并对区块进行签名。

一个验证者客户端只支持 32 个 ETH 质押,用户可以运行多个验证者客户端来进行更多 ETH 的质押。

3.Staking 收益

1)质押数量

每一位验证者需要 32 个 ETH 才能激活,当验证者的余额低于 16 个 ETH 时,信标链就会停止这些验证者的工作。
但用户可以通过运行多个验证人客户端,从而实现超额ETH的质押,比如 64 ETH、320 ETH 等。

2)质押周期

根据 ETH2.0 的技术文档,验证人在 2048 个 Epoch,即将近 9 天时间的工作之后,验证者可以选择解除质押。

解除时,验证者需要等待 4 个 Epoch 才能撤出其质押金,在这 4 个 Epoch 之内,验证者仍然有可能面临举报和罚没。

一名不作恶的验证者只需等待约 27 小时便可以最终完成解除质押,提现之前质押的 ETH。相反,如果一名作恶的验证者受到了罚没惩罚,则必须等 8192 个 Epoch ,即大约 36 天之后才能够提出余额。

3)质押收益影响因子

在当前设计架构中,验证人的奖励收益率主要影响因素为:

  • 参与质押的时间。理论上参与时间越早,质押收益率越高。

  • ETH 2.0 网络的增发率。根据目前 Vitalik 提出的增发方案,ETH 的最大年增发率不超过 2% 。最大增发量可能会随着整体网络中的质押 ETH 数量而增加,但是单个验证人的年化收益率却有可能随着验证人数量的增加而下降。

  • 运行验证人客户端的数量。虽然一个验证人客户端只能质押 32 个ETH,但是用户可以通过运行多个验证人客户端来提高区块提议人的概率,同时降低单客户端不在线出现的概率,进而提高整体的年化收益率。

  • 离线惩罚。当验证人的验证客户端离线时,将会受到网络的离线惩罚,进而减扣其获得验证收益。

  • 作恶罚没。验证者作恶时,质押的ETH将会被网络罚没。

4)网络增发量

下图是当前被提议的 ETH 最大年增发率和验证者的最大年收益率 (后期可能会有所改变):

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来源:EthHub

需要注意的是,根据 Vitalik Buterin 的说法,上图这些是最大的数字,实践中有许多因素可能会减少 ETH 的总发行量和验证者的奖励。

但是即使是按照 Vitalik 的提的最高通胀率,也比当前 ETH 1.0 PoW 网络的通胀率 4% 要低很多。

5)验证者的成本

计算成本。验证人需要运行信标链节点及验证者客户端,需要占用个人电脑或者服务器资源。以 macOS 为例,官方测试网给的配置要求建议为:

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来源:Prysmatic Labs、标准共识

总体正常运行时间和维护成本。用户需要确保他们的验证者节点不会出现宕机,确保实时在线,否则他们的质押金可能会受到削减。

4.信标链测试网当前 Staking 数据

1)验证者数据概览

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来源:Etherscan、标准共识

可以看到,当前信标链测试网的活跃验证人数量已经达到了 36,540 个,相对较为活跃。

2)排名前十验证者收益表现

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来源:Etherscan、标准共识

根据以太坊浏览器 Etherscan 信标链的测试网数据,可以看到 Staking 收益率排名第一的验证人年化收益率可以高达 38.06%,而排名第十的验证人年化收益率为 18.15%,差额将近一倍。

Conclusion 结语

信标链的 Staking 功能将成为 Staking 行业的风向标,虽然其最终的效果还要待信标链主网上线后才能验证,但是仅从当前测试网的数据来看,ETH2.0 得到了众多信仰者的拥趸、开发者的关注。

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