Vitalik探討改進以太坊Casper CBC協議
上週三，以太坊創始人Vitalik Buterin在布拉格舉行的Devcon4大會上，公佈了以太坊發展路線（也被稱為以太坊2.0）的最新資訊，其中有一些內容，譯者在之前的文章《 ofollow,noindex" target="_blank">以太坊2.0協議核心Beacon鏈詳解 》中已經有所提及，而更新的內容包括新鏈將以Serenity為名（之前被稱為Shasper,意指分片和Casper的結合），其包含了Casper、分片、EWASM以及其他一些協議，它會是一條新的區塊鏈，並與當前的以太坊PoW鏈同時存在，且相互連線。
而在第一階段，以太坊開發者們將交付基礎beacon鏈，第二階段則是推出分片資料鏈，第三階段就是啟用狀態交易（EWASM），最後則是迭代、改進以及新增新技術。
而在本文當中，我們將探討beacon鏈的Casper共識機制，Casper共識機制其實有兩個大的版本，一個是Casper FFG（Vitalik版），而另一個則是本文要講到的Casper CBC（Vlad版）。
（圖片來自： Blockchains Expert ）
以下內容譯自Vitalik最新發布的帖子《 Casper CBC lite via committees》
Casper CBC 的工作流程大致如下：
- 驗證者發出訊息；
- 每則訊息指定驗證者正在投票的區塊，並且還指定了驗證者從其他驗證者處收到的最新訊息。
- 驗證者正在投票的區塊，必須等於或繼承自GHOST分叉選擇規則的頭部區塊（使用其他驗證者的最新訊息作為輸入）
- 唯一的削減條件是（i）上述規則，（ii）驗證者不能生成具有相同序列號的兩則訊息，(iii)在後面的訊息中，驗證者不能引用具有（比早期訊息中的驗證者所引用的訊息）更早序列號的訊息；
- 最終確定性是內生的：在某些時候，當有多輪驗證者對X的後代進行投票時，從數學上講，如果沒有大量驗證者發出無效訊息，頭部就不可能切換到非X塊；而少於這個量的限制，可使用各種啟發式演算法進行檢測和測量。
下面是一個GHOST分叉選擇規則的例項。 字母A，B，C，D，E代表著最近發生的5次投票。
第一個選擇在綠色和黃色塊之間。最後綠色塊獲勝了，這是因為有三張選票來自綠色塊，而只有兩張選票來自其競爭者黃色塊。第二次選擇是在紅色塊和藍色塊之間。而藍色塊以2:1的比分獲勝，而藍色塊只有一個橙色的子塊，所以橙色塊是獲勝者。
這樣做而導致的效率問題是顯而易見的：每則訊息都需要引用它已經看到的所有其它訊息，這可能會導致 O(N^2) 的資料複雜性；
本文探討了一種緩解資料複雜性的特定策略，相較於每個驗證者的投票，都是在每個其他驗證者訊息的GHOST分叉選擇規則進行評估，其中驗證者被明確地分配給m個其他驗證者的私人委員會（可能是32≤m≤256），並且在他們的訊息當中，必須包含對這些m個驗證者簽名的引用。
這種引用可以按序列號，或者通過這些簽名已包含在鏈中的位置來完成。削減條件可簡單地檢查這些訊息實際上是否代表GHOST分叉選擇評估m則其他訊息，並且計數器總是遞增的。
更具體地說：
1、對於接受一則訊息的鏈，要麼 (i) 訊息必須對鏈中的區塊進行投票，要麼（ii）該訊息投票的鏈外（off-chain）區塊必須被納入一個叔塊（uncle）； 2、對於接受一個叔塊的鏈，這個叔塊的父塊必須 (i)是該鏈的一部分，或者（ii）已經被納入了鏈中，並作為一個叔塊； 3、對於一條接受一則訊息的鏈，引用其最新集的所有訊息，都必須被接受； 4、每則訊息都有一個序列號。對於一條接受帶有序列號為n訊息的鏈，它必須已接受了來自序列號為0....n−1驗證者的訊息； 4、驗證者可以對具有相同序列號的兩則訊息進行削減處理，或者也可以削減一則投票x的訊息，其中訊息中包含的證據不能證明投票x；
如果委員會足夠大，它們將接近整個驗證者集。並且你可以試探性地確定驗證者的數量。 下面是相關的程式碼：
github.com ethereum/research/blob/659f0b31f9337b3e7ee4bde45cdb93c0ed4fd390/graph_cbc/graph_cbc.py
import random VALIDATORS = 5000 EDGES = 255 FINALITY = 4000 assert EDGES % 2 == 1 neighbors = 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:
注意，這部分程式碼是擷取的，完整程式碼可訪問：https://github.com/ethereum/research/blob/659f0b31f9337b3e7ee4bde45cdb93c0ed4fd390/graph_cbc/graph_cbc.py
結果就是m ≈ 256 ，容錯率似乎接近20%，非常接近 Casper CBC兩輪內最大的可能值25%。雖然我們失去了幾個百分點的安全性，但我們獲得了一個令人驚訝的簡約協議表示，否則的話，就可能需要一些相當複雜的資料結構。
此外，請注意，這種Casper CBC的風格，基本上與Avalanche（雪崩協議，DAG 結構）的工作方式非常相似，其中每個節點通過對其他節點委員會進行調查而獲得共識。這裡的主要區別在於，委員會是通過協議選擇的，削減條件會強制執行合規性，而GHOST則被用作分叉選擇規則，以擴充套件N元共識鏈，從而有效地實現經濟安全。這表明可能存在著一個更為通用的框架，它可以有效地包含Casper CBC以及Avalanche；
進一步的工作：
- Casper CBC的容錯性，可通過增加的等待回合數，來提高到 （1/3-ϵ）。那麼我們是否可以用一種類似的技術，將容錯率提高到20%以上呢？
- 有沒有辦法，在這個設定當中讓分片自然地發生呢？一般而言，這種目標，可用某種DAG技術來替換鏈式機構來完成，其中每個區塊都知道其分片的父級，以及其他分片中的的第十個最新和較舊的區塊，並且期望驗證者，僅完全驗證尚未被足夠大的驗證者樣本所驗證的區塊；