以太坊:以太坊分布式验证者规范_ARE

分布式验证者(DistributedValidators,DV)是一种将一个以太坊验证者的工作分配给一组分散节点的技术，以提高与在一个单一机器上运行一个验证者客户端相比的韧性(安全性、活性，或两者兼有)。

引介

动因

传统的验证者客户端设置

以太坊验证者通过用他们的质押私钥对消息签名(例如区块或证明)来参与权益证明(PoS)协议。质押私钥只能通过客户端软件来访问，客户端根据分配给验证者的职责安排消息的创建和签名。传统的验证者客户端设置会有一些风险：

质押私钥存在一个地方。如果一个攻击者获得了这个密钥，它可以创建冲突的消息，从而导致验证存款被罚没。

不运行自己的验证者的质押者需要把他们的质押私钥交给运营商。为了保证他们质押私钥的安全，他们必须信任该运营商。

如果验证者客户端软件不能创建及时的消息以履行验证者职责，该验证者会遭受怠工惩罚(inactivity)，余额会减少。

这可能是由于软件崩溃、断网、硬件故障等原因造成的。

以太坊累计质押量突破2100万枚ETH，价值约合400亿美元:金色财经报道，据以太坊官方数据显示，以太坊信标链已质押ETH总量已突破2100万枚，本文撰写时达到21079233枚（按照当前价格计算约合400亿美元），活跃验证者数量为 658732个。[2023/7/11 10:48:03]

如果验证者客户端连接的信标节点出现故障，验证者可能跟在一个少数节点所在的分叉上，导致在PoS协议的其他部分显示是离线状态。

分布式验证者协议

分布式验证者协议提供了一个解决方案，以减轻与传统的单个验证者设置相关的风险与担忧。此外，该协议还可以用来实现先进的质押设置，例如去中心化的质押池。

基本概念

请注意：请参考词汇表，了解分布式验证者规范中引入的新术语的解释。

分布式验证者背后的两个基本概念是：

共识：单个验证者的职责被分给几个共同验证者(co-validator)，他们必须协作，在对任何消息签名之前就如何投票达成一致。

M-of-N门限签名(thresholdsignatures)：验证者的质押私钥被分割为N个部分，每个共同验证者持有一个share。当至少有M个共同验证者对如何投票达成共识时，他们分别用各自的share来对消息签名，一个组合签名可以由这些share重构出来。

数据：以太坊链上NFT销售总额突破130亿美元:金色财经报道，1月7日，据最新数据显示，以太坊链上NFT销售总额突破130亿美元，创下历史新高，本文撰写时为13,005,876,438美元，链上交易数量为5,267,547笔，。2021年10月22日以太坊链上NFT销售总额突破80亿美元，11月14日突破90亿美元，11月28日突破100亿美元，12月17日突破110亿美元，12月30日突破120亿美元，这意味着在不到三个月时间里，以太坊链上NFT总销售额增长超过50亿美元。[2022/1/7 8:32:52]

PoS以太坊使用的是BLS签名方案，其中私钥可以使用M-of-N秘密共享技术(使用Shamir'sSecretSharing方案)，以实现M-of-N门限签名。

(译者注：Shamir'sSecretSharing被用于以分布式的方式来保护秘密。秘密被分割为多个部分，这些部分被称为share，这些share可以用来重构原来的秘密。而通过Shamir'sSecretSharing解密需要一个最低数量的share，被称为门限。)

媒体：比特币今年预计耗电760亿千瓦时，约是以太坊的3倍:金色财经报道，据《财富》消息，一项最新研究已经计算出需要多大规模的植树造林，以抵消比特币、以太坊等加密数字货币产生的大量碳足迹。据Forex Suggest发布的《加密数字货币交易的全球影响》（Global Impact of Crypto Trading）报告显示，与以太坊等加密数字货币相比，为消除比特币挖矿引起的污染，需要启动迄今为止全球最大规模的植树造林。原因很简单：比特币的耗电量为竞争对手的数倍。作为标志性的加密数字货币，比特币今年预计耗电760亿千瓦时左右，是以太坊的将近3倍，莱特币（Litecoin）的100多倍。每年排放二氧化碳总计5700万吨左右。

如此多能源消耗只引发了较低的交易量是因为比特币分布式网络运行缓慢，用户每小时只能够在区块链上发布大约1.2万条购买、销售和转让，相反，以太坊的年交易量是比特币的4倍多，但耗电量却远不及比特币的一半。结果是：比特币每次交易耗电量达到惊人的707千瓦时，为以太坊的11倍。如果要吸收比特币每年排放的大量二氧化碳，需要种植2.84亿棵树。[2021/11/12 6:47:38]

通过把一个合适的(偏重于安全性的)共识算法和一个M-of-N门限签名方案组合起来，这个DV协议确保共识是得到密码学保证的，且至少有M个共同验证者对任何决定达成一致。

伦敦硬分叉预计于8月4日在以太坊主网激活:金色财经报道，以太坊核心开发人员会议已于北京时间10日凌晨结束。以太坊开发者Tim Beiko发推文称，正如本周早些时候证实的那样，所有客户端都重申对主网的伦敦硬分叉部署区块为12965000感到满意。伦敦升级应该会在8月4日登陆主网（除非像往常一样发现严重的安全问题）。[2021/7/10 0:40:43]

资源

实现

以下是分布式验证者技术的现有实现(但不一定是本规范的实现)。

python-ssv：Python中分布式验证者协议实现的概念证明，与以太坊客户端Prysm交互。

ssv：分布式验证者协议的Go实现，与以太坊客户端Prysm交互。

文档

分布式验证者架构视频介绍

总体架构

以太坊未确认交易为101,000笔:金色财经消息，据OKLink数据显示，以太坊未确认交易101,000笔，当前全网算力为271.90TH/s，全网难度为3.62P，当前持币地址为51,063,066个，同比增加116,228个，24h链上交易量为2,828,940.78ETH，当前平均出块时间为13s。[2020/12/9 14:37:47]

本规范提出一种实现分布式验证者客户端(DistributedValidatorClient,DVC)软件的方法，作为信标节点和一个远程签名者(RemoteSigner,RS)之间的中间件：

信标节点和远程签名者之间的所有通信都由DVC管理，以便它能提供额外的分布式验证者功能。

信标节点和远程签名者不知道DVC的存在，也就是说，它们以为彼此像往常一样相互连接。

假设

我们假设总共有N个节点，以及一个M-of-N门限签名方案。

为了与拜占庭容错共识协议兼容，我们假设M=ceil(2*N/3)。

本规范假设某种基于领袖的、偏重安全性的共识协议，让共同验证者选定相同的证明/区块进行签名。我们假设共识协议在M个正确节点下成功运行，且在N个总节点中不超过F=(N-1)/3个拜占庭节点和不超过N-M-F防失败节点(fail-stopnode)。(译者注：拜占庭节点指的是在网络里故意撒谎或误导其他节点的背叛节点。)

我们假设验证者客户端安全运行的通常前提条件包括最新的抗罚没数据库、正确的系统时钟等。

我们暂时不考虑对“正确”以太坊分叉的投票——这个功能将在未来的更新里加上。

理想的保证

安全性(防止密钥被盗)：

除非N个共同验证者中有多于M个验证者的安全受到影响，否则质押者私钥是安全的。

安全性(防止罚没)：

在异步网络的假设下，除非多于三分之一的共同验证者成了背叛者，否则验证者永远不会被罚没。

在同步网络的假设下，除非多于三分之二的共同验证者成了背叛者，否则验证者永远不会被罚没。

活性：在部分同步的网络里，除非多于三分之一的共同验证者成了叛徒，否则协议最终都会产生一个新的证明/区块。

规范

关于规范的技术细节描述在?src/dvspec/:https://github.com/ethereum/distributed-validator-specs/blob/dev/src/dvspec。

词汇表

以太坊概念

验证者：参与权益证明以太坊验证的公钥。在阶段0，验证者预期会为信标链区块履行证明和区块提议的职责。

验证者客户端(ValidatorClient,VC)：履行验证者职责的软件。VC能访问验证者的私钥。

远程签名者(RS)：负责以太坊私钥管理的软件，特别是用于对以太坊消息(例如区块、证明等)的签名。RS运行一个服务器，用于接受传入的对该类消息签名的请求。

密码学概念

私钥分片(KeyShare)：作为门限签名方案一部分的单个密钥。

签名分片(SignatureShare)：对来自单个私钥share的一些数据的签名。多个这样的签名share需要组合起来生成一个完整的签名。

分布式验证者概念

分布式验证者(DV)：一组参与者共同履行一个验证者的职责。验证者的私钥在多个参与者中是秘密共享的，因此在没有参与者的一定多数门限下，一个完整的签名是无法形成的。

共同验证者(Co-Validator)：参与DV协议成为一个特定验证者的BLS公钥门限验证者。

分布式验证者客户端(DVC)：通过运行DV协议(或者，作为多个共同验证者来参与，每个共同验证者身份与不同的验证者相关联）参与成为一个共同验证者的软件。DVC能访问共同验证者的私钥，即所对应的验证者的秘密共享门限私钥。

实例

使用上述术语的实例说明：

公钥为0xa5c91...的以太坊验证者作为一个分布式验证者在运行。

有4个共同验证者参与到验证者0xa5c91...的分布式验证者中。

与0xa5c91...相关联的私钥在4个共同验证者中使用3-of-4的秘密共享方案来拆分，这样就建立了一个3-of-4的门限签名方案。

更简单地说，0xa5c91...的私钥被拆分为4份，每一份由共同验证者中一名来托管，这样必须至少有共同验证者中的三名合作才能从0xa5c91...产生一个签名。

每个共同验证者都在运行分布式验证者客户端软件来参与分布式验证者。

原文链接：https://github.com/ethereum/distributed-validator-specs

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来源|?github.com/ethereum

作者|AdityaAsgaonkar

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