以太坊Ghost协议

在比特币中,每个区块的出块时间被设置为10分钟,为什么需要10分钟呢?按照常识来说,出块速度越快可以打包的交易就越多,系统的吞吐率也就越高。

根据前文可知,想要提高出块速度就要降低挖矿难度,我们假设这样一种场景;

在比特币中,每个区块的出块时间被设置为10分钟,为什么需要10分钟呢?按照常识来说,出块速度越快可以打包的交易就越多,系统的吞吐率也就越高。

根据前文可知,想要提高出块速度就要降低挖矿难度,我们假设这样一种场景; 场景

当挖矿难度降低以后,最新区块有可能被多个矿工同时挖出,比如上图中的A,B,C,D,E区块可能被网络中的不同矿工同时挖出,当A被挖出的时候,还没广播到其余矿工,其余矿工还在基于区块4继续挖矿,这样就会产生区块B,C,D,E。

由于其余矿工接收到最长高区块后,就不会再接收同一高度的区块了,相当这个区块相当于将网络进行了分区,分为了5个区域A,B,C,D,E,每个矿工按照自己接收到的最长链进行挖矿,这样算力就被分散了。 分区

这个时候不需要51%的算力,只需要21%的算力就可以快速挖出最长链,提高出块速度后链更容易产生分叉,一定程度上浪费了算力,也降低了链的安全性。

甚至在更坏的情况下,频繁出现分叉,在分叉上继续出现分叉导致整个链不可用。

以太坊

以太坊中的出块时间被缩短为了15s,意味着比特币中长出块时间所解决的问题都将在以太坊中暴露出来。 在图二中,假如区块A由矿池挖出,后续矿池的挖矿算力都会基于区块A继续挖掘,而其他节点可能基于B,C挖掘但是由于矿池网络更好,连接了更多的节点,新区块的广播更快的传播到网络中其它节点,因为这些优势,矿池的区块更可能成为最长链,而其余的的分叉区块将得不到挖矿奖励,显然不利于个人矿工或者小矿池。

假设一个大型矿池A打包了区块A,继续在A的基础上挖A1,而挖出区块B的矿工为了自己的挖出的区块不被丢弃,保护自己的利益就需要继续挖B1希望能成最长链,这显然不是以太坊所希望的。

聚焦一下问题;

  • 出块速度快导致链频繁分叉,难以确定最长链;
  • 矿池因为网络,算力优势具备了不对称的优势;

为了解决这两个问题,以太坊引入了Ghost协议来解决这些问题。 以太坊中出现了频繁分叉,为了尽快确定最长链就需要尽快的合并这些分叉。

叔块(Uncle block)

以太坊创造了一个新的名词叔块,如下图所示; 叔块

对高度4的区块来说,3号区块是他的父区块,两个叔块是3号区块的兄弟区块,是4号区块的叔叔,于是,叔块就是这么得名的。

虚线部分仅仅用来陈述关系,不表示有实际连接

在Ghost协议中,当区块4被挖出的时候可以包含一个叔块,叔块获得7/8的出块奖励,而区块4可以得到1/32的额外奖励。

一个区块最多包含两个叔父区块。

但是这样做有几个问题;

  • 叔父区块可能不只两个,这样一次就可能不能包含全部区块;
  • 可能区块4被挖出的时候,还没有感知到叔父区块,这样到只能到挖出区块5的时候才能在包含区块4的叔父区块;
  • 可能区块4由于某些原因就是不包含叔父区块,比如和挖出叔父区块的节点有竞争关系; 关系

如果一个区块允许包含过多的叔块,就会导致以太坊的产出过多,币价贬值,但是又为了保护矿工利益和尽快合并临时分叉,ghost协议放宽了叔父区块的限制,比如区块5也是可以包含区块4的叔父区块。

为了避免无限制的包含叔父区块,以太坊又加了这样一条限制,每一个区块只能包含自己前7个区块的叔块奖励,而且每离自己远一个区块,那个叔父区块获得的奖励就减小1/8。

叔块获得最少区块的奖励是2/8

通过这样的方式就解决了上面的前两个问题,第三个问题也很好解决,因为一个矿工很难连续挖出区块,所以也可以解决。

往前推7个区块是为了避免实现的复杂性,因为既要保存区块,又要记录同一高度区块的大量区块会导致状态非常复杂。

还要注意的一点是包含的叔父区中的交易并不执行,叔父区块的交易不一定是非法的,但是如果执行则可能造成主链上交易变成非法交易,所以并不需要执行。

包含的叔块只能是单个区块,如果在叔块后还有区块则不包含,这个也很好理解,如果是分叉的第一个区块可以理解为是巧合或者网络传播太慢,但是当感知到这个不是最长链的时候,还基于分叉挖矿则可以认为是恶意节点。

本文作者是深入浅出区块链共建者清源,欢迎关注清源的博客,不定期分享一些区块链底层技术文章。

深入浅出区块链 - 打造高质量区块链技术博客,学区块链都来这里,关注知乎微博

本文参与登链社区写作激励计划 ,好文好收益,欢迎正在阅读的你也加入。

  • 发表于 2019-12-16 10:16
  • 阅读 ( 3490 )
  • 学分 ( 20 )
  • 分类:以太坊

你可能感兴趣的文章

相关问题

0 条评论

请先 登录 后评论
清源
清源

12 篇文章, 310 学分