以太坊2.0超级全节点、顶级节点、单分片节点分析与讨论

译者注：在比特币、以太坊1.0、eos等区块链系统中，有两类节点概念：轻节点（又称spv节点）和负责验证所有交易数据的全节点（或超级节点）。 Nodes），而在以太坊接下来的2.0系统规划中，节点的划分会变得更加复杂，因为分片（Sharding）技术的引入。 根据以太坊官方内容，系统的节点将分为4类节点，即（1）超级全节点（Super-full node），（2）顶级节点（Top-level node） ，（3）单分片节点（Single-shard node），以及（4）轻节点。 那么这些节点到底是怎么回事以太坊节点分红多少，本文旨在解释这些节点，同时通过以太坊研究社区（ethresear.ch）成员对这个话题的深入讨论，让读者更好地理解这些概念).

（图片来自：被黑）

来自sharding FAQ（译者注：关于分片技术的讨论仍在进行中，所以FAQ会不断更新，以下内容为最新版本）：“注意，现在，这样的系统中可以有多个‘层级’”节点：超级全节点：完整下载每个分片的所有整理规则（collat​​ion），以及主链数据，旨在全面验证一切；顶级节点：处理所有主链区块，让“轻客户端”可以访问所有分片；单分片节点：充当顶级节点，但它也完全下载和验证它更关心的一些特定分片的每个排序规则；轻节点：只下载和验证其块头数据主链区块，除非在某些特定的分片状态下需要读取某些特定条目，否则此类节点不会处理任何校对规则区块头或交易。在这种情况下，它将 Merkle 分支下载到最近的分片证明块标题，和从那里下载状态预期值的 Merkle 证明。”

以太坊研究社区成员 Mihailo Bjelic 对此表示怀疑。 他在《以太坊 2.0 节点类型》一文中提到：我对以太坊 2.0 中的这些节点类型有几个疑问：

1、为什么这些超级全节点要验证所有的交易（主链交易+所有分片交易），会需要很多资源，这个我不明白。 存储所有数据确实有意义（它确保所有数据的数据可用性），但它也需要大量的磁盘空间和带宽资源，对吧？

2、不知道这些顶级节点是干什么的，为什么会在那里？ 3. 单分片节点将定期重新洗牌。 如何将数据“移交”到下一个选举节点？ 4. 那么，轻客户端只需要下载主链区块头（主链=信标链，对吧？）？

这一切都可能过时吗（比如当 Casper 和分片结合时？）

谢谢！ meyer9 回复: 1.超级全节点不是必须运行的节点。 它们只是可能运行的节点。 在超级全节点的情况下，一些权益池可能希望这样做，这样对于每个验证者，它们就不必在每个周期都重新同步到不同的分片； 2. 顶级节点只验证信标链，因此它们只能访问分片的区块头信息，而不会实际验证分片交易，或处理分片区块； 3. 单个分片节点生成排序规则（collat​​ion）并添加到分片中 4. 是； jannikluhn：“MihailoBjelic：单分片节点定期重新洗牌。” 不一定，只有验证器被洗牌，“正常”的单分片节点（例如，来自与该分片上的合约交互的用户）可以永久保留在分片链上。 MihailoBjelic：感谢@meyer9 和@jannikluhn 的回答。 “meyer9：超级全节点不一定是必须运行的节点。它们只是可能的节点。在拥有超级全节点的情况下，一些权益池可能希望这样做，以便对于每个验证者，他们没有每个周期都必须重新同步到不同的分片；“如果我们没有这些超级全节点，我们如何保证整个系统的数据可用性（例如，如果单个分片被破坏或受到攻击，我们不再有它的数据？）“meyer9：顶级节点只验证信标链，因此，它们只能访问分片的块头，而不会实际验证分片交易或处理分片块；” 节点只做这个是什么原因？ 我想每个单独的验证器都需要这样做（验证信标链，并跟踪所有分片的块头），无论如何，我认为这是一些默认的基本功能？ “meyer9：单个分片节点生成排序规则并将它们添加到分片链中，这就像询问比特币矿工如何将数据移交给下一个比特币矿工；” 我认为这种比较是没有意义的。

如果我是对的，“单分片节点”就是@JustinDrake 在他的演讲中提到的运营商，很明显他们会重新洗牌，例如每周一次（而比特币矿工/节点不会被洗牌）。 也就是说，很明显，当一个新的验证者组被选出时，旧的运营商（单分片节点）应该将（整个分片链的）所有分片数据“移交”给新的运营商或者（他们没有这个数据，但只有分片的块头信息）。 现在，当我再次思考这个问题时，我发现这个问题比我原来想象的要复杂，我可能会就这个问题开一个新的话题。 “jannikluhn：不一定，只有验证者被洗牌，“正常”的单分片节点（例如来自与该分片上的合约交互的用户）可以永远留在一个分片上链上。” 你能分享一下你从哪里得到这些信息的吗？只有验证者会被重新洗牌吗？这将彻底改变系统的范式并引入全新的挑战和问题（如果这一点得到证实，我会详细介绍）。当然，我们可以具有由用户运行的永久单分片节点，但这些与分析无关（不强制/保证 + 不抵押 -> 不能依赖。）

此后，本分片FAQ的原作者之一，以太坊创始人Vitalik Buterin加入了这个话题的讨论。

（图片来自：肮脏的财富）

vbuterin：“MihailoBjelic：如果我们没有这些超级全节点，我们如何保证整个系统的数据可用性（例如，如果单个分片损坏或受到攻击，我们不再拥有它的数据？）”由于 shuffle ，如果我们添加欺诈证明和数据可用性证明（译者注），我们有一个强大的概率保证单个分片不会受到攻击或破坏，并且基本上没有攻击者拥有整个验证器集接近 50% 的份额，参考《学术丨区块链可扩展性的关键：欺诈证明和数据可用性》），整个网络将能够拒绝坏块，而无需检查所有数据； “MihailoBjelic：你能分享一下你是从哪里得到这些信息的吗？只有验证者会被重新洗牌？” 这些信息来自我^_^

任何不是验证者的节点，都只是一个为了自己的利益而运行的节点，所以该节点当然可以听和下载，也可以不下载，验证或不验证它想要的。 因此，该协议没有能力强制其他节点转到任何特定的分片，也没有理由这样做。 MihailoBjelic：“vbuterin：这个信息来自我^_^”哈哈，那我觉得这个信息还是挺靠谱的！ ^_^ : 这是否意味着碎片化 FAQ 和 Justin 的报告（或至少报告的一部分）有冲突？ （译者注：带着求知欲，很好）》vbuterin：任何不是验证者的节点，都只是为了自己的利益而运行的节点，所以节点当然可以监听下载，也可以不下载，验证与否验证它想要什么。因此以太坊节点分红多少，该协议没有能力强迫其他节点去任何特定的分片，也没有理由这样做。 我认为提及这些用户运行的节点只会造成混淆，而且它们无关紧要 是的，那是因为它们（正如你和我所说）根本不提供任何保证，它们只是不受限制，并且可能（或可能不） ) 验证并保存分片的数据（或其任何部分）。 验证者任何时候都不能依赖这些节点，他们需要的是一个绑定节点，并且必须验证每个分片的排序规则，并保留所有分片的数据（整个最新的分片芯片链）。

每个分片将有多少个节点？ 如果它只是一个节点，那么就会有几个问题，如果有多个问题，就会有其他问题（同样，如果我对此有答案，我会深入探讨更多细节）。 如果这些事情不完全清楚，当然可以理解。 drcode1：要记住的一个细节是，用于分片的“轻客户端”也可能负责将数据上传到全节点，这通常不是轻客户端的责任。 引用 Vitalik 等人最近写的轻客户端规范，我假设它会使用与以太坊 2.0 中相同的数据可用性机制：“轻客户端收到的每一份论文中一个重要概念的证明）和有效的 Merkle 证明, 将与所有全节点通信，表明该轻客户端已连接到全节点（如果这些全节点没有它们）。” “MihailoBjelic：我认为，提及这些用户运行的节点，只会引起混乱。” 我不是博弈论领域的专家，我只是想指出 100% 的 BitTorrent 节点是未绑定的（unbonded），它们没有义务提供数据或验证：软件的默认行为（加上一些利他主义）可以导致对分布式软件系统产生有意义影响的强大机制。 MihailoBjelic：谢谢@drcode1！ “drcode1：我只想指出 100% 的 BitTorrent 节点是未绑定的（unbonded），它们没有义务提供数据或验证”是的，BitTorrent 是一个不可靠的分布式网络（每个人都遇到过不可用的 torrent 链接）。 IPFS 也是一样，这就是他们构建 Filecoin 的原因（如果你想提供数据可用的保证，你需要绑定人来持有它，即使那样，问题也不是微不足道的。）这就是为什么我认为，我们根本不应该依赖这些用户/利他主义者运行节点。 也就是说，在讨论系统的安全性和保障性时，甚至不应该考虑它们。

也就是说，我仍然很想知道：

a) 我们将有受限的单分片节点（这些节点必须下载并保存单个分片的所有数据）？

b) 这些节点绝对没有洗牌吗？ c) 他们和提议者是同一个实体吗（负责提议区块/排序并为他们投票）？ d) 每个分片将有多少个这样的节点？ 我刚刚在以太坊网络上看了 Peter Szilagyi 和 Felix Lange 的精彩演讲，在这里你可以看到计划是让收集者不断切换分片（虽然，目前还不清楚收集者是什么，是不是和提议者一样/单分片节点:-))

丹尼尔：很好的问题！ 这个话题我思考了很久，现在我想发表一些纯属个人的看法：

一）是的！ 我看不到另一种保证长期数据可用性的方法； b) 这取决于。 到目前为止，我认为它们在实践中不需要重新洗牌，但我认为可能有必要确保可证明的活性。 否则，行贿的攻击者可能会因为不提出任何排序规则而导致分片完全停滞； C）是的！ 在我看来，将长期状态存储 + 交易执行 + 整理规则提案的责任结合到同一个角色中，可以实现最高的协同作用（以及效率）。 D）这是一个有趣且开放的问题。 如果我们没有“分配”或“洗牌”执行程序，那么无论如何我们都无法控制它，这取决于经济激励以实现所有分片的公平分配。 如果我们分配它们，我还没有想出什么是合理的数字。

译者后记：关于本文讨论的话题，译者将持续关注研究者的讨论，并在评论栏中呈现这些最新的讨论。 另外，关于sharding这个话题，译者将通过研究者的讨论，将其分解，一一讨论。