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(emptyepochtransitions)”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(inactivityleaks)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LMDGHOST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slotn看到A、在slotn1什么都没看到的声明进行投票，在slotn2，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slotn1和n2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slotn1的诚实投票会算作在上图对(BLANK,n1)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”?(balanceattack)，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|VitalikButerin
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