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；

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。

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；

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；

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。