基于最新的性能指标比较以太坊 2.0 主网上所有可用的客户端。
2020年12月以太坊 2.0 信标链发布之后，现在是时候介绍以及比较现有的协议实现了。本文作为该系列文章的第一部分，将按照字母排序比较 5 个主要客户端的信标链节点性能和资源利用率。
Lighthouse (Rust, Sigma Prime)
Lodestar (TypeScript, ChainSafe Systems)
Nimbus (Nim, Status)
Prysm (Go, Prysmatic Labs)
Teku (Java, ConsenSys Quorum)
以太坊 2.0 主网基础设施由三个主要组件组成：
信标链是 PoS (权益证明) 链。当前的以太坊 1.x 链 (共识为PoW) 与以太坊 2.0 合并之后，信标链将成为保障以太坊安全的主干网。
验证就好比 PoS 共识中的矿工。所有人都可以质押 32 ETH 成为验证者，有权提议新区块、对区块敲定进行投票，然后获得奖励。
罚没者正监视验证者是否作恶，以防攻击事件发生。任何一名验证者违反规则，都会受到惩罚并被移出网络。
需要注意的是，本文主要关注第一点，信标链是以太坊2.0网络的基础。研究人员可以在 Github 上找到所有相关的脚本、数据和绘图，以便进一步分析：
>byz-f / eth2-bench-mainnet
本文将重点列出这些发现
同步指标
第一个也是最令人兴奋的问题：同步以太坊 2.0 信标链节点信息需要多长时间，结果见下图。
在上表中，通过比较客户端同步相同的 slot 需要花多少时间来比较其同步进程。在评选结果之前 (虽然这不是本文的讨论范围)，关于该图表我们需要知道三件事。
伦敦律师事务所联合启动加密欺诈和资产追回网络:英国伦敦一群律师事务所已启动加密欺诈和资产追回网络（CFAAR网络），包括在英国法院系统内处理第一批加密货币相关争议的从业者以及积极参与全球加密欺诈调查、取证、宣传并追踪和追回加密资产的从业者。CFAAR网络创始成员包括Asset Reality、Essex Court Chambers、Grant Thornto、Osborne Clarke、Rahman Ravelli、RPC、Stewarts、Twenty Essex等公司。顶级律师警告称，伦敦可能正在变成国际金融犯罪中心。（FNLondon）[2021/8/9 1:43:44]
1. Prysm (紫色线) 有个特殊的地方是，它会连接以太坊 1.x 节点，从验证者信息登记处获取所有 ETH 存款，然后从 Eth1 状态下构建 Eth2 创世。虽然从安全的角度来看，这一特性蛮有用的，因为用户不必信任 Prysm 的开发者以获得正确的创世状态，但是这一过程需要些时间。因此，客户端启动与同步启动的时间有明显的偏移。(#8209)。
2. 由于出现 JavaScript 堆内存不足的问题，在基准测试时 Lodestar (灰色线)出现了崩溃 (#2005)。但是，它在10秒后由脚本自动重启。
3. 不可见：在初始同步时，Loderstar 还没有完全验证所有签名 (#1217)。因此，目前尚不清楚 Loderstar 与其他客户端的比较情况。
上面的图表中，我们可以看到 Lighthouse (橙色线) 整体表现出色，Prysm、Teku (绿色线) 和Nimbus (蓝色线) 在保持速度方面表现出色。但是，让我们再来看看下面的图表：
在这个图表中，我们把 Prysm 客户端启动和同步启动 (即第一个信标链区块产生) 之间的时间偏移删去。那么可以看出，单纯比较同步速度的话，Prysm 的表现略优于 Lighthouse，不到两个小时就能同步完成，而 Lighthouse 需要两个半小时。Teku 和 Nimbus 大概需要五个小时。
美元指数DXY短线走高逾20点:行情显示，美元指数DXY短线走高逾20点，现报90.78。美国10年期国债收益率重新跌到1%下方，创1月6日以来新低。现货黄金短线下挫近10美元，现报1836.87美元/盎司。[2021/1/28 14:10:31]
值得注意的是，Eth2 TypeScript 实现 (Lodestar使用的语言) 并不是仅为了成为运行一个全信标链或者验证者节点的首选客户端。相反，Lodestar将为以太坊2.0去中心化应用的所有web、浏览器和基于插件的组件提供基础设施。
假设我们知道了客户端的信标头区块当前所在的 slot 高度，并且可以查看在这 60 秒之前区块头的高度的话，我们就可以通过展示各客户端每秒同步的 slot 数 (用点表示)，来计算过去 60 秒的移动平均值以比较各客户端的同步速度。移动平均值超过 10 分钟的则用实线表示。
结果与前一个图表一致。尽管 Prysm 因为要花时间获取 Eth1-状态，它仍是同步速度最快的客户端，每秒同步 60 slots。Lighthouse 紧跟其后，每秒同步 46 slots。稍显落后的是 Teku (23/秒) 和 Nimbus (22/秒)。
然而什么是 slot 呢？在传统的区块链如比特币和 Eth1 链中，要么有区块要么没有。那么当比较这些链上的客户端性能时，我们会以块数/秒为单位来比较其同步速度。这跟以 slot数/秒 为单位有何不同呢？
在以太坊 2.0 中，每 12 秒总有一个指定的 slot。如果验证者被分配到一个 slot 中提议区块，该 slot 便有一个区块。然而，如果验证者错过该 slot，那么便是个空 slot (没有区块)，但尽管如此，slot 的计数将继续进行。因此，在以太坊2.0中，我们以 slots/秒 为单位计算同步速度。
在这个图表中，我们把 (时间) 这一变量删去，横坐标为已同步的 slot 数，并把上一个图表中的同步速度映射到该图表中。所有客户端都显示一个趋势：随着 slot 的增加同步速度下降。由于该数据是在以太坊 2.0 主网上搜集的，我们知道有一条验证者队列正排队等候进入 2.0 网络。在撰写本文时，等候队列上有 13_458 名验证者，按照每天新增 900 名验证者的速度来算，需要等待将近 15 天。
了解了以太坊 2.0 主网验证者数量呈线性增长之后，我们可以假设活跃验证者集的规模变大使得同步速度减缓。
计算资源指标
在上半部分中，我们仅分析了同步指标，选出同步最快的客户端。但是哪个客户端在资源利用方面快且高效呢？
上面的图表中，随着同步 slot 的数量增加，比较各客户端的数据库容量。值得注意的是，关于完全同步主网节点 (420_000 slots)，Lodestar 的占用空间最小，总共只有 1.49 GiB。Lighthouse (2.98 GiB) 和 Prysm (3.16 GiB) 的结果也不错。
我们知道 Eth1 节点存储完整的区块历史数据。尽管如此，Eth1 节点还是移除了历史状态以最小化数据库所需的磁盘空间。Eth2 节点与这个概念相当。在磁盘上储存所有块的同时，他们会删除最终状态。两者的主要区别为：为了方便起见，应将历史状态存储于时段边界中 (epoch boundaries)。目前，Nimbus 每 32 个 epoch 在时段边界存储状态，然而 Lodestar 每 1024 个 epoch 将状态记录在磁盘中。在图中可以清楚地看出差异。
该图表相同，但是绘制了同步期间每个客户端的常驻内存集的大小。从图中得出，Nimbus 客户端非常高效，在信标链主网的整个处理过程仅需要约 1 GiB RAM。紧接其后的是 Lighthouse 和 Lodestar，均略低于 3 GiB。
注意：Java 分配给 Teku 的堆外内存不在客户端开发者的控制范围之内。JVM 对可用内存的消耗量特别大。Teku 的指标结果在可用内存总量不同的情况下差异十分大。
最后但同样重要的一点是，让我们看一下 CPU 的利用率。在上面图表中可以看到客户端之间的一些有趣差异。
区块链属于一种高度分层的数据结构。同步区块链数据、验证区块以及计算最新状态，大部分工作都是按序列进行的。因此，客户端面临的挑战便是尽可能地使该进程平行化。图表显示的结果与同步速度指标相当，Prysm 和 Lighthouse 领先 (数值更高意味着更加有效)，而 Teku 保持良好。
FAQ
Q: 文章不错，但请问为什么你没有比较流量指标呢？
A: 我有比较，只是没有对所有指标比较都进行评论。你可以在 Github 上找到没有进行注释的点对点、流量指标，想要进一步研究的话访问：eth2-bench-mainnet/doc/00-plots-uncommented.md
Q: 你个人来说推荐哪个客户端？
A: 这个问题很难回答。靠感觉走的话，我选择 Lighthouse，我觉得它的总体用户体验、性能、功能以及工具可用性都很好。然而，Prysm 仍是最成熟并且是目前最快的客户端。Teku 的使用体验也很好，我认为所有客户端都是产品级别的。
Q: 信标链数据库大小会超过 1 TiB 吗？
不，首先，与 Eth1 相比，信标链本身相对较小。驱动数据库大小的主要因素是信标状态。然而，与 Eth1 相比，Eth2 并不需要将所有状态存储在磁盘中，因为用户总是可以从本地运行的区块中重建任何状态。
除此之外，PoS 有敲定这一工序，而 PoW没有 (reorgs, 51% 攻击)。一旦区块被敲定，该区块永远不会被篡改。敲定的意思是，将来客户端不用再从创世开始同步链的数据，而是获取最后敲定的 epoch 的最新链头的数据。
原文链接：
https://dev.to/q9/ethereum-2-0-mainnet-clients-3and
来源 | dev.to/q9
作者 | Afri Schoedon
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