POC:以太坊2.0:如何实现最终性?

前言

如果你在了解有关以太坊2.0的过程中遇到过justification(证明)和fnalization(最终性)这两个术语,但却不知道它们是什么意思,希望本文能给你一些启示。

首先,我们试着来理解什么是

?finality(最终性)。

你一定已经注意到,加密货币平台和Dapps(去中心化应用)通常都会等待几个区块被敲定之后才会将你的交易视为“confirmed(已确认)”状态。

这是一种确保某笔交易已经是“近乎”确定的,或者说该笔交易“几乎”是不可逆转的方式,也就是说,这笔交易已经被“finalized(敲定了)”。

以太坊2.0能够提供finality(最终性)的保证,这是以太坊区块链奉为神圣的客观事实,而不是一种“近乎”的状态。这是非常重要的,因为这能够带来更快的链上通信,即如果某个区块刚刚被敲定了,那该区块将无需等待多次确认。

也就是说,

基于工作量证明的区块链(比如比特币)从未包含让交易真正实现最终性的特性;

而以太坊2.0链旨在提供比工作量证明更强大的最终性保证。

我们来更加具体地加以说明。首先来看几个定义:

LMDGHOST是以太坊2.0使用的分叉选择规则(即用于决定哪条链是“权威链”的规则),全称是“LastMessageDrivenGreediestHeaviestObservedSubTree(由最新消息驱动的GHOST)”

以太坊开发者大会Devcon将于今年10月在哥伦比亚举行:2月20日,据官方消息,以太坊开发者大会Devcon将于2022年10月11-14日在哥伦比亚首都波哥大举行。会议原定于今年8月初举办,但由于疫情等原因,官方此前宣布将推迟举行会议。[2022/2/20 10:03:46]

CasperFFG是以太坊2.0使用的权益证明(PoS)机制,全称是“CaspertheFriendlyFinalityGadget(Casper友好的最终性小工具)”

在以太坊2.0链中,每生成64个区块(大约需要6.4分钟)称为一个epoch;

在以太坊2.0系统中,slot是生成一个新区块所需的时间,即一个新区块被提议及证明其正确性所需的时间。每个slot被设定为6秒,但不是每个Slot期间都会产生新的区块。每个epoch期间的最后一个slot被称为checkpoint(检查点)。

Committee(委员会)是由信标链在每个slot期间随机选择的验证者集合(每个委员会的目标验证者数量是128名),每个委员会中第一名被随机选择的验证者将有机会在该slot期间提议新区块,该委员会的其他验证者将对这个被提议的区块进行证明(attest)。

基于上面这些信息,我们继续探讨Justification(证明)和Finalization(最终性)。

CasperFFG

以太坊未确认交易为231,166笔:金色财经消息,据OKLink数据显示,以太坊未确认交易231,166笔,当前全网算力为875.15TH/s,全网难度为11.70P,当前持币地址为71,608,727个,同比增加143,461个,24h链上交易量为1,499,188ETH,当前平均出块时间为13s。[2021/12/22 7:57:07]

Casper是一种用于证明和敲定区块?(不管是一般的区块链平台还是以太坊2.0链中的epoch期间产生的区块)?

的方式。Casper是一种通用的“小工具”,可以添加到任何需要实现最终性的区块链中,但Casper在PoS区块链中最为有用。

以太坊2.0中的最终性是这样一种概念,即

系统确定将不会存在两个相互竞争的、敲定的检查点(checkpoints),而当这种情况发生时,至少三分之一的活跃验证者将被被罚没(slashing)。我们称之为经济最终性(economicfinality)。

你也许想问,为何是三分之一的验证者将被罚没?我们知道,

在以太坊2.0系统中,必须保证有三分之二的验证者是诚实验证者来参与验证(也即进行投票),因此如果系统出现两个相互竞争的、敲定的检查点,则意味着有三分之二的验证者对其中一个检查点进行投票,同时也有三分之二的验证者对另一个检查点见投票,也就是说,至少有三分之一的验证者对这两个检查点都进行了投票,这部分验证者就会被系统认为是恶意验证者,因此会受到罚没惩罚。

数据:明年3月25日到期的以太坊看涨期权今日成交量飙升至27870张:8月6日消息,Deribit数据显示,截至北京时间12:00,明年3月25日到期的以太坊看涨期权今日成交量飙升至27870张,名义价值逾7700万美元,其中成交数量最多的看涨期权行权价为5万美元和4万美元,分别成交了12764张和12509张。[2021/8/6 1:38:46]

对于验证者来说,最大的利益来源于正确地对信标状态进行敲定,而不是进行不当的恶意操作。

那么“敲定的检查点”中的“敲定”是什么意思呢?在对此进行解释之前,我们需要解释一下什么是“justification(证明)”。

证明就是验证者通过对检查点进行投票,从而决定哪个检查点才是信标链的顶端区块。如果三分之二的验证者(也即绝大多数验证者)对两个连续的epoch达成共识,这样

这两个连续的epoch被证明了(justified),前一个epoch就被认为是敲定了(finalized)。

注意:上述定义在很大程度上进行简化了,目的是为了方便理解。一些其他的因素也会参与其中,但这超出了本文的范围。

因此,一个“敲定了的”epoch实际上就是一个已经被“证明了的”epoch,但其中存在一个关键的区别——当某件事被“证明了”,你仍然可以把时间倒流回去重新证明;但当你“敲定了”某件事,那重写历史就变得非常困难。

外媒:过去数月,阿根廷人对比特币、以太坊和稳定币兴趣持续增加:在过去几个月里,超过100万阿根廷人一直在购买加密货币,据当地媒体ámbito透露,其中大多数人都是购买比特币和稳定币,例如USDT、USDC以及DAI。该媒体还强调,由于阿根廷实施的美元购买上限,稳定币在2019年已开始积聚势头。用户认为,这类代币是将阿根廷比索转换为美元的更有效方式。此外,以太坊在该国的采用率也在提高。(Bitcoin.com)[2021/5/7 21:34:51]

也就是说,

某件事“敲定了”就一定意味着这件事已经被“证明了”,而某件事被“证明了”不一定意味着这件事已经“敲定了”。

应该注意的是,当验证者对epoch进行证明或敲定时,并不是说验证者正在对epoch本身进行投票,而应该说验证者正在对epoch期间的“内容”进行投票/验证,这个“内容”就是每个epoch期间的最后一个slot(即检查点)的状态根(stateroot)。

因此,

验证者是通过投票的方式来对epoch进行证明/敲定,这就是验证者对以太坊区块链的最新已知有效状态进行投票的方式。

LMDGHOST

这就是分叉选择规则发挥作用的地方。

GHOST实际上是一种在PoW(工作量证明)和其他区块链平台非常受欢迎的协议。GHOST协议遵循“最重的”子树(the“heaviest”subtree),也就是最长的那条链。

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在比特币区块链中,“最重的”分支就是那条在其区块中投入了最多算力的链,这条链也就是最长的链。显然最长的链就是我们所说的“权威链(canonicalchain)”,但这条链依旧有可能切换为另一条分叉链(虽然可能性很小),因此

最长链的最终性是概率性的。

LMD让“消息(messages)”发挥了作用,即以太坊2.0链上的最终性是“由最新消息驱动的”。消息就是证明(attestation),所有这一切归结起来就是,

拥有最多投票的分叉链将被认为是“权威链”。

上图中体现了由最新消息驱动的分叉选择规则:绿色区块表示经由LMDGHOST分叉选择规则证明了的区块,笑脸符号表示最新的验证者证明(attestations),某个区块中的证明总量(笑脸总数)就是该区块的权重,用区块中的数字表示。

在上图中,尽管位于上方的那条分叉链是最长的链,但

下方的那条由绿色区块组成的链才是“权威链”

,因为绿色区块包含了最多的证明,也就是拥有最多的验证者投票。

Gasper

在以太坊2.0链中,Casper和LMDGHOST一起就构成了驱动以太坊2.0系统的共识协议。

让我们看看这张来自以太坊研究者JustinDrake在EthCC会议上演讲有关Eth2.0时使用的幻灯片。

幻灯片1

上图中,两个虚线框展现了在分叉选择中的非法情况。上方靠左的虚线框展现的是,如果在同一时间投票给两个不同的状态根,那就是非法的投票,也就是说,

你不可以在同一时间投票给两个包含不同内容(状态根)的epoch?。

上方靠右的虚线框展现的是,

你不可以跳过某些epoch而对之后的epoch进行投票,换句话说,你在投票给当前的候选epoch之前,不可以投片给将来的epoch。

上图的下方部分展现的是两条被敲定了的分叉链。第一个和第二个以红色圆点表示的epoch是已经被敲定了的“权威链”,因为这两个epoch之后紧跟了第三个和第四个(以红色圆点表示的)epoch。但是,第三个和第四个epoch在两条平行的分叉链中都存在,那

这两条分叉链哪条才是属于“权威链”呢?

我们看第二张幻灯片。

幻灯片2

根据上文所述,在同一时间投票给两个包含不同内容的epoch是非法的。在幻灯片2中的下半部分包含两条分叉链的情况下,上面的分叉链中的两个epoch(红色圆点)已经被敲定了(finalized),因此似乎上面的这条分叉链是有效的;但位于下面的那条分叉链也包含了两个已经被敲定的epoch,

但这两个epoch被敲定的时间更晚一些!

幻灯片3

这就意味着位于下面的分叉链是无效的分叉,因为如果跟随下方那两个被敲定的epoch继续进行投票,这将意味着一个最新被投票的epoch将跟随一个来自于另一条分叉链的epoch。这是非法的,因为

敲定的检查点是必须按时间顺序排列的。如果发生了这种情况,那大量的验证者将受到很严重的惩罚,因为大多数的验证者把票投给了一条“非法链”上的epoch。因此,这些验证者必须被惩罚。

就是这样了!如果你是验证者,请确保每个slot期间只投一次票,并且确保你投的是也是其他人正在投的。要避免被罚没!(别担心,这些都将内置到你使用的以太坊2.0客户端中)

希望本文能让你更加清楚地了解justification?和finalization。如果你还有不清楚的对方,请告知我(推特@bitfalls)!非常感谢DustinBrody、MamyRatsimbazafy、JustinDrake以及DannyRyan对撰写本文的帮助!

作者:Bruno?kvorc

编译:Summer

来源:Unitimes

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