北京大学肖震老师《区块链技术与应用》公开课笔记20-ETH中的GHOST协议

北京大学肖震老师《区块链技术与应用》公开课笔记

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BTC 系统的出块时间为 10 分钟，而以太坊的出块时间缩短为 15 秒左右。 虽然系统响应时间和吞吐率得到有效提升，但也导致系统临时分叉成为常态，分叉数量增加。 许多。 这对共识协议来说是一个巨大的挑战。 在BTC系统中，不在最长合法链上的节点最终会失效，但在以太坊系统中，如果这样做，由于系统经常出现分叉，矿工很可能会无法开采。 它将被废弃，这将大大降低矿工的挖矿积极性。 对于个体矿工而言，与大型矿池相比存在天然劣势。

对此，以太坊设计了一个新的公式协议——GHOST协议（该协议并非原创，而是对原有Ghost协议的改进）。

GHOST协议 GHOST协议初始版本

如图所示，假设以太坊系统存在以下情况。 A、B、C、D 在四个分支上。 最后ethf是以太坊的分叉币吗，随着时间的推移，B所在的链成为最长的合法链，于是区块A、C、D全部失效。 但是为了补偿这些区块所属的矿工所做的工作，给这些区块一些“补偿”，它们被称为“Uncle Blocks”（叔块）。

规定区块E在发布时可以包含叔块A、C、D，叔块A、C、D可以获得区块奖励的7/8。 为了鼓励E包含叔块，规定每包含一个叔块可以获得额外1/32的区块奖励。为了防止E包含大量叔块，规定一个块可以最多只包含两个叔块，所以E最多只能包含A、C、D中的两个块作为自己的块奖励

假设一个矿工挖出了B，他沿着他所在的链继续挖，他知道A和自己是“同代”，那么他可以把A纳入区块挖矿，如果他在区块中听到C挖矿过程 如果你也是“peer”，你可以停止挖矿，将C包含进来，重新组织成一个新的区块重新挖矿。 实际上，由于挖矿过程的无记忆特性，这不会降低挖矿成功的概率。

初始版本错误：

因为叔块最多只能包含两个，如果图中有三个怎么办？ 矿工自私，故意不包含叔块ethf是以太坊的分叉币吗，导致叔块7/8的区块奖励损失，自己只损失了1/32。 如果两个大矿池A和B之间存在竞争关系，他们可以使用故意不包含对方的叔块，因为对自己的损失小，对对方的损失大。 新版Ghost协议

下图中的1是对上例的补充，F是E之后的新块。因为规定E最多只能包含两个叔块，所以假设E包含C和D。此时，F也可以把A当成自己的叔叔块（其实不是叔叔那一代，而是爷爷那一代）。 如果继续往下挖，F之后的新块仍然可以包含B的同行的块（假设E和F还没有包含）。 这样就有效解决了原版Ghost协议存在的上述不足。

但是这种方式仍然存在一定的问题。

我们把“叔叔”的概念扩展一下，但问题是，“叔叔”的定义应该是几代人？

如下图，M是区块链上的一个区块，F是它严格意义上的叔叔，E是它严格意义上的“祖父”。 以太坊中规定，如果M包含F代区块，则F将获得7/8的区块奖励； 如果 M 包含 E 代区块，则 F 将获得 6/8 的区块奖励，以此类推。 直到A代区块被包含，A获得2/8的区块奖励，之前的“叔块”对于M不再被认为是M的“叔块”。

对于M来说，无论涉及哪一代“叔叔”，区块奖励都是1/32的区块奖励。

换句话说，叔块的定义是它与当前块有七代以内的共同祖先（合法的叔块只有6代）。

这样方便所有节点记录。 此外，该协议还鼓励一旦发生分叉就合并。

以太坊奖励：

BTC：静态奖励（区块奖励）+动态奖励（交易手续费，比例小）

ETH：静态奖励（区块奖励+包含叔块的奖励）+动态奖励（汽油费，占比较小，叔块不占）

比特币为了人为制造BTC的稀缺性，每隔一段时间就会降低区块奖励，最终当区块奖励趋于0时，主要依靠交易手续费来运作。 然而，以太坊并没有人为规定定期减少区块奖励。

叔块包含在以太坊中。 您想将交易包含在叔块中吗？

不，主链上的叔块和兄弟块可能包含冲突交易。 而且我们前面也提到了，叔块是没有动态奖励的。 因此，当一个节点收到一个叔块时，它只检查块的有效性，而不检查其中交易的有效性。

当然，分叉后的表弟块呢？ 比如下图，链A->F并不是最长的合法链，那么区块B->F呢？ 挖矿该不该补偿？

如果规定整个following chain整体奖励出块，这在一定程度上鼓励了分叉攻击（降低了分叉攻击的成本，因为即使攻击失败也会有奖励）。 因此，ETH系统规定，只有区块A被认定为叔块，并给予补偿，后续所有区块均无效。

以太坊真实数据

Etherscan 网站，可以实时查看以太坊的数据。 以下截图是本人于2020年2月28日截取的，与肖先生视频中的截图有一些差异。 但具体内容基本相同。

Chome浏览器中文翻译页面：

视频中肖老师还根据网站上的区块信息分析了GHOST协议中的叔块奖励等信息，这里不再赘述。