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以太坊 2.0 :合理化与确定性

2021-04-30 ·635次阅读 ·读完需要13分钟

文章来源:https://ethfans.org/posts/two-point-oh-justification-and-finalization


如果你对以太坊 2.0 中辩护(justification)确定化(finalization)等术语感到一头雾水,你绝对不是唯一搞不清楚的人;让我们通俗地解释这两个词究竟是什么意思。

我们先聊聊,确定性(finality)到底指的是什么?你一定已经注意到,不论是使用密码学货币平台或 dApp ,都要等到数个区块产生后交易才能被确认(confirmed)。这是个相对 可靠的办法(但并不是 100% 的保证),让你确定交易的状态且交易不会被逆转,也就是所谓的确定性。

以太坊 2.0 提供了一种确定性保障——将上链交易变成一个记录在区块链上的客观事实,而不仅仅是 “该交易可能会保留在最长链上” 而已。这很重要,如果区块能够及时确认,那么链上的交互行为就能进行得更快更完备。

我们再搞清楚一点,先从一些定义开始。

注意:后面的内容涉及比较多底层技术,不过仍会像 2.0 系列 的其他文章一样简单易懂。如果发现任何需要添加的内容,请联系我

在谈论细节之前,我们先理清楚几个定义:

  • LMD GHOST:最新消息驱动型 GHOST 算法( Last Message Driven Greediest Heaviest Observed SubTree),以太坊 2.0 的分叉选择规则。

  • Casper FFG:Casper FFG 协议( Casper, the Friendly Finality Gadget),以太坊 2.0 用于提供确定性保障的协议。

  • 分叉选择规则:一种机制,给定整条区块链,可以输出从创世块到区块 S 的区块链路径,并让 S 所在的链可以被认为是权威链(也称 “主链”、“根链”)。

  • epoch:在以太坊 2.0 中,指的是时长 6.4 分钟的时间单位,每个 epoch (时段)包含 64 个 slot(时隙,每个时隙为 6 秒 )。

  • 不一定每个时隙都能产生区块,而 epoch 中最后一个 slot 称为边界时隙boundary slot),或称为检查点checkpoint)。

  • 所谓委员会committee),就是随机选出的一个验证者集合;每个委员会都会被分配到一个具体的时隙中,委员会中第一位验证者负责出块(propose block),其他验证者则来见证(attest)该区块。

有了这些概念,接下来让我们开始讨论辩护(justification)与确定化(finalization)。

Casper FFG

Casper 是一种用于合理化(justifying)及敲定时间段的方法(既适用于一般的区块链网络中的区块,也适用于以太坊 2.0 中的 epoch)。它是一种通用的 “小工具”, 能够被添加到任何区块链中;不过在 PoS 区块链上才能发挥 Casper 的最大用处。

确定性(Finality)是一种概念,即两个相互冲突的检查点不可能都被确定下来(不可逆转);亦可称作经济确定性,因为一旦两个相互冲突的检查点都被敲定,则系统中至少有 1/3 的验证者会被罚没押金

你可能会有疑问,为什么 1/3 的验证者会被罚没押金?

一旦出现两个相互冲突的检查点,意味这两个检查点各自收到 2/3 以上的验证者投票;因为最终只有一个检查点能成立,所以至少会有 1/3 的人重复投票。这 1/3 重复投票的验证者会被认为是恶意参与者而被罚没押金。为了避免这样的无效操作,验证者最好的办法就是在每一轮投票前确认信标链的状态,然后给合适的检查点投票。

那么如何理解 “检查点确定成立” 中的 “确定” 呢?我们得先聊聊合理化(justification,上文称为 “辩护”)

合理化(Justification)指的是验证者对检查点进行投票、并决议出哪个检查点要置于当前信标链的最前端的操作。只要超过 2/3 的验证者(即绝对多数)对一对 epoch (例如 source epoch S -> Target epoch T,即来源时段和目标时段)达成共识,我们会说这两个 epoch 被合理化了(justified);不论这两个 epoch 当中有没有被跳过的 epoch ,只要同一列中的两个 epoch 被合理化了,则我们称前一个 epoch 被敲定了(finalized)。

注意:为了方便理解,上述是大幅简化过后的定义;还有其他影响因素,但不在本文讨论范围中。

所以说,一个 “已确定(finalized)” 的 epoch 肯定经过合理化(justified);反之,一个 “合理化(justified)” 的 epoch 则不一定确定了,还存在反转的可能。一旦 epoch 达到 “最终” 状态,就难以被更改。

提醒一下,当我们说验证者在进行证明/确定时,并不是指验证者对 epoch 本身投票——这听起来好像某些人在用投票来决定当时是什么时间一样(我们都知道当前是哪个时间,根本没必要投票)。验证者其实是对这些 epoch 中的内容——它们各自最后时隙(边界时隙)的根状态,进行投票。因此验证者通过对 epoch 投票进行 证明/确定,来选择区块链的最新有效状态(译者注:原文如此。但这么说也有点引人误解)。

复联 4 的终局之战,奇异博士看到了平行世界中的 1400 万种可能。在这些平行世界中,时间呈线性进行,每一天、每一小时都在所有世界中同时发生;但在所有这些世界中,只会产生一个可取的结果——其它结果都是分叉。

LMD GHOST

分叉选择进行的方式在此。

GHOST 算法早期在 PoW 和其他区块链上非常受欢迎;GHOST 算法依循 “最重的” 子树,也就是最长链(译者注:大略可以这么说,但这么说实际上是不严谨的)。以比特币为例,最重分支指的是在其区块中投入最多算力的的链,这条链也就是最长链。虽然说最长链很容易看出来,但这条最长链只在 概率上确定,在任何时候都有可能在另一分叉上长出更长的链(虽然这种几率极小)。

在最新消息驱动( LMD )GHOST 方法中,算法运行是基于 “消息( message )”、也就是 attestation(“见证信息”)的。总的来说,拥有最多投票的分叉链就会被认为是 “权威链”。

上图展示了最新消息驱动 GHOST 方法的细节;笑脸符号代表见证信息,每个区块中有个数字,代表见证的数量总和,也就是该区块的权重。在上图中,虽然最上面那条链是最长链,但绿色那条才是 “权威链”。

Gasper

在以太坊 2.0 中,Casper 和 GHOST 合称为 Gasper,是以太坊 2.0 的核心共识协议。

让我们来看看 Justin Drake 在 EthCC 大会上对以太坊 2.0 做的简报。

上图的两个方框中,表示在分叉选择时的两种非法条件。左边方框表明,不允许在同个时间里,为两个不同的根状态投票(即,你不可以在同一时间投票给两个包含不同内容的 epoch)。右边方框表明,如果一个时段直接来自一些已敲定的时段,则不允许绕过这些时段来给新时段投票。换句话来说,不允许跳过当前的候选 epoch 而直接上票给将来的 epoch 。

图中下方展示两条似乎都被 “敲定” 的分叉链。第一个和第二个红圈所代表的 epoch 已经确定了,因为它们后面跟着已确定的第三epoch 和第四 epoch。然而第三、第四 epoch存在于两个平行分叉中,究竟那一条分叉才是 “权威链” 呢?

根据第一条规则:不允许进行重复投票。简报中上面那条分叉似乎是合法的,因为其上已经有了一个确定的 epoch ,但下面的分叉中也有被确定的 epoch ,只是确定得稍稍晚了点!

这就总结出,下方分叉是无效的,因为如果按照后来被确定的 epoch 来形成一条链,就意味着前面被确定、但由于分叉而被跳过的 epoch,被 “环绕( surrounded)” 了起来;换句话说,一个新投出来的 epoch 接上了来自另一个分叉的 epoch。这种情形是不合法的——因为被确定的检查点必须按照时间顺序进行。如果发生了这种情况,很多的验证者会因为把票投给了一条 “非法链” 上的 epoch,而受到严重的惩罚。根据 “重复投票(double vote)” 和 “环绕投票(surroundedvote)” 规则可以辨识出哪些验证者在作恶,而作恶代价将是非常高昂的。

以上就是全部内容!如果你是验证者,请确保自己在一个 slot 中只投了一次票,并确保你的投票结果与其他人的投票结果一致,以避免被罚没(别担心,这些功能都会集成到以太坊 2.0 客户端)。

希望本文帮你弄清楚辩护(justification)与确定化(finalization)的定义,如果还有不明白的地方,请通过推特告诉我。最后,感谢 DustinMamyJustin 和 Danny 的协助!


原文链接: https://our.status.im/two-point-oh-justification-and-finalization/
作者: Bruno Škvorc
翻译&校对: IAN LIU & 阿剑

本文由原作者授权 EthFans 翻译及再出版。


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