Beacon Chain

Что такое Beacon Chain?

Beacon Chain — это исходный блокчейн на основе Proof of Stake, который внедрил стейкинг и логику уровня консенсуса в Ethereum.

В криптоиндустрии термин Beacon Chain обычно обозначает уровень консенсуса Ethereum, который координирует работу валидаторов, аттестации, предложения блоков, вознаграждения, штрафы, выбор форка и финализацию.

В официальной документации Ethereum о Beacon Chain указано, что Beacon Chain была запущена 1 декабря 2020 года и закрепила Proof of Stake в качестве механизма консенсуса Ethereum после The Merge 15 сентября 2022 года.

До The Merge Beacon Chain работала отдельно от Ethereum Mainnet.

В этот период она не обрабатывала обычные транзакции пользователей Ethereum и операции со смарт-контрактами.

Вместо этого она тестировала и координировала систему валидаторов Proof of Stake, пока Ethereum Mainnet продолжала использовать Proof of Work.

После The Merge Beacon Chain перестала быть отдельной параллельной сетью и стала уровнем консенсуса Ethereum.

В официальной документации Ethereum о The Merge объясняется, что исходный уровень исполнения Ethereum объединился с Beacon Chain и теперь они существуют как единая сеть Ethereum на Proof of Stake.

Сегодня под Beacon Chain обычно понимают часть Ethereum, отвечающую за консенсус и безопасность Proof of Stake.

Это делает Beacon Chain одним из важнейших обновлений в истории Ethereum.

Почему Beacon Chain важна

Beacon Chain важна, поскольку изменила способ обеспечения безопасности Ethereum.

До The Merge Ethereum использовал майнинг Proof of Work.

После The Merge Ethereum перешел на Proof of Stake: валидаторы обеспечивают безопасность сети, размещая ETH в стейкинге и запуская программное обеспечение валидатора.

Beacon Chain сделала этот переход возможным: она внедрила координацию валидаторов до того, как Ethereum Mainnet полностью отказалась от майнинга.

В документации о The Merge говорится, что это обновление сократило энергопотребление Ethereum примерно на 99.95%.

Это изменение было важным, поскольку майнинг с высоким энергопотреблением перестал участвовать в создании блоков Ethereum.

Beacon Chain также сделала процесс консенсуса Ethereum более четким и организованным.

Она отслеживает валидаторов, их балансы, аттестации, штрафы, выходы из сети, выводы средств и контрольные точки финализации.

Реестр валидаторов важен, поскольку Ethereum теперь знает, кто в каждый момент имеет право предлагать блоки и подтверждать их аттестациями.

Это отличается от Proof of Work, где майнеры могли появляться и исчезать, не входя в реестр валидаторов.

При обычном использовании кошелька Beacon Chain почти незаметна для пользователей.

Но для безопасности Ethereum она имеет ключевое значение.

Beacon Chain до The Merge

До The Merge Beacon Chain была отдельным блокчейном на Proof of Stake, который работал параллельно с Ethereum Mainnet.

Ее создали, чтобы протестировать консенсус Ethereum на Proof of Stake до того, как он начал обеспечивать безопасность реальных транзакций Ethereum.

В Beacon Chain были валидаторы, слоты, эпохи, аттестации, вознаграждения, штрафы и логика консенсуса.

Однако на раннем этапе она не исполняла смарт-контракты Ethereum и не обрабатывала обычные транзакции Mainnet.

На странице Ethereum о Beacon Chain она описывается как сеть пустых блоков до начала приема данных о транзакциях от клиентов уровня исполнения.

Такое разделение позволяло разработчикам и участникам стейкинга тестировать Proof of Stake в реальных условиях, не заменяя сразу существующую сеть Proof of Work.

Валидаторы могли вносить ETH, активировать программное обеспечение валидатора и участвовать в консенсусе Beacon Chain.

Тем временем пользователи продолжали работать с Ethereum Mainnet как раньше.

Поэтапный переход снизил риски, поскольку Ethereum не менял всю систему консенсуса за один шаг.

Таким образом, Beacon Chain была одновременно действующей сетью и уровнем подготовки к The Merge.

Beacon Chain после The Merge

После The Merge Beacon Chain стала уровнем консенсуса Ethereum.

Исходный Ethereum Mainnet стал уровнем исполнения.

Уровень консенсуса определяет, какие блоки соответствуют требованиям консенсуса Proof of Stake.

Уровень исполнения обрабатывает транзакции, смарт-контракты, балансы аккаунтов, работу Ethereum Virtual Machine и изменения состояния сети.

На странице Beacon Chain поясняется, что после The Merge двух отдельных блокчейнов Ethereum больше не существовало.

Вместо них появилась единая сеть Ethereum на Proof of Stake с двумя основными программными уровнями.

Это означает, что The Merge не создал отдельные «новые ETH» или «старые ETH».

В документации о The Merge пользователям напоминают, что ETH остался ETH, а заявления о необходимости обновить средства после The Merge — признак мошенничества.

Теперь Beacon Chain обрабатывает распространение сведений о блоках, логику консенсуса, выбор форка, обязанности валидаторов, вознаграждения и штрафы.

Уровень исполнения отвечает за выполнение транзакций и состояние Ethereum.

Вместе эти уровни обеспечивают работу современного Ethereum.

Уровень консенсуса

Уровень консенсуса — это часть Ethereum, которая координирует достижение согласия на основе Proof of Stake.

Именно такова современная роль Beacon Chain.

Уровень консенсуса помогает узлам Ethereum поддерживать согласованное представление о вершине блокчейна.

Он отслеживает валидаторов и их эффективные балансы.

Он распределяет обязанности валидаторов по слотам и эпохам.

Он обрабатывает аттестации — голосования за блоки и контрольные точки.

В зависимости от поведения валидаторов он начисляет вознаграждения и применяет штрафы.

Уровень консенсуса также обеспечивает финализацию в рамках механизма Proof of Stake Ethereum.

В официальной документации Ethereum по архитектуре узлов объясняется, что клиент консенсуса обрабатывает логику, которая поддерживает синхронизацию узла с сетью Ethereum на Proof of Stake.

Такой клиент консенсуса часто называют Beacon Node.

Beacon Node может отслеживать блокчейн и без валидатора, а клиент валидатора добавляет функции стейкинга.

Уровень исполнения

Уровень исполнения — это часть Ethereum, которая обрабатывает транзакции и поддерживает состояние сети.

Он включает балансы аккаунтов, код смарт-контрактов, операции с токенами, логику приложений и исполнение Ethereum Virtual Machine.

До The Merge эта логика исполнения была объединена с консенсусом Proof of Work в клиентах исполнения Ethereum.

После The Merge клиенты исполнения должны взаимодействовать с клиентами консенсуса.

В документации по архитектуре узлов говорится, что узел Ethereum состоит из клиента исполнения и клиента консенсуса.

Клиент исполнения проверяет и выполняет транзакции, а клиент консенсуса отвечает за рост цепочки на Proof of Stake и выбор форка.

Когда валидатор выбирается для создания блока, клиент консенсуса запрашивает данные исполнения у клиента исполнения.

Клиент исполнения формирует или проверяет пакет данных транзакций.

Клиент консенсуса добавляет к этому пакету данные консенсуса и передает блок в сеть Ethereum.

Разделение этих функций стало одним из важнейших архитектурных изменений после The Merge.

Engine API

Engine API — это интерфейс обмена данными между клиентом консенсуса и клиентом исполнения Ethereum.

После The Merge узел не может корректно работать, если запущена только одна часть программного стека.

Клиент консенсуса и клиент исполнения должны обмениваться данными о блоках, пакетами данных исполнения, результатами проверки и информацией о вершине цепочки.

На странице Beacon Chain сказано, что уровень консенсуса и уровень исполнения взаимодействуют через Engine API.

Этот интерфейс позволяет клиенту консенсуса запросить данные исполнения, когда наступает время предложить блок.

Он также позволяет клиенту исполнения проверить, соответствует ли предложенный пакет данных правилам исполнения Ethereum.

Для операторов узлов Engine API важен тем, что оба клиента должны быть правильно подключены и аутентифицированы.

В документации о The Merge говорится, что после этого обновления операторы узлов должны запускать и клиент консенсуса, и клиент исполнения.

Если клиенты подключены неправильно, узел может некорректно отслеживать Ethereum.

Поэтому работа валидатора требует как знаний о блокчейне, так и дисциплины системного администрирования.

Валидаторы

Валидаторы — это участники, обеспечивающие безопасность Ethereum после The Merge.

В официальной документации Ethereum о Proof of Stake объясняется, что валидаторы размещают ETH в стейкинге, проверяют новые блоки и иногда создают их.

Чтобы стать валидатором, пользователь традиционно вносит 32 ETH в депозитный смарт-контракт Ethereum и запускает программное обеспечение валидатора.

После активации Beacon Chain назначает валидатору задачи.

В их число могут входить предложение блоков, подтверждение блоков аттестациями, участие в синхронизирующих комитетах и помощь в финализации контрольных точек.

Валидатор — это не то же самое, что полноценный узел.

Полный узел отслеживает и проверяет Ethereum, а валидатор активно участвует в консенсусе Proof of Stake.

В документации по архитектуре узлов сказано, что для предложения новых блоков наряду с клиентом исполнения и клиентом консенсуса необходимо запустить клиент валидатора.

За корректное участие валидаторы могут получать вознаграждение в ETH.

За невыполнение обязанностей или нечестное поведение они могут терять ETH в результате штрафов или слешинга.

Стейкинг

Стейкинг — это блокировка ETH для активации обязанностей валидатора в системе Ethereum на Proof of Stake.

Стейкинг заменил майнинг в качестве модели обеспечения безопасности при создании блоков Ethereum.

Beacon Chain внедрила стейкинг в Ethereum еще до того, как он начал обеспечивать безопасность данных уровня исполнения Mainnet.

На практике стейкинг требует капитала и запуска программного обеспечения.

Застейканный ETH валидатора служит обеспечением.

При корректном поведении валидатор может получать вознаграждения.

При некорректном поведении к нему могут применяться штрафы.

Если валидатор совершит нарушение, за которое предусмотрен слешинг, часть его стейка может быть уничтожена.

Это создает криптоэкономическую защиту, поскольку атаки становятся дорогостоящими.

Таким образом, стейкинг — это не просто способ получать доходность.

Это механизм обеспечения безопасности, который заменил майнинг Proof of Work в Ethereum.

Слоты и эпохи

Beacon Chain делит время на слоты и эпохи.

В документации Proof of Stake говорится, что время в Ethereum разделено на слоты по 12 секунд и эпохи, состоящие из 32 слотов.

Слот — это короткий временной интервал, в течение которого один валидатор случайным образом выбирается для предложения блока.

Если выбранный валидатор подключен к сети и работает корректно, он может предложить блок в этом слоте.

Если он не в сети или не справляется со своей задачей, слот может быть пропущен.

Эпоха состоит из 32 слотов.

Эпохи важны, поскольку вокруг них организованы распределение обязанностей валидаторов, аттестации, обоснование, финализация, вознаграждения и штрафы.

Фиксированное расписание заменило переменную длительность блоков при майнинге Proof of Work.

Слоты и эпохи задают ритм работы уровня консенсуса Ethereum на Proof of Stake.

Для пользователей это расписание помогает понять, почему блоки Ethereum появляются регулярно и почему финализация занимает больше времени, чем создание одного блока.

Предложение блоков

Предложение блока происходит, когда выбранный валидатор создает новый блок Ethereum и передает его в сеть.

В документации о механизмах консенсуса объясняется, что в каждом слоте один валидатор случайным образом выбирается для предложения блока.

Клиент консенсуса выбранного валидатора запрашивает пакет транзакций у связанного с ним клиента исполнения.

Этот пакет транзакций становится данными исполнения.

Валидатор добавляет к данным исполнения сведения о консенсусе.

Затем блок отправляется другим узлам Ethereum.

Остальные валидаторы проверяют блок и отправляют аттестации, если согласны с ним.

За корректное выполнение этой обязанности валидаторы получают вознаграждение за предложение блока.

Пропущенные предложения могут уменьшить вознаграждение валидатора.

За вредоносные предложения может применяться слешинг, если они нарушают правила консенсуса.

Предложения блоков — это моменты, когда новые блоки Ethereum добавляются в цепочку.

Аттестации

Аттестации — это голоса валидаторов в рамках консенсуса Ethereum на Proof of Stake.

Валидатор отправляет аттестацию, когда проверяет блок и голосует за то, что считает правильной вершиной цепочки и состоянием контрольной точки.

В документации Proof of Stake говорится, что валидаторы отправляют голоса, называемые аттестациями, в поддержку корректных блоков.

Аттестации помогают Ethereum определить, какая цепочка имеет наибольший вес.

Они также помогают Ethereum обосновывать и финализировать контрольные точки.

Большинство обязанностей валидатора связано с аттестациями, а не с предложением блоков.

Это объясняется тем, что в каждом слоте блок предлагает лишь один валидатор, тогда как в течение эпох аттестации отправляют многие валидаторы.

Чтобы получить полное вознаграждение, аттестации должны быть своевременными и корректными.

За запоздалые, пропущенные или ошибочные аттестации вознаграждение может быть уменьшено.

Противоречащие друг другу аттестации могут повлечь слешинг, если нарушают правила протокола.

Beacon Chain активно обрабатывает аттестации, поскольку они являются системой голосования Ethereum на Proof of Stake.

Выбор форка

Выбор форка — это правило, по которому узлы Ethereum определяют, какую вершину цепочки отслеживать, если существует несколько возможных блоков.

В системах Proof of Work выбор цепочки часто зависит от совокупного объема выполненной работы.

В Ethereum на Proof of Stake выбор цепочки зависит от голосов валидаторов, взвешенных по объему застейканного ETH.

В документации о механизмах консенсуса говорится, что Ethereum использует алгоритм выбора форка, который учитывает вес аттестаций валидаторов.

Механизм консенсуса Ethereum на Proof of Stake обычно называют Gasper.

Gasper объединяет алгоритм выбора форка LMD-GHOST и механизм финализации Casper FFG.

Правило выбора форка важно, поскольку узлы могут временно получать сведения о блоках в разном порядке.

Оно также имеет значение, если предлагающий блок валидатор пропустил слот или задержка сети привела к расхождению представлений.

Выбор форка позволяет узлам согласовать единую каноническую вершину цепочки.

Без надежного правила выбора форка валидаторы и пользователи могли бы расходиться во мнениях о текущем состоянии Ethereum.

Финализация

Финализация означает, что блок крайне сложно отменить после того, как сеть его финализировала.