ETH:金色觀察丨解讀eth2共識機制：穿著風衣的兩個ghost_區塊鏈

原文作者為以太坊核心團隊Carl Beekhuizen，文章主要內容是講述以太坊eth2鏈上的共識機制。

金色財經整理了內容并加入了關于eth一些近期資料。

eth2是令人期待的，在上周以太坊核心團隊的eth 2 AMA中，公布了預計eth2上線的日期可能會在2020年7月30日，而具體上線日期，則要目前以太坊的更新情況，其中會包含存款用戶界面的開發和測試，這項工作也是本文原作者Carl Beekhuizen在主導，Carl的預計這項工作大約需要兩個月，也包含第三方審核存款界面，大約需要一個月。其他的工作也是例如客戶端上線以及等待用戶存入最低值等時間，因此讓eth2可以在2020年7月左右上線。

但eth2團隊也表示了可能會遇到臨時的問題延遲上線，但對2020年的上線抱有充分的信心。

eth2是以太坊POS機制的驗證鏈，在全面轉型只POS機制后，以太坊全網的出塊則由beacon chain上的驗證礦工來執行。而不是由目前的礦工來完成，當然，筆者認為，以太坊還會留有POA的基金會節點。

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目前來看，共識機制仍舊是POW，其中的共識驗證出塊的流程，還是通過隨機數的計算而成。礦工參與需要擁有礦機或安裝全節點。

在信標鏈上的共識出塊，是POS的，也就同樣需要用一定的方式確認誰是最長鏈。本文主要介紹的內容原文被發布在以太坊基金會博客上。就是在介紹在eth2上怎樣確認最長鏈。在出塊過程中，可以說一直在出現分叉，是因為節點的通信，是同時向周邊節點發任務消息，最終確定上，要遵循一個連續性。

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我們來看原文，為了理解方便略有敘述改動，加入了少許注解。

Eth2背后的共識機制。

eth2可以通過一個新穎的方法來確定哪個塊是這個鏈的開始，還有哪些塊是與不是這個所述鏈的一部分。

在使用兩種機制的條件下，eth2的目標是達成共識，除了在網絡正常運行時，快速安全出塊之外，要做到在受到攻擊時也保持安全。

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困境

FLP不可能原理是分布式計算領域的主要結論，它指出了在分布式系統中，除非對系統做出一些不合理的假設，否則不可能同時具有安全性，活躍性和完全異步性。

安全的理念是不能放棄的，而活躍性的概念可以從一些新的事情上獲取。如果消息傳遞的時長沒有限制，則協議是可以異步的。

如果節點能夠可靠地通信，始終誠實地遵守協議并且永不崩潰，那么達成共識很容易，但這不是世界正常的工作方式。如果這些假設不成立，則FLP不可能原理證明了必須打破以下至少一項：安全性，活躍性或完全異步性。

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Ghost和對分叉的看法

Eth2使用 Greedy Heaviest Observed Subtree（GHOST）作為其分叉選擇的規則。GHOST通過選擇票數最高的分叉來選擇鏈的開頭（它通過考慮每個分叉塊及其各自的子塊的所有票來進行選擇）。

每次有一個分叉時，GHOST都會選擇一側分叉鏈，在該側上，更多最新消息支持該塊的子樹（即更多最新消息支持該塊或其后的區塊）。算法將執行此操作，直到找到沒有子塊的塊為止。（也就是找到分叉最末的塊然后確認誰是最長鏈）

金色財經現場報道 亦來云聯合創意人徐繼哲：區塊鏈最終要改變的是人們對傳統的認知:金色財經現場報道，在4月3日舉辦的2018年世界區塊鏈峰會現場，亦來云聯合創意人徐繼哲表示，區塊鏈的本質不是技術的問題，區塊鏈改變的不是成本和效率，而是改變組織機構，改變激勵機制，這個其實也是區塊鏈之所以對于大多數人，包括比特幣難以理解的根本原因。因為比特幣和區塊鏈最終顛覆的是人們的認知，因為在我們的傳統概念里，然后人與人轉賬的話，是幾個基本的概念。我認為區塊鏈最終要改變的，就是我們頭腦當中的關于組織架構，協作方式，以及激勵方式的基本概念。[2018/4/3]

與最長鏈規則相比，GHOST的優勢在于降低了網絡延遲高時的攻擊效率，并最大程度地減少了鏈重組的深度。這是因為雖然攻擊者可以在自己的鏈上有效地構建塊，從而使其最長，但是GHOST會選擇另一個分支，因為這一支分叉得到票數更多。

尤其是eth2使用了GHOST的一種變體，該變體適合稱為最新消息驅動GHOST（LMD-GHOST）的PoS。

LMD-GHOST背后的想法是，在計算鏈的開頭時，只考慮每個驗證者的最新投票，而不考慮過去的任何投票。這大大減少了運行GHOST時所需的計算量，因為執行分叉選擇所需考慮的分叉數量不能大于驗證器的數量。

在GHOST的規則下，驗證者/礦工始終可以嘗試向區塊鏈添加一個新塊（活躍性），并且他們可以在鏈的歷史的任何一點（異步）進行添加。由于它是實時的并且完全異步，因此感謝我們的朋友FLP，我們知道它并不安全。

安全性缺乏本身以重組形式出現，鏈可能突然在任意深度的分叉之間切換。顯然這是不可取的，而eth1是讓用戶做出“礦工的區塊與網絡其余部分進行通信需要多長時間的假設”來處理，這采用了等待$ x $確認的形式。（筆者注：還是最長鏈規則，讓更多礦工確認，但如果攻擊者擁有大規模算力，就會成為最長鏈。）

相比之下，Eth2不做這樣的假設。

一個友好的確認工具

沒有安全概念的區塊鏈是無用的，因為無法做出決定并且用戶無法就鏈的狀態達成共識。這就需要Casper the Friendly Finality Gadget（Casper FFG）。Casper FFG是一種在決策時偏重安全而不是活躍性的機制。這意味著盡管做出的決定是最終確認的，但在不安全的網絡條件下，它可能無法做出任何決定。

FFG是經典的實用拜占庭容錯（PBFT）對加密貨幣經濟系統融合的改變，是階段性的，在該階段中節點首先表明他們想就某件事達成共識（理由），然后同意后看到彼此達成共識（完成）。

Eth2不會嘗試證明并最終確定每個“插槽”（預計將產生一個塊的時間），而是每隔32個“插槽”，總共32個稱為epoch。首先，驗證者簽署證明他們同意一個時期中的所有32個區塊。然后，如果$ \ geq \ frac {2} {3} $(筆者注：可以理解為代表驗證者)這樣做，則該塊是合理的。在以后的epoch中，驗證者有機會再次投票，表明他們已經看到了較早的正確epoch，如果$ \ geq \ frac {2} {3} $執行此操作，則epoch將最終確定，并永遠成為eth2鏈的一部分。

FFG運用了巧妙的技巧。投票實際上包括兩個子投票，一個用于正當合理的時期，另一個用于即將定稿的時期。這節省了節點之間的大量額外通信，并有助于實現擴展到數百萬個驗證器的目標。

穿著風衣的兩個ghost

ETH2的共識依賴于兩個LMD-GHOST ，這增加了新的模塊。Casper FFG可以決定鏈從哪里開始，決定出塊是不是鏈的一部分。GHOST的良好活躍特性允許將新的塊快速有效地添加到鏈中，而FFG緊隨其后，通過確定epoch來提供安全性。

根據FFG，通過從最后一個最終的塊執行GHOST，合并這兩個協議。通過這樣的構建，最后確定的塊始終是鏈的一部分，也意味著GHOST不需要考慮更早的塊。

在正常情況下，當生成塊并且$ \ geq \ frac {2} {3} $驗證者對它們進行投票時，這些塊將在FFG證明并最終確定后不久由GHOST添加到鏈的開頭。

如果網絡受到攻擊和/或大量驗證器下線，則GHOST會繼續添加新塊。但是，由于GHOST處于活躍狀態，并不安全，所以它可能會改變對鏈方向的想法，這是因為不斷向鏈中添加新塊，意味著節點也將繼續接受新信息。另一方面，FFG主張安全而不是活躍性，這意味著它將停止確認區塊，直到網絡穩定到可以讓驗證者完成一致投票為止。

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