ASP:科普 | Casper FFG 的可审计安全性和近似活性

作者:AdityaAsgaonkar

翻译&校对:IANLIU&阿剑

来源：以太坊爱好者

感谢CarlBeekhuizen的审阅。

区块链需要向用户提供两种保障——1）区块的确定性和2）.区块链的活性——区块链的底层共识机制就负责提供这两种保障。以太坊2.0中，共识过程只在信标链上发生，并使用CasperFriendlyFinalityGadget(FFG)机制来帮助达成共识。本篇文章旨在描述基本的FFG机制，并证明它能提供上述两种保障。

CasperFFG是一种“确定性工具”，这意味着CasperFFG规范了区块的确定性规则，并能在事件发生之后检查区块的确定性。FFG机制与链的增长脱钩，可以作为独立组件附加在任意可用的区块链协议上来提供区块确定性。因为CasperFFG机制没有能够保证区块链活性的策略，因此从这个角度来看，它并不算是完全成熟的共识协议。让我们先从CasperFFG的结构开始，然后深入CasperFFG机制的规则，最终了解它提供的安全性&活性保证。

投票

火币推出《一分钟读懂DeFi》系列科普视频:据官方消息，8月24日，火币推出《一分钟读懂DeFi》系列科普视频，并与微博财经合作冠名播出，布道DeFi认知，助力行业发展《一分钟读懂DeFi》是由火币成长学院打造的业内首个系统全面讲解DeFi的系列科普动画，继推出《区块链100问》后的再续佳作。《一分钟读懂DeFi》系列动画对DeFi的发展进行系统梳理，适合想要由浅入深、全面系统了解区块链DeFi的人们轻松了解DeFi。目前视频已由火币网官方微博发布。[2020/8/24]

验证者通过提交见证消息”）来对链上的区块投票。投票的格式为，包含两部分信息：来源区块目标区块——目标区块必须是S的派生区块具体来说，投票所包含的信息包括验证者的数字签名、用于确认区块的区块哈希和块高。

合理化与确定性达成

合理化与确定性达成是CasperFFG共识过程的两个阶段，可以和传统拜占庭容错共识的“prepare”和“commit”阶段做横向对比。

动态 | 人民日报官方微博科普区块链 强调区块链不等于比特币:人民日报官方微博今早发表9图科普区块链。其中涉及区块链的特点有：1、安全；2、不可篡改；3、可访问；4、无第三方。区块链对未来的影响：1、不需繁琐个人证明；2、看病避免反复检查；3、旅行消费更加便捷；4、交易无需第三方。同时强调，区块链不等于比特币。比特币只是区块链技术的一种应用，区块链还有医疗卫生、食品安全、版权保护等诸多应用领域。[2019/10/28]

-因具备2/3以上的验证者投票，区块A&区块B得到合理化-

合理化：只要某区块B满足下列条件，则该块就被合理化：

区块B是创世区块，或

超过2/3以上的验证者将选票投给(A,B)，其中B是A的后代区块，且A在此前已被合理化。

声音 | 中科院姚建铨：要加快推进区块链与物联网融合的科普 培训:据新华网消息，日前，在区块链与物联网融合发展峰会上，中国科学院院士姚建铨说，关注区块链技术里面的大数据，跟区块链技术结合起来进行测量和检测，能更好地提升激光清洗技术。姚建铨建议，无锡今后要加快推进区块链与物联网融合的科普、培训，正确引导广大人民群众对技术的认知；同时，建立专业、权威，但又普适、成套的理论体系和标准，以此切入区块链的实际应用。[2018/9/18]

确定性：只要区块B满足以下条件，即获得确定性：

区块B是创世区块，或

B已满足合理性，且有超过2/3的验证者选票投给(B,C)，其中C是B的直系子块。

注意：关于确定性的定义，在以太坊2.0中CasperFFG有更一般化的定义，详见此文。使用上文这种表述是为了保证通俗易懂。

CasperFFG规则

CasperFFG只有两条简单的限制规则，应用这两个规则就能防止验证者同时给(S1,T1)和(S2,T2)投票：

区块高度(T1)=区块高度(T2)，或

区块高度(S1)<区块高度(S2)<区块高度(T2)<区块高度(T1)

科普时报：区块链与云计算长期发展目标不谋而合:据《科普时报》今日报道，区块链与云计算两项技术的结合，从宏观上来说，一方面，利用云计算已有的基础服务设施或根据实际需求做相应改变，实现开发应用流程加速，满足未来区块链生态系统中初创企业、学术机构、开源机构、联盟和金融等机构对区块链应用的需求。另一方面，对于云计算来说，“可信、可靠、可控制”被认为是云计算发展必须要翻越的“三座山”，而区块链技术以去中心化、匿名性，以及数据不可篡改为主要特征，与云计算长期发展目标不谋而合。[2018/5/4]

-CasperFFG规则违反情况一：区块高度(T1)=区块高度(T2)-

金色财经独家分析 监管机构、媒体、业界提示风险 区块链科普道阻且长:新华社今日发文表示，近来“区块链”类案件频发，不法分子以“投资虚拟货币周期短、收益高、风险低”为借口，取用户信任并诱使其转账进行投资。无独有偶，同日消息，腾讯手机管家安全专家也提醒此类风险，并从技术上提出防建议。在美国，监管机构警示加密货币欺诈现象普遍承诺高收益而不披露潜在风险。金色财经独家分析，不法分子假借新技术之名进行，一方面是抓住民众趋利的心理，一方面反映出区块链科普的欠缺。区块链是新兴科技和底层技术并有改变社会生产关系的潜力，应该进行系统性的科普教育，当前，部分大学已经开始设置了区块链课程，但对于普通民众仍然有科普的需求，人们应该了解到系统和正确的知识，不仅要了解区块链的好，也要明确局限和弊端，以在高收益的诱惑下，保持清醒客观。[2018/4/11]

-CasperFFG规则违反情况二：区块高度(S1)<区块高度(S2)<区块高度(T2)<区块高度(T1)-

安全性&活性

CasperFFG的设计目的，是提供共识安全性和针对区块敲定过程的活性。讲得具体点，CasperFFG提供以下保证：

可追责的安全性：如果两个相互冲突的区块都达成了确定性，则至少有1/3的验证者违反CasperFFG规则，而CasperFFG可以识别出这些验证者。

近似活性：无论协议运行处于什么状态，验证者都能继续履行职责、能在不违反CasperFFG规则的前提下敲定新区块。

尽管和传统的BFT文献相比，这里提到的安全性和活性定义不是那么规范，但这种诠释是非常适合用于分析区块链的确定性工具的！

事实上，熟悉BFT文献的人可能会觉得“近似活性”的概念简直异想天开；不过因为CasperFFG只是“确定性工具”，整个机制只要确保诚实的验证者能在不违反FFG规则的情况下推动推进协议，而不会被卡在任何一个环节，即可。

至于可追责安全性的定义，我们的重点是可追责性，然后这部分信息能够被权益证明机制沿用、用于在区块链上处罚恶意验证者。最终目的还是为权益证明机制提供信息，使后者的激励机制能生效，促使共识过程形成协议一开始设想的均衡状态。

安全性证明

假设两个相互冲突的区块A和B都被敲定了，那么可能有两种情况：

区块高度(A)=区块高度(B)

因为A和B在得到确定性之前先要获得合理性，则它们

各自都要收到至少2/3的验证者投票，这意味着一旦它俩都达到要求，则至少有1/3的验证者违反了CasperFFG规则。

区块高度(A)<区块高度(B)

为了让A达成确定性，需要超过2/3以上的验证者将选票投给(A,C)，其中C是A的子块。

为了让B达成合理性，则在B之前必须存在连续升序的区块，且每个区块都已经被它的后一区块合理化。假设区块B_m是这串连续区块中的首块，区块高度(A)<区块高度(B_m)。

注意，这串连续的区块不存在与区块A或C相同的块高，不然就变成了上一种情形。

现在假设我们将票投给(B_n,B_m)(其中n=m-1)，使得B_m获得合理性。则因为区块高度(B_m)、区块高度(B_m)皆

不等于区块高度(A)/区块高度(C)，因此情况一定是区块高度(B_n)<区块高度(A)<区块高度(C)<区块高度(B_m)。

这样一来我们就能说——至少有2/3的验证者违反了CasperFFG规则二。

-安全性证明，情况：区块高度(A)<区块高度(B)-

而且只要确认票证集合、找出冲突选票、检查验证者签名，就能轻易揪出违反CasperFFG规则的验证者。

活性证明

假设P_0是最新的合理区块，Q是曾得到过验证者投票的最新区块。

接下来，任何属于P_0子块的区块P_1都能在不违反FFG规则的情况下收到2/3验证者的的投票(P_0,P_1)，进而取得合理性。

P_1也能在不违反FFG规则的情况下收到2/3验证者的的投票(P_1,P_2)，进而获得确定性，其中P_2是P_1的子块。

因此，至少有一组验证者能够敲定新块。

进阶阅读材料

CasperFFG初版论文——?CaspertheFriendlyFinalityGadget

对Eth2.0应用CasperFFG方法的分析——?CombiningGHOSTandCasper

原文链接:?https://www.adiasg.me/2020/03/31/casper-ffg-explainer.html

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