TTE:以太坊：Safe Head 機制介紹（二）_alice幣百倍幣

作者：NicLin，imTokenLabs資深區塊鏈工程師

本文受眾：區塊鏈開發者

上一篇介紹了SafeHead機制，這一篇將介紹imToken嘗試實踐的SafeHead版本以及除了SafeHead之外能做的事，最后會介紹CasperFFG以及該怎么使用Checkpoint和SafeHead。

上一篇最后有提到SafeHead算法還沒落地，雖然目前PoS運作都正常，但我們在imToken仍嘗試設計出自己的SafeHead版本，希望在過渡期能獲得比BlockConfirmationRule更可靠的區塊參考，讓使用者的體驗比較不會受到網絡波動所影響。

過渡期及SafeHead之外能做的事

imToken在嘗試自己的SafeHead版本

目前的版本是由BlockConfirmationRule加上得票率的篩選，例如未來三個區塊得票率都大于90%，或是未來四個區塊得票率都大于70%。如此雖然比單純BlockConfirmationRule還可靠，但只單純看未來X個區塊存在無法反映實時投票率變化的缺點。未來還需要更多的迭代和改進。

那除了SafeHead，還有什么是現在我們能做的呢？

監控區塊及epoch投票率

PoS的優點之一是我們能透過觀察投票狀況來提前察覺網絡是否有問題、攻擊是否正在發生等等，能夠有一個監控系統來監測可以讓我們提前做出反應，不管是送出警報、拉高SafeHead門檻，或是將SafeHead設回一個更保守的區塊。

歐易支持以太坊合并計劃，提醒用戶注意市場波動風險:據官方公告顯示，歐易將支持以太坊合并計劃，在合并前及合并過程中不會暫停 ETH 任何交易。

另外，歐易Web3錢包將支持更全面的多鏈生態，積極關注并已做好支持分叉鏈的準備，后續將根據社區接受度和用戶需求評估Web3錢包支持分叉鏈上線的時間。

歐易官方表示，如以太坊合并升級過程中，產生分叉鏈和新的分叉代幣，將評估并支持分叉代幣的空投發放與提現。

需要注意的是，分叉代幣需通過歐易的正常上幣審核流程，只有通過審核才會開放交易，詳情請關注官方最新公告。同時，歐易官方提醒用戶，以太坊合并臨近，市場可能會有較大價格波動，請提前做好倉位管理和風險控制。[2022/8/11 12:19:32]

而這些都只需要算出區塊投票率即可，也就是第一篇提到的步驟

查詢新的區塊并記錄區塊，包含分叉鏈的區塊也要能查詢得到獲取區塊里的Attestation并記錄Attestation針對每個區塊，搜尋所有Attestation.beaconBlockRoot==Block.blockRoot的Attestation，去掉重復的Validator得出該區塊得票數算出每一個slot的總Validator數量，除上得票數，算出得票率注：計算epoch投票率會在第三步和區塊投票率不太一樣，在后面會再補充解釋。

其中第二步、第三步及第四步在實踐上有一些需要注意的地方：

第二步：獲取區塊里的Attestation

Glassnode：以太坊期權未平倉合約歷史首次超過比特幣期權未平倉合約:金色財經報道，據區塊鏈分析公司Glassnode最新分析顯示，衍生品交易商正在關注以太坊“合并”，當前以太坊期權未平倉合約為66億美元，比比特幣的48億美元期權未平倉合約還要高，屬于歷史上頭一次。雖然還沒有達到歷史最高點，但ETH期權的未平倉合約已經接近創造新的歷史，而比特幣的未平倉合約仍然遠遠低于峰值，僅為歷史最高值的35%。市場上已經堆積了巨量的看漲期權，讓看跌期權相形見絀，交易者們似乎看好以太坊價格上漲至2200美元，大量未平倉合約甚至達到5000美元。[2022/8/10 12:16:20]

同一個slot且同一個committee的Validator所產生的Attestation不會總是被完美合并成一個，所以會常常出現同一個slot同一個committee的Validator的Attestation在不同區塊被收錄。如果你透過beaconcha.in來查詢一個區塊的話，你會看到投給它的Attestation分散在不同區塊，以區塊4835000為例，你可以看到雖然大多數的committee的Attestation都在下一個slot4835001被收錄，但仍有些投票是在后面的slot才被收錄：

?Committee10其中一個Validator的Attestation在slot4835010才被收錄

所以在資料庫里要唯一識別「同一個slot且同一個committee的Validator所產生的Attestation」會有點麻煩，要不(1)遇到同樣的Attestation但在不同區塊收錄時，將Validator合并起來，但如此就沒辦法呈現像上圖那樣的資訊，也分辨不出合并過哪些Attestation；要不(2)用Attestation被收錄的區塊號碼及Attestation被收錄的排序來識別Attestation，如此就能分得出同樣的Attestation在不同區塊被收錄的情況。

以太坊箭形冰川升級將于12月8日進行，節點需在12月5日前完成升級:11月11日消息，以太坊箭形冰川（ArrowGlacier）網絡升級將于區塊高度13773000（約12月8日）處進行，以太坊節點需在12月5日之前升級節點，以考慮可能變化的出塊時間。此前報道，以太坊核心開發者TimBeiko表示箭形冰川升級將于12月8日進行，難度炸彈計劃推遲至明年6月。[2021/11/11 6:45:20]

區塊4835000收錄的65個Attestation中的第一個Attestation

第三步：AggregationBits

每個Attestation會有一項叫做AggregationBits，這是一個bit陣列，用來記錄這個Attestation是由committee中的哪幾個Validator的Attestation所合并而來。

以slot4823390的區塊里所含的第一個Attestation為例，其CommitteeIndex為42，代表這個Attestation是由committee42的Validator的Attestation所合并而成。另外其AggregationBits為214個bits，其中只有4個bit是1，代表這個Attestation是由committee42一共214個Validator中第28、第58、第84及第147位Validator的Attestation所合并而成。

動態 | SparkPool、Ethermine、F2Pool位居以太坊礦池算力前三:金色財經報道，數據顯示，當前以太坊礦池算力占比分別為：SparkPool（34.97%）、Ethermine（24.41%）、F2Pool（11.57%）、NanoPool（9.04%）、SpiderPool（3.89%）、MiningPoolHub（3.29%）、0x84a...（1.98%）、2Miners（1.45%）、Others（16.12%）。[2020/2/24]

這四位Validator的編號分別是218385、32675、220759及323143

另外需要注意的是你從節點要回來的Attestation，里面的AggregationBits會是經過SSZ編碼過后的值，不是你在上圖中看到的格式，所以需要自己先用SSZ解碼。以下是解碼上面這個Attestation的AggregationBits的范例：

import{BitArray,BitListType}from"//DeserializebytearraytobitlistwithSSZlibraryconstCommitteeBits=newBitListType(byteArraySize*8)constaggregationBitList=??????CommitteeBits.deserialize(byteArray)????????.toBoolArray()????????.map((v)=>(v?1:0))

分析 | 伊斯坦布爾升級之后 以太坊理論上最多可處理2048TPS的事務:以太坊基金會合作初創公司Iden3指出，在經過伊斯坦布爾升級之后，采用ZKRollup，理論上最大可以處理2048 TPS，這個數字比ETH開發者Eric Conner聲稱的3000TPS，但仍高于VISA的2000 TPS。在升級之前，以太坊每秒只能處理30個事務。ZK-Rollup使每個以太坊區塊中驗證2048 TPS只是理論上的最大值。2048TPS的吞吐量將需要將15個批次裝配到一個塊中，并且批次創建時間僅為一秒鐘（假設15秒的塊時間）。iden3團隊還談到了每個zkRollup批次如何需要簡短的密碼證明（zk-SNARK），以證明該批次中交易的完整性。此外，生成此證明在計算上非常昂貴，這也是達到理論吞吐量限制的主要瓶頸。（ambcrypto）[2019/12/16]

第四步：算出Slot的Validator數量

實際上要獲取每一個slot確切的Validator數量會需要用eth/v1/beacon/states/{slot}/committees這個API，回傳的資料會包含該slot每一個committee所有的Validator的編號，加總所有committee的Validator數量就能得到該slot確切的Validator數量。但如果不要求精準的話其實也可以直接將當前Validator總數除以32個slot。

計算epoch投票率

前面有提到epoch投票率和區塊投票率在計算上不太一樣。計算區塊得票率時，要找的是投給該區塊的Attestation，也就是Attestation.beaconBlockRoot==Block.blockRoot，但epoch的投票目標則會是epoch第一個區塊的blockRoot。

計算epoch得票數：搜尋所有Attestation.epochTargetRoot==getEpochFirstBlock(epoch).blockRoot的Attestation，去掉重復的Validator得出該epoch得票數。

epoch總投票數則是加總該epoch每個slot的Validator數量，再除上得票數即能得到epoch得票率。

注：如果epoch第一個slot是空區塊，則往前從過去的slot中找到最近一個非空區塊。

Epoch10第一個區塊是空區塊，則投給epoch10的票要填入epoch9最后一個區塊

第一篇及以上部分算是介紹完了SafeHead的機制，最后這邊再搭配CasperFFG的介紹，讓DApp開發者或使用者能知道如何來利用這兩個工具。

CasperFFG

CasperFFG是以epoch為單位的共識機制，一個epoch要先獲得超過2/3Validator投票成為JustifiedCheckpoint，接著再獲得一次超過2/3投票才會變成FinalizedCheckpoint。

JustifiedCheckpoint

一個epoch要變成Justified最快要經過一輪的投票，也就是一個epoch，6.4分鐘。但變成Justified后還不代表是真的安全的，攻擊者還是能讓兩條分叉鏈上的epoch輪流變成Justified，導致一直沒有新的epoch能變成Finalized。雖然新的區塊還是會一直被propose出來，但從CasperFFG的角度來看，共識機制基本上停擺了，即共識機制的liveness被破壞。

不過要能攻擊成功需要攻擊者占有一定的Validator數量，以及網絡要出現問題導致Validator的投票無法實時傳遞到網絡的另一端。

更多介紹可以參考BouncingAttack。

FinalizedCheckpoint

一個epoch要變成Finalized最快要經過兩輪的投票，也就是兩個epoch，12.8分鐘。雖然比較久但是安全非常非常多，攻擊者要能成功讓兩條分叉鏈上的epoch被Finalized不只需要攻擊者占有超過1/3的Validator，以及網絡出現問題，攻擊者在事后更會被slash至少1/3的Validator，1/3Validator抵押的Ether目前約等價于72億美元。這樣的攻擊破壞的是共識機制的安全性。

要怎么使用Checkpoints及SafeHead？

用Checkpoint來當作Finality

在PoW里，每個DApp都只能自己主觀預估一個BlockConfirmationNumber來確保Finality，但在PoS里，協議本身就提供一個客觀的Finality，雖然等待的時間可能比BlockConfirmationRule還久，但安全性會遠勝于BlockConfirmationRule。

當你在查詢某個鏈上狀態時，你可以透過指定BlockTag為finalized，節點就會回傳給你FinalizedCheckpoint那當下的狀態：

awaitprovider.getBalance("vitalik.eth","finalized")

用SafeHead呈現即時資訊

DApp需要Finality的話可以使用Checkpoint，那在平時前端顯示畫面給使用者時，數據要參考什么時間點的呢？總不可能顯示久久才更新一次的Checkpoint時間點的信息吧？

在PoW中DApp都是拉latest區塊的資訊來顯示，也就是節點看到的最新區塊。但PoS中latest區塊不再那么可靠，這時就可以用safe區塊的信息來顯示，雖然會延遲四秒，但是比latest區塊可靠許多。

參考資料

BalancingAttack:LMDEdition-Consensus-EthereumResearchAnalysisofbouncingattackonFFG-Proof-of-Stake-EthereumResearchUpgradingEthereum|OnePageAnnotatedSpecEthBeaconNodeAPIv2.3.0-Eth2Specv1.1.0OAS3https://beaconcha.in@chainsafe/ssz-npm特別感謝Chih-ChengLiang，Chang-WuChen，StevenWu和doublespending校對本文并提供改進建議。

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