ETH2.0 技术调研和测试部署

1. ETH1.0和2.0的对比

1.1 共识机制

eth1.0：工作量证明
eth2.0：股权证明

共识改进

节能，比pow消耗更少能源
低门槛，硬件相对较低
降低中心化，pos更易节点参与
增加攻击成本，违规惩罚

1.2 节点组成

eth1.0：一个执行客户端组成完整以太坊节点
eth2.0：执行客户端 + 共识客户端
- 执行客户端
- 共识客户端

2. ETH 2.0 方案组成

2.1 节点架构

执行层->P2P1
- 维护交易池，交易处理，gossip广播
- 状态管理
- 创建执行负载
- 用户网关->提供对外RPC
共识层->P2P2
- 共享广播块和证明
- 运行分叉选择算法
- 跟踪链的头部
- 管理信标状态（包含共识和执行信息）
- 跟踪 RANDAO 中累积的随机性
- 跟踪justification和finalization
- 验证器
  - 提议区块
  - 创建证明
  - 累积奖励/惩罚

2.2 执行与共识层通信

共识和执行层之间通过“Engine-API”的API发送指令。

共享一个 ENR（以太坊节点记录），其中包含（eth1 密钥和 eth2 密钥）。

层内广播协议：gossip

共识层非区块生产者：

共识层-->接收区块->预先验证块（有效sender）->区块中的交易->执行层->执行交易并验证块头中的状态（哈希匹配）->共识层->添加本地链头部->创建证明->广播证明

共识层为区块生产者时：

共识层->收到通知（下一个区块当选生产者）->调用执行层（create block）->交易内存池->打包区块->执行交易生成区块哈希<-共识层抓取交易和区块哈希->添加到信标块->广播区块

3. 环境测试

3.1 测试方案选配

根据客户端多样性分布
https://clientdiversity.org/

测试方案：Prysm棱镜 + Geth

部署参考文档（prylabs）

3.2 测试环境

系统: Ubuntu 20.04
- CPU：4+ 核 @ 2.8+ GHz
- 内存：16GB+
- 存储：2TB+ SSD
- 网络：8 MBit/秒
测试网络: Goerli-Prater
执行客户端: Geth 1.11.3
EN-BN 连接: HTTP-JWT

eth2.0测试网

Sepolia
- 封闭验证器集
- 验证者集受到限制，主要由客户和测试团队监督
- 较小的区块链状态和历史
- 同步速度快，需要更少的存储承诺
Goerli
- 开放验证者集
- 携带大状态并需要高存储承诺
- 需要更长的时间才能与网络的当前状态同步

如果测试合约选Sepolia，如果想测试参与节点治理选Goerli

3.3 测试环境部署

设置工作目录

export workdir=/mnt/d/eth2.0/ethereum

3.3.1 安装 Prysm

cd $workdir
mkdir consensus
mkdir execution
cd consensus
mkdir prysm && cd prysm
curl https://raw.githubusercontent.com/prysmaticlabs/prysm/master/prysm.sh --output prysm.sh && chmod +x prysm.sh

3.3.2 生成 JWT Secret

./prysm.sh beacon-chain generate-auth-secret

3.3.3 下载和运行执行客户端

下载

cd $workdir/execution
wget https://gethstore.blob.core.windows.net/builds/geth-linux-amd64-1.11.3-5ed08c47.tar.gz
tar -zxvf ./geth-linux-amd64-1.11.3-5ed08c47.tar.gz
mv ./geth-linux-amd64-1.11.3-5ed08c47/geth ./
rm ./geth-linux-amd64-1.11.3-5ed08c47.tar.gz
rm -rf ./geth-linux-amd64-1.11.3-5ed08c47

运行

nohup ./geth --goerli --http --http.api eth,net,engine,admin --authrpc.jwtsecret $workdir/consensus/prysm/jwt.hex 2>> ./geth.log &

3.3.4 Prysm 运行信标节点

cd $workdir/consensus/prysm/

nohup ./prysm.sh beacon-chain --execution-endpoint=http://localhost:8551 --prater --jwt-secret=./jwt.hex --suggested-fee-recipient=0x10210572d6b4924Af7Ef946136295e9b209E1FA0 --accept-terms-of-use --checkpoint-sync-url=https://sync-goerli.beaconcha.in --genesis-beacon-api-url=https://sync-goerli.beaconcha.in 2>> ./prysm.log &

--suggested-fee-recipient 矿工交易费接收地址
设置初始化配置
- 可以使用genesis文件进行初始化
  - 文件获取：wget https://github.com/eth-clients/eth2-networks/raw/master/shared/prater/genesis.ssz
  - 启动参数：--genesis-state=genesis.ssz
- 为了加速启动，可以使用现有的信标链检查点同步端点
  - --checkpoint-sync-url
  - --genesis-beacon-api-url

3.3.5 Prysm 运行验证器

cd $workdir/
git clone -b master --single-branch https://github.com/ethereum/staking-deposit-cli.git
cd staking-deposit-cli/
./deposit.sh new-mnemonic

按照提示，依次输入参数

Please choose your language ['1. العربية', '2. ελληνικά', '3. English', '4. Français', '5. Bahasa melayu', '6. Italiano', '7. 日本語', '8. 한국어', '9. Português do Brasil', '10. român', '11. Türkçe', '12. 简
体中文']:  [English]: 12
请选择您的助记符语言 ['1. 简体中文', '2. 繁體中文', '3. čeština', '4. English', '5. Italiano', '6. 한국어', '7. Português', '8. Español']:  [简体中文]: 4
请选择您想要运行多少验证者: 1
请选择（主网或测试网）网络名/链名 ['mainnet', 'ropsten', 'goerli', 'sepolia', 'zhejiang']:  [mainnet]: goerli
用来保护您密钥库的密码。您在设置您的 Ethereum PoS 验证者时需要重新输入密码以便解密它们。:
重复输入以确认:

最后生成助记词，保存并输入确认

cool disorder brand vast jaguar sponsor bamboo ...

您的密钥可以在这里找到： /mnt/d/eth2.0/ethereum/staking-deposit-cli/validator_keys

执行完将生成

新的助记词
validator_keys文件夹
1. deposit_data-*.json // 上传到以太坊启动板的存款数据
2. keystore-m_*.json // 公钥和加密的私钥

复制validator_keys到consensus文件夹中

cp -r $workdir/staking-deposit-cli/validator_keys $workdir/consensus

导入密钥库

cd $workdir/consensus/prysm
./prysm.sh validator accounts import --keys-dir=$workdir/consensus/validator_keys --prater

出现以下提示代表成功

INFO accounts: Successfully created new wallet wallet-path=/home/surou/.eth2validators/prysm-wallet-v2
Successfully imported 1 accounts, view all of them by running `accounts list`

导入后钱包位置：$HOME/.eth2validators/prysm-wallet-v2

上传存款数据

转到Goerli-Prater Launchpad 的存款数据上传页面，将上面的deposit_data-*.json 上传，会提示您连接钱包。

此时会存入 32 GETH Prater 测试网的存款合约。

避免重复抵押

提交dapp已经做了的判断

查看发起的抵押交易

goerli.etherscan.io

查看链上合约

goerli.etherscan.io

/// @notice Submit a Phase 0 DepositData object.
    /// @param pubkey A BLS12-381 public key.
    /// @param withdrawal_credentials Commitment to a public key for withdrawals.
    /// @param signature A BLS12-381 signature.
    /// @param deposit_data_root The SHA-256 hash of the SSZ-encoded DepositData object.
    /// Used as a protection against malformed input.
    function deposit(
        bytes calldata pubkey,
        bytes calldata withdrawal_credentials,
        bytes calldata signature,
        bytes32 deposit_data_root
    ) override external payable {
        // Extended ABI length checks since dynamic types are used.
        require(pubkey.length == 48, "DepositContract: invalid pubkey length");
        require(withdrawal_credentials.length == 32, "DepositContract: invalid withdrawal_credentials length");
        require(signature.length == 96, "DepositContract: invalid signature length");

        // Check deposit amount
        require(msg.value >= 1 ether, "DepositContract: deposit value too low");
        require(msg.value % GWEI == 0, "DepositContract: deposit value not multiple of gwei");
        uint deposit_amount = msg.value / GWEI;
        require(deposit_amount <= type(uint64).max, "DepositContract: deposit value too high");

        // Emit `DepositEvent` log
        bytes memory amount = to_little_endian_64(uint64(deposit_amount));
        emit DepositEvent(
            pubkey,
            withdrawal_credentials,
            amount,
            signature,
            to_little_endian_64(uint64(deposit_count))
        );

        // Compute deposit data root (`DepositData` hash tree root)
        bytes32 pubkey_root = sha256(abi.encodePacked(pubkey, bytes16(0)));
        bytes32 signature_root = sha256(abi.encodePacked(
            sha256(abi.encodePacked(signature[:64])),
            sha256(abi.encodePacked(signature[64:], bytes32(0)))
        ));
        bytes32 node = sha256(abi.encodePacked(
            sha256(abi.encodePacked(pubkey_root, withdrawal_credentials)),
            sha256(abi.encodePacked(amount, bytes24(0), signature_root))
        ));

        // Verify computed and expected deposit data roots match
        require(node == deposit_data_root, "DepositContract: reconstructed DepositData does not match supplied deposit_data_root");

        // Avoid overflowing the Merkle tree (and prevent edge case in computing `branch`)
        require(deposit_count < MAX_DEPOSIT_COUNT, "DepositContract: merkle tree full");

        // Add deposit data root to Merkle tree (update a single `branch` node)
        deposit_count += 1;
        uint size = deposit_count;
        for (uint height = 0; height < DEPOSIT_CONTRACT_TREE_DEPTH; height++) {
            if ((size & 1) == 1) {
                branch[height] = node;
                return;
            }
            node = sha256(abi.encodePacked(branch[height], node));
            size /= 2;
        }
        // As the loop should always end prematurely with the `return` statement,
        // this code should be unreachable. We assert `false` just to be safe.
        assert(false);
    }

合约内没有限定质押地址，可以代为质押

交易参数如下

0    pubkey    bytes    0xb23fca698e5b57c2dd09f16e10b97d532a18b574a46e6539bd9d83e79c5922230bc8990def676e3e78534a3fd8cbe58d
1    withdrawal_credentials    bytes    0x004734640dd34942fc621f643910f86e52b4e5f03db42d9cf6e14863b1148529
2    signature    bytes    0xb46ac23ab45b798331d706b91a635f59b00019cff96462493fae91877dc18d2c6d30e2684197547cd48c079ad94265ff07f36ab48b61b94ef90e3e7e3eeaf96d52dbb012690113c4fe3bc42274a9eb72d82dbdcbea8aa08e2e00e88978c0de3e
3    deposit_data_root    bytes32    0x0c4b49597ef312f110596b87e333e4c76ef8381216dd52ca63f2c84ea2c152d8

信标链处理您的存款大约需要 16-24 小时。一旦存入金额总计达到 32 ETH，该验证器就有资格被激活。

查看已抵押信息

beaconcha.in

当前测试抵押节点信息

beaconscan.com
质押生效后才能看到信息

运行验证器

nohup ./prysm.sh validator --wallet-dir=$HOME/.eth2validators/prysm-wallet-v2 --wallet-password-file ./password --prater 2>> ./validator.log &

检查节点和验证器状态

节点日志

追块过程中

Geth常规日志

INFO [03-11|16:46:14.726] Syncing: chain download in progress      synced=44.90% ...
INFO [03-11|16:46:15.318] Forkchoice requested sync to new head    number=8,633,606 hash=522f76..69cb70 finalized=8,633,551
INFO [03-11|16:46:15.859] Syncing: state download in progress      synced=10.27% s

prysm常规日志

[2023-03-11 16:47:40]  INFO blockchain: Called new payload with optimistic block payloadBlockHash=0xb7864552d082 slot=5166177

validator日志

[2023-03-11 16:48:55]  INFO validator: Waiting for beacon node to sync to latest chain head

追齐高度后

生效之前

validator日志显示

INFO validator: Waiting for deposit to be observed by beacon node pubKey=0xb23fca698e5b status=UNKNOWN_STATUS

prysm日志显示

 WARN rpc/validator: Not connected to ETH1. Cannot determine validator ETH1 deposit block number

生效之后

// 待补充

怠工惩罚

如果当前节点质押生效后，未能及时提议区块和证明，将被惩罚 -10680 GWei/epoch

4. 附加配置

开放必要端口

执行客户端	默认端口	共识客户端	默认端口
Geth	30303 TCP/UDP	Teku	9000 TCP/UDP
Besu	30303 TCP/UDP	Lighthouse	9000 TCP/UDP
Erigon	30303 TCP/UDP	Nimbus	9000 TCP/UDP
Nethermind	30303 TCP/UDP	Prysm	13000 TCP, 12000 UDP

配置时间同步

timedatectl // 检查是否NTP服务是积极的.
sudo timedatectl set-ntp on // 如果NTP服务不是积极的

5. 在线文档

6. 节点运行架构

公共检查点

https://notes.ethereum.org/@launchpad/checkpoint-sync

节点统计

https://www.ethernodes.org/

节点质押

goerli: https://goerli.launchpad.ethereum.org/zh

mainnet: https://launchpad.ethereum.org/zh

生产服务器配置

最低要求

2 核以上的 CPU
8 GB 内存
700GB 可用磁盘空间
10+ MBit/s 带宽

测试网

Goerli
https://goerli.etherscan.io/
水龙头
https://goerlifaucet.com/
Sepolia
https://sepolia.etherscan.io/
水龙头
https://sepoliafaucet.com/

即插即用解决方案

https://docs.dappnode.io/user/quick-start/first-steps/

https://github.com/NiceNode/nice-node

https://eth-docker.net/

https://docs.sedge.nethermind.io/docs/intro

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ETH2.0 技术调研和测试部署

1. ETH1.0和2.0的对比

1.1 共识机制

共识改进

1.2 节点组成

2. ETH 2.0 方案组成

2.1 节点架构

2.2 执行与共识层通信

共识层非区块生产者：

共识层为区块生产者时：

3. 环境测试

3.1 测试方案选配

3.2 测试环境

eth2.0测试网

3.3 测试环境部署

3.3.1 安装 Prysm

3.3.2 生成 JWT Secret

3.3.3 下载和运行执行客户端

3.3.4 Prysm 运行信标节点

3.3.5 Prysm 运行验证器

导入密钥库

上传存款数据

避免重复抵押

查看发起的抵押交易

查看链上合约

交易参数如下

查看已抵押信息

当前测试抵押节点信息

运行验证器

节点日志

追块过程中

追齐高度后

生效之前

生效之后

怠工惩罚

4. 附加配置

开放必要端口

配置时间同步

5. 在线文档

节点设置

费用收件人

Discord

JWT认证

最新公告

监控

安全最佳实践

Prysm社区

6. 节点运行架构

公共检查点

节点统计

节点质押

生产服务器配置

最低要求

推荐规格

测试网

即插即用解决方案