ALI: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)”

Reddit利用Arbitrum扩展其基于以太坊的社区积分系统:金色财经报道，Reddit正在与第2层解决方案Arbitrum合作扩展其基于以太坊的社区积分系统。Reddit周四表示，Arbitrum击败了其他21名参赛者，其他被考虑的项目包括Solana、StarkWare和Polygon等。据悉，Reddit的社区积分是ERC-20代币，Reddit用户可以通过发表高质量评论或其他贡献来赚取这些积分，可用于购买专属徽章、自定义表情符号和GIF等。据报道，升级会将Moons和Bricks代币从测试网转移到主要的以太坊区块链，但交易将通过扩容解决方案Arbitrum进行。[2021/7/23 1:10:17]

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)。

数据：以太坊上封装BTC数量达25万:数据显示，当前，以太坊上封装BTC数量已达25万。（The Block）[2021/7/8 0:37:10]

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，

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。

以太坊未确认交易为101,892笔:金色财经消息，据OKLink数据显示，以太坊未确认交易101,892笔，当前全网算力为273.90TH/s，全网难度为3.64P，当前持币地址为51,126,686个，同比增加111,150个，24h链上交易量为3,011,297.35ETH，当前平均出块时间为13s。[2020/12/11 14:51:01]

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。

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。

以太坊未确认交易63730笔:据Etherscan.io数据显示，以太坊未确认交易63730笔。当前挖矿难度2256.83TH，交易处理能力6.2 TPS。截至目前以太坊全球均价为223.06美元，最近24小时跌幅为3.5%。[2020/3/4]

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。

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

公告 | Gate.io支持2月底以太坊ETH君士坦丁堡升级:据官方消息，由于开发人员发现了新的代码漏洞，原计划进行的以太坊君士坦丁堡（Constantinople）升级被推迟到本月底。本次分叉将在第7,280,000区块发生，预计分叉日期为2月27日。Gate.io将会支持本次以太坊ETH君士坦丁堡升级。[2019/2/18]

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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