以太坊2.0：如何实现最终性？

编者按：本文来自Unitimes，作者：Bruno?kvorc，编译：Summer，Odaily星球日报经授权转载。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)”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

以太坊客户端Nimbus宣布Nimbus v23.5.1 已发布:金色财经报道，以太坊客户端Nimbus发推称，Nimbusv23.5.1版本已发布。这是一个中等紧急程度的版本，改进了Nimbus与第三方验证器客户端和信标节点的兼容性，并引入了对增量pruning的支持。此外，Nimbus团队称，如果您仍然没有利用--history:prune选项，建议您在非生产环境中测试它，该选项将在下一个版本中默认启用。[2023/5/21 15:16:43]

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。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。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

SKALE联创Jack O'Holleran：以太坊将成为世界计算机，SKALE则是去中心化云端:12月3日，SKALE Network联合创始人Jack O'Holleran在社群直播中分享：“未来，以太坊将世界货币和计算机连接起来，将成为世界计算机。而SKALE则是去中心化云端，旨在运行智能合约、处理交易和存储文档。”

据悉，SKALE Network是一个弹性区块链网络，旨在不牺牲安全性的前提下对可扩展性进行优化，并改善去中心化应用程序的用户体验。

“SKALE的独特之处在于，它使每个DApp拥有一个小规模验证者集，提高它的效率，同时保持了更大规模验证者集所带来的安全性。设计的不同点，会给ETH2.0和SKALE带来协同作用。”Jack表示道。

此外，Jack透露目前SKALE网络已经入驻70余个DApp，全球范围内有46个顶级验证节点以及10个以上集成合作伙伴。[2020/12/3 23:00:59]

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。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”。

3.4万ETH参与以太坊2.0存款合约质押，距主网启动还需49万枚:11月6日，数据显示，34213枚ETH参与以太坊2.0存款合约质押。以太坊2.0主网启动需满足524288枚ETH参与质押，并且验证者达到16384个。目前质押率已达到6.52%，距离主网启动还需至少490075枚ETH。

据悉，当满足最低质押要求（5244288枚ETH）时，质押奖励年化可达21.6%。当质押ETH达1千万枚时，质押奖励年化为4.9%。[2020/11/6 11:51:50]

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。

以太坊核心开发人员就以太坊Gas费用问题进行讨论:金色财经报道，在以太坊所有核心开发人员周五进行的电话会议上，开发人员讨论了各种以太坊改进提案，包括几个关于高Gas费用以及如何缓解这一问题的讨论要点。以太坊独立研究人员Alexey Akhunov谈到了Gas token的存在以及它们如何将价格推高至超出正常水平。他着重强调了内存池中经常充斥着以一定gas铸造代币的交易，并将这种方式与订单交易进行了比较。但他表示，无法轻易取消Gas投标报价的事实，可能意味着价格仍将人为地保持在高位，因为任何下跌都是默认买入。此外，他表示，尽管有人提议取消支持Gas token的退款机制，但Akhunov承认，Gas token铸造的规模只占目前Gas使用量的2%左右，这意味着它们可能产生的任何负面影响的规模可能会受到限制。但他表示，在正式讨论取消这一机制的选择之前，他需要找到更多的数据。[2020/9/5]

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。

声音 | 以太坊联合创始人：互联网成就的一切区块链也可以做到:5月15日，以太坊联合创始人Joseph Lubin在2019年纽约共识大会上表示：互联网始于权力下放的梦想，我们最终得到了这些强大的实体。为什么这一切就不会发生在区块链呢？我们可以将网络商业模式或平台通证化，人们可以拥有这些东西并参与其中。[2019/5/15]

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！

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