Vitalik：HF1 提案

HF1 为信标链首次硬分叉的暂时代码名称 (点进链接参与协议升级永久命名的讨论)，这次升级的主要目标为：

1. 增加轻客户端支持

2. 修复一些信标链上的漏洞，这些漏洞发现时间比较晚，来不及在创世前修复

3. 在需要进行较大的更新 (分片、合并) 之前，先在相对较小的更新中对硬分叉机制进行测试

HF1 提议的共识改变

同步委员会

我们在信标链上添加了随机取样的 “同步委员会”。这样做的目的是让轻客户端以较低的开销 (每天至少需要约20KB来保持，需要约500个字节来确定单个区块) 来确定信标链头。这将使得轻客户端实际上可用于移动设备、信标链 之类的浏览器内的应用案例 (以及合并后的整个以太坊)，从而为更加去信任的钱包生态打好基础。

在每个时间段（约27小时）内，随机选择 1024 位验证者作为同步委员会的成员。同步委员会中的验证者将发布证明当前链头的签名。这些签名将作为 LightClientUpdate 对象的一部分被广播至区块链，这可以帮助轻客户端找到链头；并且签名会被打包进链，验证者会分得奖励。

主要PR：

https://github.com/ethereum/eth2.0-specs/pull/2130

核算改革 (第一层)

给验证者的奖励不再通过计算得出。此前，我们的方法为存储 PendingAttestation 对象然后在最后对它们进行处理。而现在我们添加了一个位字段以存储每个验证者的状态，从而可以实时收集参与数据。位字段按照“混洗”的方法进行排序，以确保同一个委员会的验证者的记录同时显示。这一改变的目的是简化客户端实现，并使得更新默克尔树的成本更低。

主要PR：

https://github.com/ethereum/eth2.0-specs/pull/2176

核算改革 (第二层)

我们每 64 个 epochs 更新一次验证者集并进行一次惩罚核算，而不再每个 epoch都计算一次。这样做是为了极大地降低处理“空时段过渡 (empty epoch transitions)”的复杂性——比如，在一条参与率非常低的链中，两个相继的区块之间隔了一千个 slot，其间仅有空块。目前为了处理这样的链，客户端们将需要每个epoch重新计算一次验证者的余额以对验证者执行怠工惩罚。而这项提案应用之后，客户端仅需要每隔 64 个 epoch 核算一次。

此外，我们对怠工惩罚 (inactivity leaks) 增加了两项变动：

1. 每个验证者的怠工惩罚力度降低至1/4。 也就是说，如果链上出现怠工惩罚，当一个完全离线的验证者损失其余额的~10%的数额时，在此期间另一个90%都在线的验证者仅损失其余额的~0.1% (而不是~1%)。这样做是为了加大对作恶节点的惩罚力度，对那些仅仅由于网络连接不佳而掉线的验证者则降低惩罚力度。点进链接查看更多的讨论

2. 区块敲定后怠工惩罚会逐渐减少，而不会停止。 即区块被敲定后，离线节点的余额将持续减少，这样确保了参与率显著高于2/3，而不是刚刚超过阈值。点进链接查看更多的讨论 (不过请注意与此处略有不同)。

主要PRs：

https://github.com/ ethereum /eth2.0-specs/pull/2192

https://github.com/ethereum/eth2.0-specs/pull/2194

惩罚常数调整

很庆幸，尽管我们还没有完全解决验证者惩罚的问题，但在某种程度上已经摆脱了困境。我们会改变以下常数：

1. INACTIVITY_PENALTY_QUOTIENT ：

从 2**26 (= 67,108,864) 减少至 3 * 2**24 (= 50,331,648)

2. PROPORTIONAL_SLASHING_MULTIPLIER ：

从 1 提高至 2

3. MIN_SLASHING_PENALTY_QUOTIENT ：

从 2**7 (= 128) 减少至 2**6 (= 64)

HF1 提议的分叉选择变更(大概)与HF1同步部署

通过 (block, slot)对来做分叉选择

目前，如果在最近的 slot 里没有区块发布，那么出于 LMD GHOST 证明的目的，该 slot 里面的证明会被算作支持证明者所支持的最近区块。例如，在下图，空白 (BLANK) 区块的证明也会算入 A 的证明里。

但是，这容易招致 34% 攻击。如果有m名验证者被分配到每个 slot，那么一个恶意攻击者就可以控制每个 slot 的 0.34 * m 。攻击是这样进行的：攻击者不发布 B，且不发布任何他们的证明。所有的诚实证明者对他们在slot n 看到A、在slot n+1 什么都没看到的声明进行投票，在slot n+2 ，诚实提议者会在区块 A 上生成区块 C ，而诚实的验证者们会支持C。此时，恶意提议者发布B并对slot n+1 和 n+2 做证明。这样，底部分叉有 0.68 * m 的验证者支持它，而顶部分叉只有 0.66 * m 的验证者支持，由此底部分叉胜出。

这样的攻击在此论文的 3.1部分有详细描述：

https://econcs.pku.edu.cn/wine2020/wine2020/Workshop/GTiB20_paper_8.pdf

提议的修复方案是改变分叉选择的运作方式——让分叉选择在 (block, slot) 对的树上操作，而不是在区块树上。因此，在slot n+1 的诚实投票会算作在上图对 (BLANK, n+1) 的投票，也就是会被正确算作支持顶部分叉，那么顶部分叉的支持率会变成 1.32 * m ，由此能够打败攻击。

主要PR:

https://github.com/ethereum/eth2.0-specs/pull/2197

分叉选择对称攻击修复

分叉选择还存在“对称攻击”  (balance attack)，攻击是这样形成的：有2%的验证者在一个slot结束之前发布少量证明，让大于49%的网络的人认为区块A胜出，让大于49%的网络的人认为区块B胜出。如果他们对广播计时准确，针对每组人群的信息会及时到达，且在slot的边界时间结束前不够时间重新广播信息到其他组。如果网络环境对攻击者而言是最理想的话，这样的攻击他们可以无限重复。

提议的修复方案是通过赋予下一个slot的提议者暂时但重要的分叉选择权来“打破对称” ，他们能决定所有验证者在分叉的哪一边。

重要的文档：

https://notes.ethereum.org/@vbuterin/lmd_ghost_mitigation

原文链接：

https://notes.ethereum.org/@vbuterin/HF1_proposal#Proposed-consensus-changes-in-HF1

来源 | notes.ethereum.org/@vbuterin

作者 | Vitalik Buterin