待字閨中開(kāi)發(fā)了一門(mén)區(qū)塊鏈方面的課程：《深入淺出ETH原理與智能合約開(kāi)發(fā)》杈绸，馬良老師講授。此簡(jiǎn)書(shū)文集記錄我的學(xué)習(xí)筆記企软。
課程共8節(jié)課庐扫。其中，前四課講ETH原理仗哨，后四課講智能合約形庭。
第三課分為三部分：
- 以太坊區(qū)塊結(jié)構(gòu)
- GHOST協(xié)議
- 搭建測(cè)試網(wǎng)絡(luò)
這篇文章是第三課第二部分的學(xué)習(xí)筆記：GHOST協(xié)議。
GHOST協(xié)議主要是解決一個(gè)普遍的矛盾厌漂，即全網(wǎng)的吞吐量和安全性之間的矛盾萨醒。在介紹以太坊GHOST協(xié)議之前，先來(lái)了解一下比特幣的最長(zhǎng)鏈機(jī)制苇倡。
1富纸、比特幣的最長(zhǎng)鏈機(jī)制
當(dāng)有兩個(gè)區(qū)塊挖出下一個(gè)區(qū)塊時(shí)囤踩，比特幣是怎么處理的呢？答案是采用最長(zhǎng)鏈機(jī)制晓褪。下面結(jié)合圖示說(shuō)明一下堵漱。
圖（1）中，某個(gè)時(shí)刻全網(wǎng)都在相同的區(qū)塊高度上（藍(lán)色圓圈）涣仿。各個(gè)節(jié)點(diǎn)都在競(jìng)爭(zhēng)挖礦勤庐，爭(zhēng)取下一個(gè)區(qū)塊的記賬權(quán)。幾乎在同時(shí)变过，左上方的節(jié)點(diǎn)挖出了橙色三角形的區(qū)塊埃元，右下方的節(jié)點(diǎn)挖出了綠色三角形的區(qū)塊，兩個(gè)區(qū)塊都被快速地廣播到附近的節(jié)點(diǎn)媚狰。
圖（2）中岛杀，區(qū)塊被繼續(xù)廣播，每個(gè)藍(lán)色區(qū)塊下都有兩個(gè)區(qū)塊崭孤，區(qū)塊鏈發(fā)生了軟分叉类嗤。
那接下來(lái)，哪條鏈才是正確的鏈呢辨宠，要看在下一次競(jìng)爭(zhēng)中遗锣，誰(shuí)先爭(zhēng)取到記賬權(quán)。
圖（3）中嗤形，橙色三角形的下一個(gè)區(qū)塊被找到精偿，然后廣播出去，所有橙色三角形區(qū)塊下都有橙色的五角星區(qū)塊赋兵，而綠色三角形的下一個(gè)區(qū)塊還沒(méi)有找到笔咽。此時(shí)橙色鏈比綠色鏈長(zhǎng)，下一次競(jìng)爭(zhēng)則是在橙色五角星區(qū)塊下挖礦霹期。
圖（4）顯示叶组，綠色三角形區(qū)塊會(huì)變成無(wú)效的區(qū)塊。
2历造、區(qū)塊鏈 POW 擴(kuò)容的兩難問(wèn)題
比特幣可以采用最長(zhǎng)鏈機(jī)制甩十，有一個(gè)重要的條件，即區(qū)塊產(chǎn)生的速度是每十分鐘一塊吭产。為什么是10分鐘呢侣监，這和2008年～2009年的一個(gè)研究有關(guān)，研究指出臣淤，在當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)條件下橄霉，在比特幣的P2P網(wǎng)絡(luò)中，1M的區(qū)塊廣播至全網(wǎng)95%的節(jié)點(diǎn)需要10分鐘左右荒典。比特幣就把這個(gè)時(shí)間做為區(qū)塊產(chǎn)生的時(shí)間酪劫。這樣有一個(gè)好處，能保證全網(wǎng)95%的節(jié)點(diǎn)都能接收到新區(qū)塊寺董，都在一個(gè)新的高度上競(jìng)爭(zhēng)覆糟。但同時(shí)也有一個(gè)負(fù)作用，就是造成全網(wǎng)的吞吐量很低遮咖，區(qū)塊只有一兆滩字，10分鐘才出一個(gè)，全網(wǎng)平均而言御吞，每秒大約只能有7筆左右的交易麦箍。
于是，2013～2014年左右陶珠，就有了擴(kuò)容相關(guān)方面的研究挟裂。而區(qū)塊大小和區(qū)塊生成速度是一對(duì)主要的考量。
比特幣區(qū)塊大小與區(qū)塊間隔
- 交易/區(qū)塊大小
- 新區(qū)塊生成速率
- 一個(gè)交易/區(qū)塊傳播到全網(wǎng)的時(shí)間
- 全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的同步狀態(tài)
- 廢塊率
- 系統(tǒng)的吞吐量
- 系統(tǒng)的安全性(主鏈的生成速度)
區(qū)塊大揍诽，能包含多一些交易诀蓉。區(qū)塊大，或者交易尺寸大暑脆，廣播至全網(wǎng)的時(shí)間會(huì)相應(yīng)變長(zhǎng)渠啤。
如果區(qū)塊間隔小，比如把10分鐘改成一分鐘添吗，則全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的同步狀態(tài)會(huì)變差沥曹，廢塊率也會(huì)變高。很多誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)的算力就被浪費(fèi)了碟联。
為了解決全網(wǎng)吞吐量和安全性這一對(duì)矛盾妓美，在2013年，有研究人員發(fā)表了GHOST協(xié)議論文玄帕。
3部脚、GHOST協(xié)議
3.1 Greedy Heaviest-Observed Sub-Tree
GHOST，貪婪最重可見(jiàn)子樹(shù)協(xié)議裤纹。
選取主鏈的原則改變?yōu)槟膫€(gè)區(qū)塊的子樹(shù)包含的有效區(qū)塊最多委刘。
如果單純的計(jì)算最長(zhǎng)鏈原則，主鏈應(yīng)該是 0<-1B<-2D<-3F<-3F<-4C<-5B.
如果采用了GHOST協(xié)議, 以前的"廢塊"也會(huì)被考慮到主鏈的計(jì)算量中鹰椒。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)下含一個(gè)子樹(shù), 兄弟節(jié)點(diǎn)之間子樹(shù)節(jié)點(diǎn)最多的被選為主鏈锡移。這樣一來(lái)，0<-1B<-2C<-3D<-4B 成為主鏈漆际。
如果采用GHOST協(xié)議淆珊， 一個(gè)攻擊者僅僅提供一個(gè)1A到6A的長(zhǎng)鏈并不能被認(rèn)為是主鏈。（注奸汇，圖中紅圈表示攻擊者的那條鏈施符。）
這里涉及到一個(gè)概念：叔塊往声。其定義是直系父區(qū)塊的兄弟區(qū)塊。以4B為例戳吝，它的直系父節(jié)點(diǎn)有3D, 2C, 1B等等浩销，那個(gè)這些父節(jié)點(diǎn)的兄弟節(jié)點(diǎn)3C, 3E, 2B, 2D, 1A都是4B的叔節(jié)點(diǎn)。
在前面學(xué)習(xí)區(qū)塊結(jié)構(gòu)時(shí)听哭，提到過(guò)區(qū)塊頭中有一個(gè)Number慢洋，它是指直系父節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，這里舉例說(shuō)明一下具體的含義陆盘。對(duì)于4B區(qū)塊普筹，它的Number是 4 ，因?yàn)樗懊嬗?<-1B<-2C<-3D四個(gè)區(qū)塊隘马。對(duì)于創(chuàng)世區(qū)塊太防，它的Number為 0 。對(duì)于3B祟霍，Number是3杏头，它前面有三個(gè)直系父節(jié)點(diǎn)：0，1B沸呐，2B 醇王。
3.1 獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)則
因?yàn)椴捎昧薌HOST協(xié)議，而不是比特幣的最長(zhǎng)鏈機(jī)制崭添，相應(yīng)地寓娩，以太坊的獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)則也發(fā)生了變化。規(guī)則如下呼渣。
主鏈節(jié)點(diǎn)獲得基本獎(jiǎng)勵(lì)棘伴，大都會(huì)版本是3個(gè)以太幣。
主鏈節(jié)點(diǎn)的兄弟非主鏈節(jié)點(diǎn)獲得 ((叔塊高度+8-當(dāng)前塊的高度)/8 )*基本獎(jiǎng)勵(lì)
這條規(guī)則的意思是一個(gè)叔塊離當(dāng)前新節(jié)點(diǎn)越遠(yuǎn)屁置，它獲得的獎(jiǎng)勵(lì)就越少焊夸。
還是以上圖為例。假設(shè)3D是新產(chǎn)生的區(qū)塊蓝角，對(duì)于其叔塊2B而言阱穗，高度相差1，所以它的獎(jiǎng)勵(lì)是（-1+8）/8 *基本獎(jiǎng)勵(lì)使鹅，即7/8*基本獎(jiǎng)勵(lì)揪阶。如果有2D，它也是可以獲得7/8*基本獎(jiǎng)勵(lì)患朱。而如果是1A能獲得獎(jiǎng)勵(lì)鲁僚，則它獲得6/8*基本獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)，一個(gè)當(dāng)前區(qū)塊只能包含兩個(gè)叔塊鏈接冰沙，此圖中可能是2B和2D侨艾；如果沒(méi)有2D，3D的兩個(gè)叔塊可能是2B和1A拓挥。
再多舉幾個(gè)例子蒋畜。如果2C是當(dāng)前區(qū)塊，1A可以獲得7/8*基本獎(jiǎng)勵(lì)撞叽。如果4B是當(dāng)前區(qū)塊，3C插龄、3E可能獲得7/8*基本獎(jiǎng)勵(lì)愿棋，2D、2B可能獲得6/8*基本獎(jiǎng)勵(lì)均牢，1A可能獲得5/8*基本獎(jiǎng)勵(lì)糠雨，這樣有一個(gè)代際遞減的過(guò)程。這樣設(shè)計(jì)是為了鼓勵(lì)你增大網(wǎng)速徘跪，不要落后主鏈太多甘邀。
- 主鏈的后續(xù)節(jié)點(diǎn)如果包含父節(jié)點(diǎn)(向上最多追溯7代)的兄弟節(jié)點(diǎn)(叔塊)獲得1/32的基本獎(jiǎng)勵(lì)。
比如垮庐，4B包含了叔塊3C松邪、3E，那它則可以額外多獲得1/32的基本獎(jiǎng)勵(lì)哨查。
一個(gè)節(jié)點(diǎn)最多包含2個(gè)叔塊逗抑。一個(gè)叔塊只能有一個(gè)后繼。（原因是為了防止獲得過(guò)多的獎(jiǎng)勵(lì)）寒亥。叔塊只驗(yàn)證頭部邮府，不驗(yàn)證Trie（狀態(tài)樹(shù)等信息）。
交易費(fèi)用(transaction fee)不會(huì)分配給叔塊溉奕。
12秒生成一塊褂傀。
目前的網(wǎng)絡(luò)條件下，叔塊的產(chǎn)生率大約在9%～10%加勤。
采用了GHOST協(xié)議后仙辟，以太坊的吞吐量也并沒(méi)有質(zhì)的提升，當(dāng)前大約12～20個(gè)交易每秒胸竞。在加密貓或者ICO大量運(yùn)行時(shí)欺嗤，還是很擁堵。以太坊2.0對(duì)此有兩個(gè)解決方案卫枝，一個(gè)是分片煎饼，另一個(gè)是運(yùn)行一個(gè)側(cè)鏈。
不足之處校赤，請(qǐng)批評(píng)指正吆玖。
