FIN: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)”

CoinShares:以太坊有望于加密货币市场悲观行情中脱颖而出:金色财经报道,根据CoinShares在2022年12月29日至2023年1月23日期间进行的一项调查显示,尽管比特币自年初至今的表现优于以太币,但有60%接受调查的投资者认为以太坊具有最引人注目的增长前景,比例高于去年10月的调查(40%)。另一方面,约30%的受访者认为比特币是未来最具吸引力的加密货币,低于之前接受调查有相同观点的受访者比例(近40%)。

上周,CoinShares指出,允许投资者押注较低比特币价格的投资产品的单周资金流入量创下自去年7月以来的最高点,而押注较高以太坊价格的投资产品则出现了稳定的资金流入量。这种动态凸显出比特币相对于以太币的市场悲观情绪。[2023/1/30 11:35:47]

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)。

以太坊JavaScript库Web3.js发布v1.5.0-rc.0,添加支持伦敦升级和EIP-1559支持:以太坊JavaScript库Web3.js发布v1.5.0-rc.0,添加支持伦敦升级和EIP-1559支持。

据悉,以太坊两个最常用JavaScript库是Ethers.js和Web3.js。

此前消息,以太坊JavaScript库Ethers.js发布v5.4.0,添加EIP-1559支持。[2021/7/22 1:09:41]

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

CasperFFG

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,

近一周以太坊2.0抵押进度有所放缓:据欧科云链OKLink数据显示,截至今日10时30分,近一周以太坊2.0抵押合约余额新增6.56万ETH,抵押数量较前周的28.45万ETH下降76.94%,新增抵押数量有所降低。当前已有5088个地址完成抵押,参与抵押的地址数量较上周新增164个。[2021/2/1 18:35:07]

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。

USDC Treasury在以太坊链上增发约2002万枚USDC:据Whale Alert数据显示,北京时间9月4日21:06,USDC Treasury在以太坊网络上增发20,028,908枚USDC。哈希值为:0xee8b4c49af43f7a415788fc860191150424bfc05b1062f7b6bdc8165c06ff153。[2020/9/4]

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

这就是分叉选择规则发挥作用的地方。

以太坊流通量正式超过1.1亿:据Etherscan.io数据显示,截至目前,以太坊流通量正式超过1.1亿。其中,预挖(7200万)IC0出售;挖矿奖励(>3500万);叔块奖励(>260万)。[2020/3/8]

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”。

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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