在 EVM 中公开信标链根-EIP4788

EIP-4788是一项提议通过扩展以太坊共识层（Beacon Chain）和执行层之间的通信方式来增强去中心化应用（DApps）和协议的能力。其目标是通过将信标链的状态信息暴露给执行层智能合约，使更多的链上交互变得可能。

一、EIP4788简介

EIP-4788提议通过一种机制，允许执行层的智能合约访问信标链的状态，例如信标链的 blockRoot（区块根）。这可以通过执行层提供的系统合约实现。

目前，以太坊的执行层（Execution Layer）和共识层（Consensus Layer）是分离的。EIP-4788 的主要目标是：

• 增强透明性：通过访问信标链状态，为L2和其他链上协议提供更多的透明性。

• 跨层交互：支持更加复杂的 L1-L2 或其他跨链交互。

• 降低复杂性：减少信标链数据需要通过外部喂价或桥接方式暴露的复杂性。

1、EIP-4788的核心目标

• 增强执行层与共识层的交互：让执行层智能合约可以直接读取信标链的状态根（blockRoot），无需通过外部喂价或预言机。
• 提升安全性与透明性：提供一种去信任化的方式验证信标链状态，确保链上数据来源可靠。
• 支持复杂的链上交互：为 Layer 2、DeFi 协议和跨链桥提供更高效和安全的验证方式。

2、如何在EVM中公开信标链根

EIP-4788 提议在执行层中通过系统合约的形式暴露信标链的状态根。以下是该机制的关键点： 2.1. 系统合约接口 新增一个 EVM 系统合约，默认部署在特定地址（例如：0x0000000000000000000000000000000000000800），用于提供信标链状态访问接口。 2.2.方法定义 系统合约暴露以下方法，用于获取信标链的状态根：

function getBeaconStateRoot(uint64 slot) external view returns (bytes32);

• 参数 slot：信标链插槽编号（uint64）

• 返回值：对应插槽的状态根（bytes32）

2.3. 状态同步 信标链的状态根在每个插槽生成时（12 秒间隔），通过共识层与执行层同步。系统合约通过此同步数据为 EVM 提供信标链状态的只读访问。

3.总结

• 信标链的 blockRoot： 信标链的 blockRoot 是信标链每个区块的状态根，它包含所有状态信息的哈希值，能够用于验证特定状态的完整性。
• 系统合约： 在执行层中，EIP-4788 提议引入一个系统合约，通过调用该合约，开发者可以轻松地获取信标链的 blockRoot。
• 状态同步： 在每个信标链插槽（大约 12 秒）期间，信标链的 blockRoot 被同步到执行层，使得执行层能够访问最新的状态信息。

三、EIP-4788案例代码

以下是一个完整的 Foundry 案例，展示如何在执行层中实现一个合约调用信标链状态。 1.代编写智能合约 创建一个合约 BeaconReader.sol，它使用系统合约获取信标链状态信息：

// SPDX-License-Identifier: MIT
 pragma solidity ^0.8.0;
/// @title BeaconReader
/// @notice Reads the Beacon Chain state root for a given slot
contract BeaconReader {    
    // System contract address for EIP-4788    
    address constant BEACON_STATE_CONTRACT= 0x0000000000000000000000000000000000000800;    
    /// @notice Fetches the beacon state root for a given slot    
    /// @param slot The slot number of the Beacon Chain    
    /// @return stateRoot The state root of the given slot    
    function getBeaconStateRoot(uint64 slot) public view returns (bytes32 stateRoot) {        // Interface with the system contract 
        (bool success, bytes memory data) = BEACON_STATE_CONTRACT.staticcall(    
                abi.encodeWithSignature("getBeaconStateRoot(uint64)", slot)
                );        
                require(success, "Failed to fetch Beacon State Root");        
                stateRoot = abi.decode(data, (bytes32));    
              }
          }

2. 编写测试文件 使用Foundry 的Forge测试框架编写测试BeaconReader.t.sol

// SPDX-License-Identifier: MIT
pragma solidity ^0.8.0;
import "forge-std/Test.sol";
import "../src/BeaconReader.sol";
contract BeaconReaderTest is Test {    
    BeaconReader beaconReader;    
    function setUp() public {        
        beaconReader = new BeaconReader();    
     }    
     function testGetBeaconStateRoot() public {        
     uint64 slot = 12345;        
     // Simulate system contract behavior (mocking the system contract)        
     bytes32 mockStateRoot = keccak256(abi.encodePacked(slot));        
     vm.mockCall(            
         0x0000000000000000000000000000000000000800,        
         abi.encodeWithSignature("getBeaconStateRoot(uint64)", slot),            
         abi.encode(mockStateRoot)        
         );        
         // Fetch state root and assert the result        
         bytes32 result = beaconReader.getBeaconStateRoot(slot);        
         assertEq(result, mockStateRoot, "Beacon state root mismatch");    
         }
     }

三、信标块根生成元素

信标链的区块根（Beacon Block Root）是信标链中每个区块的加密哈希值，用于唯一标识该区块。它由信标链区块的核心数据组成，并通过默克尔树生成。这些内容在信标链的共识和验证中起着至关重要的作用。 1. 信标区块根的组成内容 信标区块根是整个区块内容的加密摘要，主要由以下几个部分组成： 1.1.信标块头（Beacon Block Header） 信标块头包含区块的元信息，是生成区块根的核心部分。

• 父区块根（Parent Root）：前一个区块的区块根。用于链接前后区块，形成完整的区块链。
• 状态根（State Root）：当前区块的全局状态的默克尔根。包括验证人集、质押余额、投票状态等数据。
• 区块体根（Body Root）：当前区块体的默克尔根哈希。包括验证人投票、提案和同步信息。
• 签名（Signature）：区块提议者对区块内容的 BLS 签名，确保数据的真实性。

1.2.信标块体（Beacon Block Body） 信标块体包含区块中的具体操作和数据，是区块头中的体根（Body Root）的组成来源。

• 投票证明（Attestations）： 验证人对区块的投票记录，证明区块的合法性 每个投票包括投票者的索引、签名、目标检查点等信息。
• 同步委员会（Sync Committee）： 用于简化轻客户端验证的同步数据。 包括同步委员会成员的签名和验证数据。
• 提案者 Slashings： 对不良提案者（如双重提案）的削减操作。
• 验证人 Slashings： 对不良验证人（如违反共识规则）的削减操作。
• 提款（Withdrawals）（在 Capella 升级后引入）： 提款请求的数据，包括验证人提款的目的地址和金额。

1.3.额外数据在特定升级中可能新增的字段：

• 分片链数据（Shard Data）：分片链的状态信息（未来以太坊分片实现的核心数据）。
• MEV 数据（Proposer Boosts）： 与提案者优化相关的数据。
• 历史根（Historical Roots）：包括区块历史记录的根哈希，用于存储和验证历史数据。

1.4.信标区块根的生成过程

• 默克尔树构造：将区块头和区块体中的所有数据组织成树状结构。 每个叶节点是区块数据的一部分，父节点是子节点的哈希值。
• 计算区块根：从叶节点开始，递归地计算父节点的哈希值 最终的根哈希值就是区块根（Beacon Block Root）。

1.5.信标区块根的作用

• 链接区块: 区块根通过父区块根将信标链中的所有区块链接在一起，确保链的完整性。
• 验证完整性: 通过区块根，可以快速验证区块的所有内容（如状态、投票等）是否未被篡改。
• 轻客户端验证: 信标区块根作为轻客户端的主要验证依据，允许轻客户端仅需区块根和相关证明即可验证整个链的状态。
• 提供跨链证明: 信标区块根可以作为跨链桥和 Layer 2 状态提交的信任基础，用于验证其他链的操作合法性。

1.6.应用场景 EIP-4788 提议让以太坊的执行层（Execution Layer）可以直接读取信标链（Beacon Chain）的状态信息（例如 blockRoot）。这一扩展为去中心化应用（DApps）、跨链协议以及 DeFi 项目提供了全新的可能性，以下是几个重要的应用场景： 1.6.1.Layer 2 状态验证

• 描述： EIP-4788 允许 L2 网络（如 Rollups）通过 L1 合约直接读取信标链的状态信息。这使得 L2 的状态证明和争议解决更加高效和安全。
• 具体应用 Fraud Proof（欺诈证明）：L2 可以通过信标链状态验证 L2 状态提交的合法性，缩短争议解决的时间窗口Validity Proof（有效性证明）：zk-Rollup 项目可以将信标链状态用作 L1 验证的一部分，进一步增强数据可用性和验证安全性。

1.6.2.跨链桥安全性提升

• 描述：跨链桥需要验证另一条链上的状态信息，而 EIP-4788 通过暴露信标链的状态根（blockRoot），可以大幅提高验证的安全性和效率。
• 具体应用信标链为跨链桥提供可信的状态证明：跨链桥合约可以直接调用信标链状态，验证跨链交易的有效性，而无需依赖外部喂价或中介服务。减少信任假设：无需信任中间验证者，只需依赖以太坊的共识机制即可验证跨链交易。

1.6.3.数据可用性检查

• 描述：信标链的blockRoot 可以作为数据可用性证明的一部分，帮助验证区块数据的完整性。
• 具体应用 Rollup 数据可用性：Rollup 方案可以基于信标链的状态验证提交数据的完整性，确保数据可用性没有问题分布式存储网络： 去中心化存储网络（如 Filecoin）可以利用信标链提供的状态根，提高存储证明的可信度。

1.6.4.去中心化自治组织（DAO）

• 描述**：DAO 的治理和资金分配依赖于链上透明度和状态验证。通过 EIP-4788，DAO 可以直接基于信标链的状态进行复杂逻辑运算。
• 具体应用 治理优化：DAO 可以使用信标链状态进行复杂的投票验证和权重计算，比如根据质押数量和时间动态调整投票权。资金分配： 根据信标链状态执行分配逻辑，例如根据质押收益自动分配资金。

1.6.5.DeFi 协议优化

• 描述：EIP-4788 为DeFi提供了一种更加可信的信标链状态访问方式，增强协议的透明性和安全性。
• 具体应用质押收益分配： 通过读取信标链的状态，DeFi 协议可以实时计算用户的质押收益并进行分配。验证跨协议资金流动：DeFi 协议可以直接基于信标链验证其他协议的交易和状态。

1.6.7.信标链状态分析与预警

• 描述：EIP-4788 允许 DApp 开发者直接读取信标链状态，用于监控和分析链上行为，进一步优化用户体验和安全性。
• 具体应用：
  • 链上活动分析：分析信标链的历史状态，提供用户行为洞察。
  • 异常状态预警：如果信标链状态异常，协议可以自动触发预警或保护机制，例如冻结资产或暂停交易。

四、总结

• EIP-4788 的核心是通过系统合约让 EVM 智能合约可以访问信标块根。
• 应用场景覆盖跨链验证、Layer 2 状态提交、DeFi 奖励分配、去中心化治理等。
• 优势是提高效率、增强安全性并简化开发流程。

信标区块根是信标链的核心数据结构，它通过哈希聚合区块头和区块体中的所有数据，提供高效的验证能力。其组成主要包括：

• 信标块头（Parent Root、State Root、Body Root、Signature）。
• 信标块体（投票、同步数据、提款等）。
• 可扩展的附加数据（如分片数据和 MEV 数据）。