图解 ETHPoS 共识机制 Gasper：合并后的以太坊如何运作？

编译：0x711，BlockBeats

众所周知，PoS 以太坊的共识协议是“Gasper”，它使用 Casper FFG（最终确定工具）建立在 LMD-GHOST（分叉选择规则）之上。 所以想要了解完整的以太坊共识协议，就必须了解这两部分（Casper + Ghost）。 另外以太坊pos共识机制流程，这些设计真的很有趣。 我打算梳理一下这两个协议的背景和演变，以及它们简单的工作流程。

PoS共识算法的三大流派如下：

1. 受中本聪启发（Peercoin）

2. 受 PBFT 启发（Tendermint、Casper FFG）

3. CBC 卡斯珀

受中本聪启发的 PoS 是一种基于链的算法，可以模拟 PoW 中的挖矿。 它通过伪随机选择验证器来创建新块。 点点币于 2012 年在“Peercoin”论文中首次提出，是第一个基于权益证明共识的加密货币。

PBFT-inspired（即 BFT-style）PoS 基于对拜占庭容错（尤其是 pBFT）的多年研究。 它于 2014 年在“Tendermint”论文中首次提出。通常，这些算法会选择一个唯一的链来代表账本上的规范交易。

Casper 直接继承了 BFT 算法（更准确地说，pBFT）并做了一些修改。 CBC Casper 是由@VladZamfir 提出的，有一些很好的材料可以更全面地解释它。

V神的CBC Casper教程

VladZamfir 的 CBC Casper 历史

CBC Casper介绍视频

虽然以太坊最终选择了Casper FFG而不是CBC Casper，但是对CBC Casper的研究也是有价值的，比如符合以太坊需求的分叉选择规则“LMD-GHOST”。 Casper FFG 由 V 神和 Virgil Griffith 于 2017 年提出，引入了 justification 和 finalization 的概念，引入了 slashing 条件和动态验证人机制。 这些都是非常重要的特征。

Casper FFG 用于保证“最终性”（即安全性），这是 PoW 中不存在的。 简单来说，每个验证者对检查点进行投票，经过两轮投票后，检查点被“敲定”（第一轮是验证，第二轮是敲定）。

所有最终确定的检查点都成为规范链（区块链历史的一部分），所有忠诚节点都同意他们永远不会逆转这条链。 “最终检查点”之后的块可以随意分叉，但不允许分叉之前的块。

Casper FFG 除了通过“finality”来保证区块链安全，还引入了罚没条件来惩罚所有违规的验证者（这在传统的 BFT 算法中是做不到的），所有违规的验证者都会被追踪和惩罚。

另外，Casper FFG是免许可的（传统的BFT算法需要许可认证），pBFT通过一个列表来维护共识，只有列表中的人才可以成为参与者。 Casper FFG 构建了动态验证人机制，所有验证人都可以自由进出。 Casper FFG 用于确保“最终性”和“安全性”。 它负责确认区块的最终状态，但不负责创建新区块，因此需要底层区块链和分叉选择规则。

以太坊使用的分叉选择规则是基于 GHOST，它在 2013 年的一篇论文中首次被提出。 2017 年，@VladZamfir 在做 CBC Casper 时，他尝试将 GHOST 与 Casper 结合，产生了变种“LMD-GHOST”。

区块链允许分叉。 当出现不同的分支时，应该选择哪条链继续添加后续的新区块，这需要分叉选择规则。 PoW 使用最长链规则。 思路是锻造最长的链需要最多的算力，所以这条链是最可靠的。 所以当所有矿工添加一个新区块时，他们默认将其添加到最长的链上。

GHOST的思路与此类似。 它选择投票最多的链而不是长度最长的链。 LMD-GHOST 做了一些修改，只考虑最近的投票（所谓的“Least Message Driven”，LMD）。

LMD-GHOST 的规则很简单：

- 来自创世块；

- 每次出现分叉，选择得票最多的分支；

- 重复直到找到一块叶子；

- 返回链头；

这就是 Casper FFG 和 LMD-GHOST 的演进以及它们的工作方式，它们共同确保“安全”+“活跃”。 LMD-GHOST 允许提议者随时创建新区块，新区块将根据分叉选择规则（即活跃度）加入权重最大的链中。 而 Casper FFG 将根据所有验证者的投票（两轮以太坊pos共识机制流程，超过 2/3，通过押金）最终确定一条规范链。 所有忠诚节点默认接受规范链，从而获得安全性。

共识真的很有趣，以太坊从 2014 年开始研究 PoS，并在 2022 年完成合并。这是一条漫长而曲折的道路，一路上诞生了许多奇妙的想法、设计和项目。