Nagrody i kary w mechanizmie proof-of-stake

Ethereum jest zabezpieczone za pomocą swojej natywnej kryptowaluty, etheru (ETH). Operatorzy węzłów, którzy chcą uczestniczyć w walidacji bloków i identyfikacji głowy łańcucha, wpłacają ether do kontraktu depozytowego w Ethereum. Otrzymują oni następnie wynagrodzenie w etherze za uruchamianie oprogramowania walidatora, które sprawdza ważność nowych bloków otrzymywanych przez sieć peer-to-peer i stosuje algorytm wyboru forka w celu zidentyfikowania głowy łańcucha.

Walidator ma dwie podstawowe role: 1) sprawdzanie nowych bloków i „atestowanie” ich, jeśli są prawidłowe, 2) proponowanie nowych bloków po losowym wybraniu z całej puli walidatorów. Jeśli walidator nie wykona żadnego z tych zadań na żądanie, traci wypłatę w etherze. Walidatorzy są również czasami odpowiedzialni za agregację podpisów i uczestnictwo w komitetach synchronizacyjnych.

Istnieją również pewne działania, które bardzo trudno jest wykonać przypadkowo i które wskazują na złośliwe zamiary, takie jak proponowanie wielu bloków dla tego samego slotu lub atestowanie wielu bloków dla tego samego slotu. Są to zachowania podlegające „slashingowi”, które skutkują spaleniem pewnej ilości etheru walidatora (do 1 ETH), zanim walidator zostanie usunięty z sieci, co trwa 36 dni. Ether walidatora poddanego slashingowi powoli wyczerpuje się w okresie wyjścia, ale 18. dnia otrzymuje on „karę korelacyjną”, która jest tym większa, im więcej walidatorów zostanie poddanych slashingowi w tym samym czasie. Struktura motywacyjna mechanizmu konsensusu wynagradza zatem uczciwość i karze złych aktorów.

Wszystkie nagrody i kary są stosowane raz na epokę.

Czytaj dalej, aby poznać więcej szczegółów...

Nagrody i kary

Nagrody

Walidatorzy otrzymują nagrody, gdy oddają głosy zgodne z większością innych walidatorów, gdy proponują bloki i gdy uczestniczą w komitetach synchronizacyjnych. Wartość nagród w każdej epoce jest obliczana na podstawie base_reward. Jest to podstawowa jednostka, na podstawie której obliczane są inne nagrody. base_reward reprezentuje średnią nagrodę otrzymywaną przez walidatora w optymalnych warunkach w każdej epoce. Jest ona obliczana na podstawie efektywnego salda walidatora i całkowitej liczby aktywnych walidatorów w następujący sposób:

1base_reward = effective_balance * (base_reward_factor / (base_rewards_per_epoch * sqrt(sum(active_balance))))

gdzie base_reward_factor to 64, base_rewards_per_epoch to 4, a sum(active balance) to całkowita ilość stakowanego etheru u wszystkich aktywnych walidatorów.

Oznacza to, że podstawowa nagroda jest proporcjonalna do efektywnego salda walidatora i odwrotnie proporcjonalna do liczby walidatorów w sieci. Im więcej walidatorów, tym większa ogólna emisja (jako sqrt(N)), ale mniejsza base_reward na walidatora (jako 1/sqrt(N)). Czynniki te wpływają na APR węzła stakingowego. Przeczytaj uzasadnienie w notatkach Vitalika (opens in a new tab).

Całkowita nagroda jest następnie obliczana jako suma pięciu składników, z których każdy ma wagę określającą, ile każdy składnik dodaje do całkowitej nagrody. Składniki to:

11. głosowanie za źródłem: walidator oddał terminowy głos za prawidłowym źródłowym punktem kontrolnym
22. głosowanie za celem: walidator oddał terminowy głos za prawidłowym docelowym punktem kontrolnym
33. głosowanie za głową: walidator oddał terminowy głos za prawidłowym blokiem głowy
44. nagroda komitetu synchronizacyjnego: walidator uczestniczył w komitecie synchronizacyjnym
55. nagroda proponenta: walidator zaproponował blok w prawidłowym slocie

Wagi dla każdego składnika są następujące:

1TIMELY_SOURCE_WEIGHT	uint64(14)
2TIMELY_TARGET_WEIGHT	uint64(26)
3TIMELY_HEAD_WEIGHT	uint64(14)
4SYNC_REWARD_WEIGHT	uint64(2)
5PROPOSER_WEIGHT	uint64(8)

Suma tych wag wynosi 64. Nagroda jest obliczana jako suma odpowiednich wag podzielona przez 64. Walidator, który terminowo oddał głosy na źródło, cel i głowę, zaproponował blok i uczestniczył w komitecie synchronizacyjnym, może otrzymać 64/64 * base_reward == base_reward. Jednak walidator zwykle nie jest proponentem bloku, więc jego maksymalna nagroda wynosi 64-8 /64 * base_reward == 7/8 * base_reward. Walidatorzy, którzy nie są ani proponentami bloków, ani nie należą do komitetu synchronizacyjnego, mogą otrzymać 64-8-2 / 64 * base_reward == 6.75/8 * base_reward.

Dodatkowa nagroda jest dodawana w celu motywowania do szybkich atestacji. Jest to inclusion_delay_reward. Ma ona wartość równą base_reward pomnożonej przez 1/delay, gdzie delay to liczba slotów oddzielających propozycję bloku od atestacji. Na przykład, jeśli atestacja zostanie przesłana w ciągu jednego slotu od propozycji bloku, atestujący otrzymuje base_reward * 1/1 == base_reward. Jeśli atestacja dotrze w następnym slocie, atestujący otrzyma base_reward * 1/2 i tak dalej.

Proponenci bloków otrzymują 8 / 64 * base_reward za każdą ważną atestację zawartą w bloku, więc rzeczywista wartość nagrody skaluje się wraz z liczbą atestujących walidatorów. Proponenci bloków mogą również zwiększyć swoją nagrodę, włączając do proponowanego bloku dowody niewłaściwego zachowania innych walidatorów. Te nagrody to „marchewki”, które zachęcają walidatorów do uczciwości. Proponent bloku, który uwzględni slashing, zostanie nagrodzony slashed_validators_effective_balance / 512.

Kary

Do tej pory rozważaliśmy idealnie zachowujących się walidatorów, ale co z walidatorami, którzy nie oddają terminowych głosów na głowę, źródło i cel lub robią to powoli?

Kary za pominięcie głosów na cel i źródło są równe nagrodom, które atestujący otrzymałby, gdyby je przesłał. Oznacza to, że zamiast dodania nagrody do ich salda, z ich salda jest usuwana równoważna wartość. Nie ma kary za pominięcie głosu na głowę (tj. głosy na głowę są tylko nagradzane, nigdy karane). Nie ma kary związanej z inclusion_delay – nagroda po prostu nie zostanie dodana do salda walidatora. Nie ma również kary za nieproponowanie bloku.

Przeczytaj więcej o nagrodach i karach w specyfikacjach konsensusu (opens in a new tab). Nagrody i kary zostały dostosowane w aktualizacji Bellatrix – zobacz, jak Danny Ryan i Vitalik omawiają to w filmie Peep an EIP (opens in a new tab).

Slashing

Slashing jest poważniejszym działaniem, które skutkuje przymusowym usunięciem walidatora z sieci i związaną z tym utratą jego stakowanego etheru. Istnieją trzy sposoby, w jakie walidator może zostać poddany slashingowi, a wszystkie sprowadzają się do nieuczciwego proponowania lub atestowania bloków:

Proponując i podpisując dwa różne bloki dla tego samego slotu
Atestując blok, który „otacza” inny (skutecznie zmieniając historię)
Poprzez „podwójne głosowanie”, atestując dwóch kandydatów na ten sam blok

Jeśli te działania zostaną wykryte, walidator podlega slashingowi. Oznacza to, że 0,0078125 jest natychmiast spalane dla walidatora z 32 ETH (skalowane liniowo z aktywnym saldem), a następnie rozpoczyna się 36-dniowy okres usuwania. W tym okresie usuwania stawka walidatora stopniowo maleje. W połowie okresu (18. dnia) nakładana jest dodatkowa kara, której wielkość skaluje się wraz z całkowitą stawką etheru wszystkich walidatorów poddanych slashingowi w ciągu 36 dni poprzedzających zdarzenie slashingu. Oznacza to, że im więcej walidatorów jest poddawanych slashingowi, tym większa jest jego skala. Maksymalny slashing to pełne efektywne saldo wszystkich walidatorów poddanych slashingowi (tzn. jeśli wielu walidatorów jest poddawanych slashingowi, mogą stracić całą swoją stawkę). Z drugiej strony, pojedyncze, odizolowane zdarzenie slashingu spala tylko niewielką część stawki walidatora. Ta kara w połowie okresu, która skaluje się wraz z liczbą walidatorów poddanych slashingowi, nazywana jest „karą korelacyjną”.

Wyciek z powodu nieaktywności

Jeśli warstwa konsensusu nie sfinalizowała się przez ponad cztery epoki, aktywowany jest protokół awaryjny zwany „wyciekiem z powodu nieaktywności”. Ostatecznym celem wycieku z powodu nieaktywności jest stworzenie warunków niezbędnych do odzyskania finalności łańcucha. Jak wyjaśniono powyżej, finalność wymaga zgody 2/3 większości całkowitej stakowanej puli etheru na źródłowe i docelowe punkty kontrolne. Jeśli walidatorzy reprezentujący ponad 1/3 wszystkich walidatorów przejdą w tryb offline lub nie prześlą poprawnych atestacji, superwiększość 2/3 nie będzie w stanie sfinalizować punktów kontrolnych. Wyciek z powodu nieaktywności pozwala na stopniowe zmniejszanie stawki należącej do nieaktywnych walidatorów, aż będą kontrolować mniej niż 1/3 całkowitej stawki, co pozwoli pozostałym aktywnym walidatorom na sfinalizowanie łańcucha. Niezależnie od tego, jak duża jest pula nieaktywnych walidatorów, pozostali aktywni walidatorzy w końcu będą kontrolować >2/3 stawki. Utrata stawki jest silnym bodźcem dla nieaktywnych walidatorów do jak najszybszej reaktywacji! Scenariusz wycieku z powodu nieaktywności miał miejsce w sieci testowej Medalla, gdy <66% aktywnych walidatorów nie było w stanie osiągnąć konsensusu co do aktualnej głowy blockchainu. Wyciek z powodu nieaktywności został aktywowany i ostatecznie odzyskano finalność!

Projekt nagród, kar i slashingu w mechanizmie konsensusu zachęca poszczególnych walidatorów do prawidłowego zachowania. Jednak z tych wyborów projektowych wyłania się system, który silnie motywuje do równej dystrybucji walidatorów między wieloma klientami i powinien silnie zniechęcać do dominacji jednego klienta.

Dalsza lektura

Źródła

https://benjaminion.xyz/eth2-annotated-spec/phase0/beacon-chain/ (opens in a new tab)