PoS 系列：Epoch、Slot 与信标区块

来源：stonecoldpat.substack.com

作者：Patrick McCorry

使用权益证明的以太坊的独特性在于参与者数量的最大化设计。它允许成百上千和成千上万的验证者活跃地参与决策过程。在笔者撰文时已经有大约 50 万的验证者实体（从协议的角度而言）在活跃地参与这个过程。

事实上，在约 384 秒（6 分 24 秒）内，所有活跃中的验证者将有机会投下一票或提议一个区块。在约 384 秒内至少有 50 万条信息广播，而且所有信息必须在严格的时间范围内传递。据我所知，没有其他共识协议被设计来处理如此活跃和庞大的共识参与者集。

至于通信模型方面，共识协议是为以下三种情况之一设计的（通常）：

同步通信 一个普遍同意和已知的信息传递超时时间。

异步通信 信息传递所需时间没有上限， 但它最终会被发送。

部分同步通信 在大多数情况下，都有一个已知的超时时间，但零星的事件可能会破坏信息传递，时间长短不一。

大多数现代共识协议都是为部分同步通信而设计的，因为它假设大部分时间条件良好，但由于事件可能会在短时间内中断通信，所以存在不可预测的时期。另一方面，值得注意的是，权益证明的以太坊是为同步通信设计的。

题外话--Casper FFG 是为部分同步通信而设计的，但 LMD-GHOST 的严格计时条件迫使整个系统必须同步。我们将在今后的文章中解释什么是 Casper 和 LMD-GHOST。

它假定在绝大多数的验证者中几乎没有中断，而且所有的信息必须在固定的最后期限前被记录在信标区块链上，这些信息才能被计入/使用。如果出现中断，导致信息延迟传递，那么发送者将根据其延迟程度而招致惩罚。在最坏的情况下，如果错过了最后期限，那么消息将被忽略，信息发送者将受到不活跃的最大惩罚。惩罚政策将在未来的文章中介绍。

为了更好地理解同步通信模型，我们涵盖了 Epochs & Slots 的主题。它定义了验证者被允许参与的时间，以及围绕消息传递的严格时间窗口。如果违反了时间窗口，不管是什么原因，那么就不能保证其他验证者会就迟到的消息到达时采取行动。最后，我们将介绍验证者如何被分配到一个时间槽（time slot），以及消息如何被记录在信标区块链中。

如果你想深入了解各种通信设置，那么我建议阅读这篇文章。这里也有关于 ETH2 是部分同步通信还是同步通信的精彩讨论。

Epoch 和 Slot

每个 epoch 有 32 个 slot，每个验证者在每个 epoch 正好被分配到一个槽位。一个 slot 是一个 12 秒的时间窗口，期间验证者可以参与权益证明协议，对新的信标区块进行提议或投票。

slot 按 epoch 分组，epoch 和 slot 为验证者参与权益证明协议扮演一个时间表的角色：

Epoch 一个包括 32 个 slot 的周期。

Slot 一个验证者委员会在为期 12 秒的时间里完成任务的窗口期。

一个 epoch 代表了权益证明协议的一个完整的回合， slot 为验证者提供了一个参与该回合的机会。在一个 epoch 结束时，所有活跃的验证者都有机会参与。

Slot 委员会 一个验证者在一个 epoch 中正好被分配到一个 slot，所有验证者被平均分配到各个 slot，组成委员会。

一个 slot 里有两种角色：

区块提议者（Block proposer） 一个验证者有机会向委员会成员提议一个区块。

见证者（Attester） 所有剩余的委员会成员会为一个区块投票，他们相信那个区块应该会成为新的区块链头。

每个 epoch 有 32 个区块提议者（每个 slot 一个），所有验证者都有机会参与权益证明协议，向他们认为应该是规范信标链（canonical beacon chain）的链头投出一票。

一个 slot 代表了一个严格的时间窗口，供一个验证者提议一个区块，委员会成员对一个区块进行投票，最后将所有该 slot 的活动广播给下一个 slot 的区块提议者。

Slot 和时间条件 所有 slot 都是按照时间顺序一个接一个地产生的。每一个 slot 都准确地按照 12 秒一个被分配出来，并被分成三个阶段：

提议区块 指定一个验证者提议一个区块，并在前 4 秒内将其广播给所有委员会成员。