SPE:详解以太坊PoS共识Gasper：现在的以太坊是如何运行的？_CAS

原文作者：@LuozhuZhang

原文编译：0x711，BlockBeats

众所周知，PoS以太坊的共识协议是「Gasper」，它是在LMD-GHOST之上应用CasperFFG构建的。所以要想搞清楚完整的以太坊共识协议，就必须了解这两个部分。此外，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进，以及它们简单的工作流程。

PoS共识算法的三大流派如下：

1.Nakamoto-inspired

2.PBFT-inspired

3.CBCCasper

Nakamoto-inspiredPoS是一种基于链的算法，模拟在PoW中挖矿。它通过伪随机选择验证者来创建新区块。其在2012年的「Peercoin」论文中首次提出，peercoin是基于权益证明共识的第一个加密货币。

PBFT-inspiredPoS基于多年对拜占庭容错的研究。在2014年的「Tendermint」论文中首次提出。一般来说，这些算法会选择一个代表账本规范交易的唯一链。

Casper直接继承了BFT算法，做了一些修改。CBCCasper是由@VladZamfir提出的，有一些很好的资料可以更充分地解释它。

V神的CBCCasper教程

VladZamfir写的CBCCasper历史

CBCCasper介绍视频

虽然以太坊最终选择了CasperFFG而不是CBCCasper，但对CBCCasper的研究也很有价值，比如满足以太坊需求的分叉选择规则「LMD-GHOST」。CasperFFG由V神和VirgilGriffith在2017年提出，引入了justification和finalization的概念，并引入了slashingconditions和动态验证者机制，这些都是非常重要的特性。

CasperFFG用于保证「最终性」，这在PoW中是不存在的。简单来说，每个验证者都会对检查点进行投票，经过两轮投票后，检查点将被「最终确定」。

所有最终确定的检查点都成为规范链，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」之后的区块可以随意分叉，但之前的区块不允许分叉。

CasperFFG除了通过「最终性」来保证区块链安全外，还引入了slashing条件来惩罚所有违反规则的验证者，所有违反规则的验证者都将被跟踪和惩罚。

除此之外，CasperFFG是无需许可的，pBFT通过一个列表来维护共识，只有列表中的人才能成为参与者。CasperFFG构建了动态验证者机制，所有验证者可以自由进出。CasperFFG用于保证「最终性」和「安全性」，负责确认区块的最终状态，但不负责创建新区块，所以它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，该规则最早在2013年的一篇论文中提出。2017年，@VladZamfir在CBCCasper工作时，他尝试将GHOST与Casper结合，产生了一个变种「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新区块，需要分叉选择规则。PoW使用的是最长链规则。思路是锻造最长的链需要最多的算力，所以这条链是最可信的。所以当所有矿工添加新区块时，他们会默认在最长的链上添加。

GHOST的思路与此类似，其选择票数最多的链而不是高度最长的链，LMD-GHOST做了一些修改，只考虑最近的投票。

LMD-GHOST的规则很简单：

-从创世区块开始；

-每次有分叉，选择票数多的分支；

-重复，直至找到blockleaf；

-返回链的头部；

这是CasperFFG和LMD-GHOST的演变以及它们如何工作，它们共同保证「安全」「活性」。LMD-GHOST允许提议者随时创建新区块，新区块将按照分叉选择规则添加到权重最大的链上。虽然CasperFFG将根据所有验证者的投票最终确定一个规范链。所有忠诚节点默认接受规范链，从而获得安全。

共识真的很有意思，以太坊对PoS的研究始于2014年，2022年完成了合并。这是一条漫长而曲折的道路，过程中诞生了许多奇妙的想法、设计和工程。

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