Casper:一文讀懂CasperLabs：智能合約平臺的突圍之路

經常有藍狐筆記的讀者問，當前的智能合約平臺（如以太坊）雖然不錯，但整體來說，智能合約平臺的擴展性限制了它的大規模采用，如果是這樣，新的智能合約平臺是否有機會？這是個好的問題。

一方面，以太坊和EOS等先發者已經具有了一定的開發者生態，還有不錯的應用場景探索。例如以太坊的DeFi和EOS的游戲和社交，尤其是以太坊DeFi鎖定超過10億美元的資產，在這方面的探索如火如茶。但另一方面，整個加密應用的用戶規模還很小。基于以太坊的dApp的日活用戶當前不到2萬，其他用戶數相對較多的平臺如EOS，也沒能超越這一級別。從目前看，所有智能合約平臺，還沒有出現突破百萬活躍用戶的dApp，如果那一天到來，將會是整個加密領域的真正里程碑時刻。

誰能率先實現百萬活躍用戶的dApp，誰就能在加密領域占據領先位置。如果說，這是加密世界的網景時刻，那么要抵達這一個時刻，需要兩個方面的條件。一是dApp場景的繼續挖掘，以尋求產品和市場的契合度，這方面當前的以太坊和EOS等公鏈一直在努力，試圖找到能夠引爆主流人群需求的場景和應用。二是需要真正去中心化的且是可擴展的區塊鏈。只有滿足安全和可擴展性兩方面的條件，智能合約平臺才能既有獨特價值，也能承載主流人群規模的應用。

所以，在接下來的幾年時間，加密領域最重要的命題之一依然是：如何實現安全和可擴展性兼具的智能合約平臺？

雖然以太坊和EOS等公鏈是先行者，但不妨礙其他公鏈的探索和努力，這其中包括Tezos、Nervos、Solana、Polkadot、Harmony等平臺從不同的技術路線和場景方向進行探索。雖然先行者已經取得了領先，不過，如果我們把視野再放大，就會發現，今天的市場規模還很小，用戶數還很少。在這樣的情況下，很難說已經是市場的終局。如果從技術發展和商業發展角度看，今天依然處于早期的拓荒階段。在這一階段，有先行者，有領先者，不過，其他后發者并非沒有機會。至于什么時候格局確定？這個可能需要三年，也可能需要五年。中間什么時候殺出程咬金？誰也不知道。但可以肯定的是，今天的格局肯定不是終局。

藍狐筆記一直關注智能合約平臺，之前也介紹過一些新的平臺。今天藍狐筆記要介紹的也是新來者：智能合約平臺CasperLabs。為了方便大家記憶，CasperLabs以下簡稱為Casper。跟其他公鏈一樣，它也有自己的大夢想，它想成為受開發者歡迎的平臺，為大規模用戶提供去中心化服務的平臺。那么，它又有什么不同，靠什么安身立命？

Baker&McKenzie律所合伙人：雖然香港政策利好，但其監管也比其他地區更嚴格:7月10日消息，Baker&McKenzie律所合伙人Joy Lam表示，香港政府從去年開始頒布了一系列的通知，傳遞了明確的信號，他們將積極推動整個Web3.0行業穩健、可持續的發展，這是一個長期地區戰略，許多企業以及投資人深受鼓舞。盡管如此，這并不意味著拿香港牌照是輕而易舉的事情，實際上要經過嚴格流程，要有高標準授權過程和完整企業合規流程，要確保投資人安全，確保市場安全，確保自由流動市場有長期可持續增長的潛力。香港對加密貨幣行業的監管比世界上很多國家和地區更嚴格，香港關注市場完整性和對投資者以及參與方的長期保護，所以要來投資香港市場，需要采取謹慎和穩健態度，達到一種長期的平衡。[2023/7/10 10:12:41]

Casper如何安身立命：Highway協議

首先，Casper是一個智能合約平臺，跟其他智能合約平臺一樣，為開發者提供運行協議和應用的基礎設施。而另外一方面，它強調的不是單純的高tps，而是要安全和可擴展性兼得。

目前已經有了這么多智能合約平臺，Casper如何安身立命？有什么殺手锏？它最核心的技術選擇是基于CBC Casper PoS的共識算法，并在此基礎上擴展出Highway共識協議。

Casper之所以聲稱自己可以真正兼顧安全和可擴展性，很大程度上源于其技術路線的選擇。而這個技術路線的核心之一就是CBC Casper PoS。CBC 英文為“correct-by-construction”，大意是按照構建逐步校正的意思，它是一種驗證架構正確性的流程，通過構建數學模型推演，確保最終的正確交付。CBC Casper是“correct-by-construction”共識協議系列，這些共識協議共享相同的異步證明以及拜占庭容錯。這一系列協議通過定義其協議狀態和協議狀態轉移來描述。

Casper的計算模型支持檢測何時可以并行合約的執行，且區塊消息格式允許在鏈中“合并”分叉，可以避免不必要的孤塊。CBC Casper PoS跟以太坊的Casper-FFG不同，以太坊需要考慮從PoW向PoS的過渡，而是CBC  Casper是純粹的PoS機制，不包含任何PoW，只有提議區塊和實現區塊最終性的驗證者才能獲得獎勵。

以太坊域名服務ENS：6月份產生150萬美元協議收入:7月7日消息，以太坊域名服務ENS表示，該項目在6月份產生了150萬美元的協議收入，已全部流入ENS DAO，此外，6月份有3.6萬個新 .eth域名注冊，目前總共有272萬個域名。[2023/7/7 22:23:35]

Casper的Highway共識協議是基于CBC Casper PoS的擴展。Highway共識協議是Daniel Kane、Vlad Zamfir以及Andreas Fackler三人的研究成果。其中，Vlad Zamfir是以太坊知名的核心研究人員。

Highway共識協議最與眾不同的地方在于：兼具安全和活性。它跟PoW不同（完全同步的協議），Highway是部分同步的協議，可以實現更高頻次的出塊，換言之，具有更好的吞吐量和可擴展性。

什么是兼具安全和活性？安全就是說Highway共識協議的決定不會前后矛盾，活性則是說共識協議的節點會永遠保持做決策，區塊不斷增長。

總結來說，Highway協議對CBC Casper進行了兩個方面的擴展：一是，通過高效方法實現對不同閥值下安全性的檢測；二是，提出在CBC Casper框架下的活性策略，也就是針對網絡參與者何時創建協議消息所制定的策略規范。

簡單來說，Casper的Highway協議如何運作？

1.summit結構

Highway協議為實現最終性，它提供了一種全新的summit（峰頂）結構。與此同時，為了實現活性，它使用偽隨機生成的領導者序列限制消息的生成來實現，這導致產生blockdag的可預測結構。

Casper的共識協議采用的是blockdag的數據結構，如下圖：

在上圖中，消息被放置到相關的“泳道”上，也可以看到每個“泳道”上消息的創建者。由于創世區塊是區塊鏈初始化產生的，它位于“泳道”之外。每個普通區塊都指向其主要父塊，上圖用紅色箭頭表示。這些區塊形成了樹結構，稱為主樹。任何普通區塊都可以指向任意數量的區塊作為次級父塊，如上圖中藍色箭頭所表示的。區塊+紅色箭頭+藍色箭頭一起形成有向無環圖，也就是Casper協議中的p-dag。所有的箭頭和所有的頂點一起形成有向無環圖，這就是Casper中所謂的j-dag。

數據：某地址今日凌晨轉移20萬億枚SHIB，價值約1.76億美元:5月17日消息，Etherscan數據顯示，北京時間今日01:51至01:53，0x73af開頭地址將20萬億枚SHIB分4筆轉入0x40b3開頭的地址，價值共計約1.76億美元。目前0x73af地址仍持有2.6萬億枚SHIB。[2023/5/17 15:08:15]

Summit（峰頂）是指j-dag中某個共識值已經確定最終性的情況。為什么會有這個概念？因為它有很多層，不同層代表不同的共識程度，最后的Summit意味著在某個范圍內所有節點都達成共識，也就是最高點，形成了峰頂。在這個最高的層面上，具有最大程度的共識。反過來理解，這也說明Highway是具有安全閥值的。每個輪次都有領導者，首先由領導者發送消息給每個人。其他驗證者在收到領導者消息后立即發送消息給其他人。在經過一些輪次后，每個驗證者都會再次向所有人發送消息。這樣，第一條消息確認的投票成為level-0的消息，第二條確認足夠數量的第一條消息，形成level-1消息，由此類推形成summit（峰頂）。一旦驗證者在其本地協議狀態達到峰頂水平，他們知道最終每個誠實驗證者將會看到所有狀態。

下圖是最終性的示意圖，可以幫助我們理解summit（峰頂）。

上圖左側的矩形代表驗證者，圓點代表消息。它展示了驗證者0的本地j-dag，對應于j-daglevel的排列（消息的X坐標對應于j-daglevel）。“泳道”上顯示消息的Y坐標與創建者相同。圓點顏色則代表此消息正在投票支持的共識值。在誠實驗證者的“泳道”內，0-level消息是從上一次該驗證者投票贊成的共識值改變以來的所有消息。消息的第一層投票支持同一個區塊，其他層會引用第一層的消息及其哈希，參與“峰頂”的驗證者越多，層次越多，這些消息投票的區塊就越安全。

2.有彈性的輪次時長

跟大多數的PoS機制一樣，Casper也會將時間劃分為輪次。每個輪次，首先有一個偽隨機選擇的領導者生成消息，其他人等待領頭人的消息，收到該消息之后，才生成自己的消息。在這一輪次快結束時，每個人都會再發送一條消息。也就是說，驗證者為該區塊發送了兩次驗證消息。每個輪次的時長并不固定，不是所有驗證者都采用相同的輪次時長。

債權人向法院申請限制Genesis進行公司間交易:金色財經報道，根據2月20日流出的一份法庭文件顯示，Genesis無擔保債權人對該公司要求繼續進行公司間交易的請求提出異議。他們認為Genesis的這個請求引起了債權人委員會的擔憂，因為此前Genesis的公司間交易已經遭到調查，而且至今仍未提供加密錢包地址等相關信息，因此希望法院禁止該公司進行所有公司間交易，并要求其“提供必要的報告和信息，以跟蹤現金流出和債務人數字資產的流動，包括加密貨幣錢包地址”。（cryptoslate）[2023/2/21 12:20:00]

為實現活性，Highway協議采用非固定輪次時長的機制。它用“高速公路”作為比喻，這也是協議名稱Highway的來源。Highway類似于“數字高速公路”，它有很多車道，每條車道的汽車速度恒定。不同車道的汽車相互之間會發送消息。消息在不同車輛間傳遞的速度不同，協議達成共識的程度也不同。

在任何給定的車道n中，車在1米距離進行2n頻次的跳躍，信息在不同車道的汽車間的傳遞是動態進行的。由于跳躍頻次不同，消息傳遞頻次也不同。例如，如果消息傳到左側的車道，頻次將加倍，傳到右側車道則頻次將減半。這樣，每次跳躍時，都可以遇到左側車道的汽車，而右側則需要兩次跳躍才會遇到。通過這樣的方式，可以保證一定的安全性，同時也可以提高達成共識的速度。

要理解Highway的有彈性的輪次時長，需要理解時間“滴答”、生成區塊的領導者以及輪次的概念。在Highway共識協議中，時間劃分為“滴答”，每個“滴答”相當于一毫秒。領導者從當前驗證者中選出，基于領導者的系統，需要有輪次，這也是基于安全的考慮，生成區塊的領導者是無法固定的。因此，不同輪次會有不同的領導者。

在這種情況下，多數PoS鏈采用的是固定輪次時長的方法。而Highway協議與眾不同的是其可調整的輪次時長。每個驗證者選擇輪次指數值。隨著時間的推移，將會自動調整輪次指數值（round exponent），以實現最優性能。

舉個例子，假設輪次指數值為n，驗證者用于操作的輪次時長為2^n“滴答”。具有相同輪次指數n的所有驗證者都有相同的輪次時間表。不過，如果輪次指數n不同，驗證者在輪次時長上也不同。

BTC最后活躍1年以上的供應百分達到1個月低點:金色財經報道，據Glssnode數據顯示，BTC最后活躍1年以上的供應百分比剛剛達到66.282%的1個月低點。[2023/1/19 11:20:02]

假設A使用的輪次指數為n，B使用的輪次指數為m，其中n為5，m為7。這意味著，A的輪次時長是32個時間“滴答”(2^5)，而B的輪次時長為128個時間“滴答”(2^7)。這意味著，A的輪次時長只持續32毫秒，而B的輪次時長持續128毫秒。也就是說，A的速度要快于B，因此，A可以參與B了解的所有輪次，而B只能了解A知道的部分輪次。通過調整輪次指數可以增加或減少輪次時長，以實現最佳性能。

此外，Highway協議還提出一個“era”（時代）的概念，era時長也用區塊鏈的時間“滴答”來表示，例如一周（604800000個滴答），其主要目的是在更長的一段時間內（如一周）保持驗證者權重的相對恒定，由此實現所有驗證者都可以同意的偽隨機領導者序列，同時防止攻擊者對領導者選擇進行攻擊。

Highway協議跟傳統的BFT協議不同，一般來說，拜占庭容錯協議主要在交易順序上達成共識，而Highway協議僅就區塊的有效性和區塊的權重達成共識，對區塊投票的驗證者越多權重越大。在這種情況下，系統可以處理同時發生的事件，因為交易順序不重要。Highway也支持區塊合并，在合并過程中也可以檢測是否有沖突的交易。

之所以可以實現這些，Highway協議有兩個核心的設計選擇：

1.沒有只發給特定節點的目標消息，所有消息最終會發送給所有人，且可以驗證較早的消息。所有節點看到的都是相同的，這算是不斷增長的消息圖,有點類似于哈希圖。

2.決策方式簡單：投票。通過在消息圖中執行防止僵持狀態的特定結構，可確保網絡的活性。

在這里，消息被視為是對共識值的投票，且驗證者遵循多個明確的驗證者最新投票。

總結來說，Highway協議的如下特性值得關注：

1.無須許可性，任何人都可以安裝所要求的軟件并作為新驗證者加入網絡（在平臺執行綁定交易以后，并在綁定拍賣中贏得其中的slot）。

2.有彈性：可自動調整輪次時長，以使網絡的整體性能達到最佳。

3.部分同步：區塊領導者無需收到已產生的所有消息即可生成區塊，未收到的區塊交易記錄可在下游進行協調。

4.廣播消息：協議假定能將任何消息廣播到區塊鏈網絡中的所有其他驗證者，可以處理消息的延遲，而無需直接的點對點通信。

5.可證明的最終性：協議提供“最終性檢測器”的形式化計算，它可以發現由總權益大比重支持的交易。當驗證者使用其“最終性檢測器”，發現一些交易具有最終性，那么其他的驗證者也會將其視為具有最終性的交易。

6.可證明的活性：由于惡意驗證者的總權益不超過1/3，網絡將持續產生具有最終性的區塊，且共識的收斂不會停止下來。

總言之，Highway的特色是安全和活性兼備。它區塊的創建是圍繞偽隨機生成的領導者序列進行的，領導者負責區塊的產生。同時，它還采用可變的輪次時長機制，這讓Casper具備彈性，可自我調整網絡，以獲得最佳性能。

Casper的開發者友好的整體策略

對任何智能合約平臺來說，最終的價值來源于使用它的用戶數量和頻次。而要吸引用戶進來，首先需要有dApp開發者構建出符合用戶需求的產品和服務。

這對于Casper來說也一樣，除了其技術路線的選擇之外，Casper最核心的策略之一就是其對開發者友好的整體策略。策略講究聚焦和取舍。這一點從Casper的Slogan也可以看出，它的Slogan是“筑夢者的區塊鏈”。換句話說，Casper試圖成為開發者構建各種美好產品和服務的堅實平臺。從其目前的技術基礎和運營方面看，Casper的開發者友好的整體策略值得關注。

1.業務開銷可預測

在區塊鏈上進行交易需要成本，用戶的操作會產生費用。在Casper上，被選中的驗證者需要從交易池中收集交易，并按照一定的次序執行，最后發布到新區塊上。而用戶提交的費用會按比例分配給所有驗證者。

在Casper上，為了讓dApp的體驗更好，它試圖要達成業務開銷可預測。不受監管的費用市場會導致交易費用的高度波動。在2017年加密貓時代，以太坊的轉賬費用曾經高得嚇人。Casper協議內置的gas價格下限設置足夠高，可以減輕這種波動性。可以防止gas跌至某個特定價格下，讓價格在某個值上自由浮動。

Casper的代幣CLX代幣可用來支付gas費用，而CLX代幣價值是波動的，由此Casper設定了價格下限，雖然消耗的是CLX，但設置的值是法幣值，其基準是單個CLX賬戶之間的轉賬費用花費0.05美元。為了實現這一點，Casper使用去中心化預言機來提供價格數據。

實現業務開銷的可預測，有利于dApp開發者構建自己的商業模式，例如由dApp開發者負擔用戶的交易費用，而dApp通過其他方式向用戶收取費用。由于交易費用的相對可預測，這樣對于構建可持續的商業模式，并實現更好的用戶體驗都有直接幫助。

2.絕大多數開發者無須培訓即可編寫Casper區塊鏈應用

對于智能合約平臺來說，降低開發者進入的門檻非常重要。這也是Casper的重要競爭策略。首先它支持Rust作為Casper智能合約的主要編程語言，用于智能合約的Rust開發套件包括了測試環境、合約運行環境等。

此外，Casper對wasm有很好的支持。平臺也支持其他編程語言進行智能合約的開發。這樣對于開發者來說，無需太多的學習成本，用自己熟悉的語言即可開發dApp。

3.開發者所需的各種功能

除了開發門檻的降低，還有一些功能也可以幫助開發者更好的構建。例如它的GraphQL接口、賬戶結構、無限多重簽名、可定制支付方式、可讀性好的賬戶名等。

Casper內置GraphQL接口，可用于狀態查詢，方便開發者隨時了解合約的內部狀態，降低開發和運營dApp的門檻。

Casper的賬戶結構比較靈活，有多級賬戶結構，可以從子賬戶中收回丟失資金。它支持開發者所需的各類授權，其中包括針對丟失密鑰恢復的賬戶權限模型，在賬戶和合約之間安全共享狀態的權限模式等。

加權的密鑰功能和閥值，可以實現無限多重簽名功能。

Casper支持開發者制定交易的支付方式。普通區塊鏈通常采用“發送人付費”模式，而Casper的開發者可設置支持接收人付費的模式。

Casper用戶名是可讀性好的賬戶名，方便構建應用，也有更好的用戶體驗。

Casper節點內置了遙測和監視功能，可以方便節點運營者和驗證者測試系統性能。

4.可升級的基礎設施

Casper區塊鏈支持將合約存儲在不可變的地址中，支持合約版本控制和升級。這對于開發者來說是很有用，因為合約更新幾乎是必不可免的。同時，Casper還在設計協議和虛擬機，以實現對并發執行、側鏈、分片的支持。

結語

從Casper的整體來看，跟其他項目相比，以上的兩點有其獨特之處。雖然Casper很關心可擴展性，但它同樣重視安全性和去中心化，這是它實現可擴展性的前提。Casper的Highway協議是實現這一目標的關鍵，通過“summit”和blockdag結構、偽隨機領導者序列（pseudorandom leader sequence）、彈性的輪次時長等多種設計，實現了安全性和活性。

為了構建生態，Casper的開發者友好的整體策略也讓人印象深刻。它在降低開發者門檻，豐富開發者工具方面、設施可升級等方面都下了不少功夫。

那么，在眾多的智能合約平臺中，Casper有沒有機會脫穎而出？現在還無法下定論，但由于它在共識機制設計上的特色和對開發者友好的策略，它的探索值得持續關注。

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