GASPER

Gasper 是友好的最终确定性工具 Gasper (Casper-FFG) 和 LMD-GHOST 分叉选择算法的组合。

它们组成了一种共识机制，使采用权益证明的以太坊保持安全。

Casper 是一种能将特定区块更新为“最终确定”状态的机制，使网络的新加入者确信他们正在同步权威链。

当区块链出现多个分叉时，分叉选择算法使用累计投票来确保节点可以轻松选择正确的分叉。

请注意，Casper-FFG 的初始定义已稍作更新，以纳入 Gasper。

撰写此页面时，我们考量的是更新后的版本。

GASPER 的作用

Gasper 在权益证明区块链中具有最重要的地位——节点提供以太币作为安全保证金，但如果他们在提议或验证区块链时过于懒惰或不诚实，保证金就会被销毁。

Gasper 是一种定义验证者如何受到奖惩的机制，决定要接受和拒绝哪个区块，以及将区块建在哪个区块链分叉上。

什么是最终确定性？

“最终确定性”是某些区块的属性，意味着除非出现严重的共识失败，且攻击者至少销毁了总质押以太币的 1/3，否则这些区块将不能回滚。

最终确定的区块可以解读为区块链是确定无疑了的。

区块必须完成“两步走”升级程序才能最终确定下来。

区块必须获得总质押以太币 2/3 的投票，才能纳入权威链。

此条件可将区块升级至“合理”状态。

合理的区块不大可能回滚，但满足某些条件时也可以回滚。

当一个合理区块上有另一个区块被合理化，那前者就被升级为“最终确定”状态。

确定一个区块就是承诺将该区块纳入权威链。

除非攻击者销毁数百万以太币（几十亿美元），否则该区块不会回滚。

并非每个时隙都会发生这种区块升级。 相反，只有时段边界的区块才能是“合理”和“最终确定”状态。

这些区块一般被称为“检查点”。

升级涉及成对的检查点。

两个连续的检查点之间必须存在”绝对多数链接 🔗”

（即：总质押以太币中有 2/3 投票认为检查点 B 是检查点 A 的正确衍生物），才能将存在时间更长的检查点升级为“最终确定”，而较新的区块则升级为“合理”。

由于最终确定需要三分之二同意某个区块是规范的，因此除非能满足以下条件，否则攻击者不可能另外创建一条最终确定链：

  • 拥有或控制总质押以太币的 2/3。

  • 至少销毁总质押以太币的 1/3。

之所以要满足第一个条件，是因为要最终确定一条链，需要质押以太币 2/3 的投票。

而第二个条件是因为，如果总质押的 2/3 对两个分叉表示支持，那么必然有 1/3 对两个分叉均进行了投票。

双重投票是会触发最大惩罚的罚没条件，总质押的 1/3 会被销毁。

截至 2022 年 5 月，此条件需要攻击者销毁价值约 100 亿美元的以太币。

Gasper 中用来合理化和最终确定区块的算法是友好的最终确定性工具 Casper (Casper-FFG) 的微调版。

激励和罚没

验证者将因诚实地提议和验证区块而获得奖励。

奖励将以发放以太币的形式提供，这些以太币将加入他们的质押额。

另一方面，缺席和调用时未能响应的验证者将会错过这些奖励，有时还会损失一小部分现有质押额。

然而，离线的处罚较小，在大多数情况下，仅仅是错失奖励的机会成本。

但是，有些验证者的操作很难无意为之，并且常为恶意行为，例如，为同一时隙提议多个区块、为同一时隙验证多个区块或者与以前的检查点投票背道而驰。

这些都是要接受更严厉惩罚的“可罚没”行为，罚没结果是验证者的部分质押额遭到销毁，以及验证者被移出验证者网络。

整个过程需要 36 天。 第一天，进行最高 0.5 以太币的初次罚款。 随后，被罚没验证者的以太币将在退出期一点点耗尽，但到第 18 天，他们会收到一个“相关惩罚”，即当更多的验证者都在大致相同的时间受罚时，惩罚将更重。 最大的惩罚是永久质押。 这些奖励和惩罚为激励诚实的验证者和挫伤网络攻击而立。

不作为惩罚

除了安全性，Gasper 还提供“可靠活性”。

条件是只要有三分之二的质押以太币遵守协议地诚实投票，不论是否发生其他任何活动（比如攻击、延迟问题或罚没），区块链都将被最终确定。

换言之，要阻止区块链被最终确定，必须以某种方式破坏总质押以太币的 1/3。

在 Gasper 中，有另一条防线防止活性失败，即“不作为惩罚”。

如果链未能在四个时段内最终确定，便会激活此机制。

对于未能积极证明主链的验证者，其质押货币将逐渐耗尽，直到主链重新获得总质押 2/3 的投票，以确保活性失败只是暂时的。

分叉选择

Casper-FFG 的原始定义包含一个分叉选择算法，该算法规定：follow the chain containing the justified checkpoint that has the greatest height，其中高度被定义为与创世区块之间的最大距离。 在 Gasper 中，原来的分叉选择规则被弃用，转而采用一种更复杂的算法，即 LMD-GHOST。

请务必了解，在正常情况下，分叉选择规则是不必要的 - 每个时隙都有一个区块提议者，并有诚实的验证者证明此区块。

只有在网络异步性较大或不诚实的区块提议者模棱两可的情况下，才需要分叉选择算法。

然而，当这些情况确实出现时，分叉选择算法是确保正确链的关键防御。

LMD-GHOST 代表“最新消息驱动的最贪婪、最重的观测子树（Latest Message-Driven Greedy Heaviest Observed Sub-Tree）”。

该术语充满行话，用来定义一种算法：选择具有最大证明累积权重的分叉作为权威分叉（最贪婪、最重的子树）；如果从验证者那里收到多条消息，则只考虑最新的那个（最新消息驱动）。

在将最重的区块添加到权威链之前，每位验证者都会使用这个规则来评估每个区块。

参考资料

https://ethereum.org/zh/developers/docs/consensus-mechanisms/pos/gasper/