以太坊Ghost协议和叔块

  GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）是一种主链选择协议（不是侧链选择协议）。举例来讲：经典的Proof-of-Work（POW）是以取最长的主链为基本原则，GHOST协议则是以包含子树数目最多为基本原则。

  POW协议不能以太快的频率（上图的Block Generation Rate）发布新的区块，由于太快发布区块，区块中的数据重复验证6次（若干次）当即永久封存地区块中，一旦51%算力攻击一旦发生，double-spend等糟糕问题会出现，恶意的数据容易永久封存于区块中，整个blockchain系统须要足够长的时间来处理和恢复黑客恶意攻击所形成的破坏——这段时间能够理解为系统的有效修复时间，也能够理解为交易信息被确认的等待时间，从安全的角度，显然这段时间越长，交易数据可靠性被验证的越多，因此越可靠。
  相比而言，GHOST协议就没有这个问题了，由于在GHOST协议控制下， “区块发布太快” 和 “51%攻击持续性地控制主动权” 两者没有必然的关系，GHOST不是采用绝对算力优点获取主动权的协议。这也是为何以太坊的出块速度要远远大于区块链。

  在比特币协议中，最长的链被认为是绝对的正确。若是一个块不是最长链的一部分，那么它被称为是“孤块”。一个孤立的块也是合法的，可是发现的稍晚，或者是网络传输稍慢，而没有能成为最长的链的一部分。在比特币中，孤块没有意义，随后将被抛弃，发现这个孤块的矿工也拿不到采矿相关的奖励。例如：挖矿节点A是一个矿池占有全网30%的算力，挖矿节点B占有全网算力的10%，节点A会有70%的几率产生废块，节点B有90%的几率产生废块. 若是新旧区块之间产生的间隔过短, 则节点A会由于规模效应而比B节点更为高效。因此新旧区块的间隔太短会致使单一的矿池主导全网的挖矿过程。
  这个问题在以太坊中获得了很好的解决，根据GHOST协议，不认为孤块没有价值，而是会给与发现孤块的矿工以回报。孤块被称为“叔块”(uncle block)，它们能够为主链的安全做出贡献，也一样能得到奖励，这激励了矿工在新发现的块中去引用叔块，减小了孤块的产生。

Ghost协议解决了两个问题：摒弃了单一的最长链原则, 取而代之的是最大子数原则；孤块奖励问题。

以下图所示：

若是单纯的计算最长链原则, 主链应该是 0 -> 1B -> 2D -> 3F -> 3F -> 4C -> 5B.
若是采用了GHOST协议, 之前的"废块"也会被考虑到主链的计算量中.每个节点下含一个子树, 兄弟节点之间子树节点最多的被选为主链. 这样一来 0 -> 1B -> 2C -> 3D -> 4B 成为主链,
若是采用GHOST协议, 一个攻击者仅仅提供一个1A到6A的长链并不能被认为是主链.

Ghost协议的优点在于：

• 以太坊十几秒的出块间隔，大大增长了孤块的产生，而且下降了安全性。经过鼓励引用叔块，使引用主链得到更多的安全保证（由于孤块自己也是合法的）
• 比特币中，采矿中心化(大量的集中矿池)成为一个问题。Ghost协议下，叔块也是可以得到报酬，能够必定程度上缓解这个问题。

孤块奖励问题：

• 主链节点得到base reward；
• 一个节点最多引用两个叔块；
• 叔块必须是区块的前2层~前7层的祖先的直接子块；
• 被引用过的叔块不能重复引用；
• 引用叔块的区块，能够得到挖矿报酬的1/32，也就是51/32=0.15625 Ether，最多得到20.15625=0.3125 Ether；
• 主链节点的兄弟（非主链节点）得到 ((叔块高度+8-当前块的高度)/8 )*base reward，以下图表格所示；
• 交易费用(transaction fee)不会分配给叔块

被引用的叔块，其矿工的报酬和叔块与区块之间的间隔层数有关系。

间隔层数	报酬比例	报酬(ether)
1	7/8	4.375
2	6/8	3.75
3	5/8	3.125
4	4/8	2.5
5	3/8	1.875
6	2/8	1.25

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