Vitalik探讨改进以太坊Casper CBC协议

近日，以太坊创始人Vitalik Buterin在布拉格举行的Devcon4大会上，公布了以太坊发展路线（也被称为以太坊2.0）的最新信息，其中有一些内容，译者在以前的文章《以太坊2.0协议核心Beacon链详解》中已经有所说起，而更新的内容包括新链将以Serenity为名（以前被称为Shasper,意指分片和Casper的结合），其包含了Casper、分片、EWASM以及其余一些协议，它会是一条新的区块链，并与当前的以太坊PoW链同时存在，且相互链接。

而在第一阶段，以太坊开发者们将交付基础beacon链，第二阶段则是推出分片数据链，第三阶段就是启用状态交易（EWASM），最后则是迭代、改进以及添加新技术。

而在本文当中，咱们将探讨beacon链的Casper共识机制，Casper共识机制其实有两个大的版本，一个是Casper FFG（Vitalik版），而另外一个则是本文要讲到的Casper CBC（Vlad版）。

如下内容译自Vitalik最新发布的帖子《Casper CBC lite via committees》

Casper CBC 的工做流程大体以下：

1. 验证者发出消息；

2. 每则消息指定验证者正在投票的区块，而且还指定了验证者从其余验证者处收到的最新消息。

3. 验证者正在投票的区块，必须等于或继承自GHOST分叉选择规则的头部区块（使用其余验证者的最新消息做为输入）

4. 惟一的削减条件是（i）上述规则，（ii）验证者不能生成具备相同序列号的两则消息，(iii)在后面的消息中，验证者不能引用具备（比早期消息中的验证者所引用的消息）更早序列号的消息；

5. 最终肯定性是内生的：在某些时候，当有多轮验证者对X的后代进行投票时，从数学上讲，若是没有大量验证者发出无效消息，头部就不可能切换到非X块；而少于这个量的限制，可以使用各类启发式算法进行检测和测量。

下面是一个GHOST分叉选择规则的实例。 字母A，B，C，D，E表明着最近发生的5次投票。

第一个选择在绿色和黄色块之间。最后绿色块获胜了，这是由于有三张选票来自绿色块，而只有两张选票来自其竞争者黄色块。第二次选择是在红色块和蓝色块之间。而蓝色块以2:1的比分获胜，而蓝色块只有一个橙色的子块，因此橙色块是获胜者。

这样作而致使的效率问题是显而易见的：每则消息都须要引用它已经看到的全部其它消息，这可能会致使O(N^2)的数据复杂性；

本文探讨了一种缓解数据复杂性的特定策略，相较于每一个验证者的投票，都是在每一个其余验证者消息的GHOST分叉选择规则进行评估，其中验证者被明确地分配给m个其余验证者的私人委员会（多是32≤m≤256），而且在他们的消息当中，必须包含对这些m个验证者签名的引用。

这种引用能够按序列号，或者经过这些签名已包含在链中的位置来完成。削减条件可简单地检查这些消息其实是否表明GHOST分叉选择评估m则其余消息，而且计数器老是递增的。

更具体地说：

1. 对于接受一则消息的链，要么 (i) 消息必须对链中的区块进行投票，要么（ii）该消息投票的链外（off-chain）区块必须被归入一个叔块（uncle）；

2. 对于接受一个叔块的链，这个叔块的父块必须 (i)是该链的一部分，或者（ii）已经被归入了链中，并做为一个叔块；

3. 对于一条接受一则消息的链，引用其最新集的全部消息，都必须被接受；

4. 每则消息都有一个序列号。对于一条接受带有序列号为n消息的链，它必须已接受了来自序列号为0….n−1验证者的消息；

5. 验证者能够对具备相同序列号的两则消息进行削减处理，或者也能够削减一则投票x的消息，其中消息中包含的证据不能证实投票x；

若是委员会足够大，它们将接近整个验证者集。而且你能够试探性地肯定验证者的数量。 下面是相关的代码：

github.com ethereum/research/blob/659f0b31f9337b3e7ee4bde45cdb93c0ed4fd390/graph_cbc/graph_cbc.py
复制代码

import randomVALIDATORS = 5000
EDGES = 255
FINALITY = 4000assert EDGES % 2 == 1neighbors = list(range(VALIDATORS))
edgelist = neighbors * EDGES
random.shuffle(edgelist)
edges = [edgelist[i*EDGES:i*EDGES+EDGES] for i in range(VALIDATORS)]last_votes = '1' * FINALITY + '0' * (VALIDATORS - FINALITY)while 1:
    new_zeroes = []
    for i in range(VALIDATORS):
        votes_for_0 = len([e for e in edges[i] if last_votes[e] == '0'])
        if votes_for_0 * 2 > EDGES:
复制代码

注意，这部分代码是截取的，完整代码可访问：https://github.com/ethereum/research/blob/659f0b31f9337b3e7ee4bde45cdb93c0ed4fd390/graph_cbc/graph_cbc.py
复制代码

结果就是m ≈ 256 ，容错率彷佛接近20%，很是接近 Casper CBC两轮内最大的可能值25%。虽然咱们失去了几个百分点的安全性，但咱们得到了一个使人惊讶的简约协议表示，不然的话，就可能须要一些至关复杂的数据结构。

此外，请注意，这种Casper CBC的风格，基本上与Avalanche（雪崩协议）的工做方式很是类似，其中每一个节点经过对其余节点委员会进行调查而得到共识。这里的主要区别在于，委员会是经过协议选择的，削减条件会强制执行合规性，而GHOST则被用做分叉选择规则，以扩展N元共识链，从而有效地实现经济安全。这代表可能存在着一个更为通用的框架，它能够有效地包含Casper CBC以及Avalanche；

进一步的工做：

1. Casper CBC的容错性，可经过增长的等待回合数，来提升到 （1/3-ϵ）。那么咱们是否能够用一种相似的技术，将容错率提升到20%以上呢？

2. 有没有办法，在这个设置当中让分片天然地发生呢？通常而言，这种目标，可用某种DAG技术来替换链式机构来完成，其中每一个区块都知道其分片的父级，以及其余分片中的的第十个最新和较旧的区块，而且指望验证者，仅彻底验证还没有被足够大的验证者样本所验证的区块；

原文：https://ethresear.ch/t/casper-cbc-lite-via-committees/3916

做者：Vitalik Buterin

编译：洒脱喜

稿源（译）：巴比特资讯（http://www.8btc.com/casper-cbc-vitalik)