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Lodestar 是 ChainSafe 的 Eth2 客户端,用 Typescript 构建。Lodestar 提供高度可接见的工具库,使整个 Eth2 生态系统受益。我们的工具库用流通的 TypeScript 编写,这使得它们可以被宽大的开发者所用。另外,Lodestar 的事情重点将是在 Eth2 生态系统里作为可部署的轻客户端。请参阅我们最新的博客文章,这个演媾和这些幻灯片来领会我们。

本文由 Cayman Nava 和 Dapplion 合写,由 Timothy Hao Chi Ho 编辑,图片由 Phil Ngo 提供。

为什么 Eth2 需要轻客户端

以太坊由成千上万的节点组成,这些节点运行着差其余客户端。客户端主要在实现语言和软件规模两方面纷歧样。在 Eth2 上运行一个全节点客户端意味着你必须下载整条 Eth2 区块链的数据。这对许多环境来说是令人望而却步的,且对某些用例来说是没有需要的。例如,一个全节点无法在一个安装了信托最小化钱包的移动装备上运行。另有许多用例只想读取链上某小段数据,例如获取最新的验证者余额,或为一个区块链桥接实例 (例如 ChainBridge) 存储一个计量虚拟机。在这些实例里,一个轻量级客户端就足够了,比一个全节点客户端更合适。

为了检索最新的状态,以太坊全节点必须下载创世 (或其他) 信标状态,并重新到尾下载且按顺序处置每个权威区块。而使用轻客户端的话,所需的带宽和处置负荷可以削减约 99%。

Eth2 协议是若何支持轻客户端的?

最近 Altair 的升级增添了一个要害功效,是专门为支持轻客户端同步而设计的——同步委员会 (sync committee)。同步委员会及其相关的基础设施可以让一个轻客户端以低成本保持与链头保持同步。

广义上讲,一个轻客户端有两个主要组成部门——首先是同步数据,然后是链数据检索。

同步数据如字面意思:它使得客户端同步到区块链的最新部门。为了与链保持同步,一个轻客户端会以更新信息 (update) 的形式下载区块链的部门数据,这包罗一个区块头、一些默克尔证实 (merkle proof),和当前同步委员会的署名。由于证实和署名都是经由验证的,这使得对这些一个接一个的更新信息的信托得以构建。一旦同步了,轻客户端就可以从区块链检索到最新数据。

链数据检索通过普遍使用默克尔证实来实现。当最新区块头获得验证和信托,轻客户端服务器就可以以默克尔证实的形式给轻客户端提供链数据。这些证实可以凭证区块头的状态根天生和验证。

由于同步协议对轻客户端起着云云主要的作用,很值得深入领会它的事情原理:

同步委员会介入者对区块链的当前状态,稀奇是前一个区块做证实 (attest),这些证实会被聚合到一个单一署名,然后被打包到每一个新区块里。

  • 这个特其余同步委员会证实被命名为 “SyncAggregate” (以与信标委员会放到链上的“Attestation" 区分)。

上文回首

  • (相对) 小的验证者子集在每个区块 N 对区块 N-1 做证实

  • (相对) 小的验证者子集仅每约莫 27 小时轮换一次

  • (相对) 小的验证者子集 (当前的和下一个) 的信息会被打包到链上

轻客户端同步协议现在可以制作了。它依赖于同步委员会对链状态的认证。

  • 差异于用整个信标状态 (即创世状态) 来初始化节点,轻客户端下载一个历史区块头和在该区块的当前和下一个同步委员会的数据。

  • 差异于下载和追踪整个验证者集 (20 万验证者,且数字还在上升!),轻客户端可以只下载和追踪当前和下一个同步委员会。

  • 差异于通过下载和按顺序处置每个历史区块来处置区块链,轻客户端可以只下载一个同步委员会的最后一个 SyncAggregate (确保 2/3 的委员会都署名了) 和给下一个同步委员会的默克尔证实。

实质上,轻客户端通过一直追踪每个同步委员会来实现同步,一个接一个委员会地同步,确保每个委员会的交接都有一个获得 2/3 投票的聚合证实,用以验证下一个委员会。

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我们是若何实现的?

在 Scaling Ethereum Hackathon 时代,Lodestar 团队决议要鼎力推动我们在轻客户端上的事情,并在流动竣事前展示一个原型和举行演示。那时的轻客户端原型毗邻到一个后端,该后端使用的是没有验证者共识确立的区块来更新状态。这使得我们可以以低资源消耗对消费者层做测试。

黑客松之后,我们把所有功效迁徙到我们的信标节点,这样轻客户端就使用网络上的真实数据。随着区块链的生长和通过新的 ‘lightclient’  API 命名空间为信标节点提供服务,信标节点现在可以高效地给初始证实提供更新信息了。我们已经可以毗邻到 Altair 开发者测试网 0、1 和 2 ,并乐成处置数据了。

为了这次黑客松的目的和作出简化版的 demo,我们为轻客户端确立了一个 REST API 来获取更新信息和请求证实。在这个历程里有三个终端:

  • 获取历史同步更新信息

  • 获取最新的同步更新信息

  • 获取一个信标状态的多重证实

这些终端实在也展现了底层功效——确立来自信标状态的同步更新工具和多重证实。我们将追求围绕此 REST API 构建共识,使其成为 Eth2 里轻客户端的新尺度。

轻客户端的初始化有两种方式——在轻客户端的首次启动时从一个可信的状态根举行初始化,或在客户端启动后从一个可信的快照举行初始化。轻客户端被初始化后,它会请求从当前同步的位置到被最终确定的状态的更新信息。

轻客户端也有请求证实的功效,通过当前同步的状态根举行验证。

我们的网站展示什么?

我们的网站展示了在浏览器中运行的轻客户端的基本功效。浏览器轻客户端与一个有多个客户端介入的小型 Altair 测试网上的信标节点毗邻。我们展示了网络时钟、同步状态,和一个证实请求/响应交互部门。请看我们的 demo,领会更多信息!

网络始终显示的是测试网当前的 slot/epoch。这部门纯粹是信息,现在并没有展示任何轻客户端的功效。

同步状态部门显示的是轻客户端当前的同步状态。轻客户端是被设置来更新最新的最终确定状态的。在页面加载时,你会发现同步会快速更新到当前的 slot。

证实请求/响应部门允许用户以交互的方式执行证实请求和吸收响应。证实请求作为进入信标状态的“path (路径)”列表。响应则显示为反序列化效果和底层证实。

需要注重的一个特点是,对进入状态多个“path"的每个请求返回的是单个多重证实,而不是每个 path 一个证实。这种效果的批量处置可以节约分外的带宽。

接下来的事情

我们为在 Eth2 轻客户端上取得的所有希望感应喜悦,但我们还只是刚刚起步。我们未来事情之一是把我们在构建原型时学到的器械反馈到 Eth2 规范库。请看我们的第一个 issue。

展望未来,我们将确保与规范的更新保持同步。我们现在处于 1.1.0-beta-2 阶段。这将确保我们的信标节点和轻客户端保持更新,且与生态其他部门保持同步。我们还将继续介入 Altair 开发者测试网/测试网,并关注 Pyrmont 测试网的情形。

Lodestar 团队的另一个目的时确立一个能够与链头同步的、能重组 (reorg) 的轻客户端。这是由于轻客户端现在只能与最新最终确定的检查点 (checkpoint) 同步,比在康健网络的链头慢约莫 6 分钟。为了支持与链头同步,我们需要支持在网络动荡时会自然发生的“重组“。最后,我们设计举行连续的研究,探索使用从共识层扩展到执行层,到合并后的可用用户数据。现在的轻客户端只使用在信标链上的数据。这包罗验证者余额、randao 值和之前的信标区块。但要害是,它并不包罗执行相关的数据 (之前称为 Eth1),例如 ETH 余额或 Dapp 的状态。

合并 (The Merge) 把执行层与共识层 (之前称为 Eth2) 毗邻起来。这组成通过轻客户端使用执行层数据的基础,但另有许多实操问题有待解决。

我们很喜悦能继续在 Lodestar 的 Eth2 轻客户端上事情,并将在未来继续更新我们的事情进度!

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