Casper:科普 | Casper FFG 的可審計安全性和近似活性

作者:AdityaAsgaonkar

翻譯&校對:IANLIU&阿劍

來源：以太坊愛好者

感謝CarlBeekhuizen的審閱。

區塊鏈需要向用戶提供兩種保障——1）區塊的確定性和2）.區塊鏈的活性——區塊鏈的底層共識機制就負責提供這兩種保障。以太坊2.0中，共識過程只在信標鏈上發生，并使用CasperFriendlyFinalityGadget(FFG)機制來幫助達成共識。本篇文章旨在描述基本的FFG機制，并證明它能提供上述兩種保障。

CasperFFG是一種“確定性工具”，這意味著CasperFFG規范了區塊的確定性規則，并能在事件發生之后檢查區塊的確定性。FFG機制與鏈的增長脫鉤，可以作為獨立組件附加在任意可用的區塊鏈協議上來提供區塊確定性。因為CasperFFG機制沒有能夠保證區塊鏈活性的策略，因此從這個角度來看，它并不算是完全成熟的共識協議。讓我們先從CasperFFG的結構開始，然后深入CasperFFG機制的規則，最終了解它提供的安全性&活性保證。

國務院：推進科普與區塊鏈技術深度融合:為貫徹落實黨中央、國務院關于科普和科學素質建設的重要部署，依據《中華人民共和國科學技術進步法》、《中華人民共和國科學技術普及法》制定《全民科學素質行動規劃綱要（2021－2035年）》，其中要求實施智慧科普建設工程。推進科普與區塊鏈等技術深度融合，強化需求感知、用戶分層、情景應用理念，推動傳播方式、組織動員、運營服務等創新升級，加強“科普中國”建設，強化科普信息落地應用，與智慧教育、智慧城市、智慧社區等深度融合。（新華社）[2021/7/10 0:40:52]

投票

驗證者通過提交見證消息”）來對鏈上的區塊投票。投票的格式為，包含兩部分信息：來源區塊目標區塊——目標區塊必須是S的派生區塊具體來說，投票所包含的信息包括驗證者的數字簽名、用于確認區塊的區塊哈希和塊高。

歐科云鏈集團正式啟動區塊鏈科普行動“星途計劃”:歐科云鏈集團于4月26日，正式宣布啟動了區塊鏈科普行動——“星途計劃”，行動包括將在全國范圍展開系列沙龍，加大力度推進區塊鏈科普進機關、進國企、進校園等，聯合政府部門、行業協會等共同構建起更加完善和有效的區塊鏈科普教育生態，與此同時，直擊區塊鏈科普現存痛點，推出簡單易懂的“秒懂區塊鏈”公益短視頻課。

該計劃旨在全維度推動社會建立對產業更清晰的認知，與“鯤鵬計劃”一道助力數字經濟及區塊鏈產業本身健康發展夯實“人才”和“產業認知”兩大基礎。[2021/4/26 20:59:37]

合理化與確定性達成

合理化與確定性達成是CasperFFG共識過程的兩個階段，可以和傳統拜占庭容錯共識的“prepare”和“commit”階段做橫向對比。

-因具備2/3以上的驗證者投票，區塊A&區塊B得到合理化-

動態 | 新浪財經：官媒針對區塊鏈的報道從科普宣傳轉向打假監管:據新浪財經今日消息，“1025新政”滿月，一個月間，官媒對區塊鏈的態度風向已轉。據11月初的一項統計，七家黨媒在新政一周內發布了65篇直接相關報道，當時文章中的關鍵詞是數據、產業、安全、創新等，大量文章偏向于科普區塊鏈的概念以及應用介紹，提醒警惕虛擬貨幣炒作的僅有3篇。近期，官媒的批評焦點則紛紛指向借區塊鏈之名進行的虛擬貨幣發行和炒作行為。據統計，新華網、人民網收錄轉載的，以打擊虛擬貨幣或揭露假借區塊鏈行騙為主題的文章，自10月25日到11月25日午間，共28篇；其中，11月19日至11月25日的一周內就高達15篇。這些文章主要圍繞三個觀點展開：厘清區塊鏈和虛擬貨幣的關系，說明二者概念不等；打擊偽“區塊鏈”騙局，或是虛擬貨幣騙局揭露；提醒民眾，區塊鏈不能成為炒作的噱頭，更不是行騙的招牌，需警惕此類活動，理性投資。[2019/11/26]

合理化：只要某區塊B滿足下列條件，則該塊就被合理化：

區塊B是創世區塊，或

動態 | 央行官微舊文重發“再科普”：范一飛詳解數字貨幣:據中國經濟網消息，今日，央行官微公眾號頭條重新發布央行副行長范一飛在2018年1月25日題為《關于央行數字貨幣的幾點考慮》的文章，對央行數字貨幣再次進行科普。同時，微信公眾號第二條發布支付司副司長穆長春8月10日在第三屆中國金融四十人伊春論壇上的演講。近年來，各主要國家和地區央行及貨幣當局均在對發行央行數字貨幣開展研究，新加坡央行和瑞典央行等已經開始進行相關試驗，人民銀行也在組織進行積極探索和研究。[2019/8/21]

超過2/3以上的驗證者將選票投給(A,B)，其中B是A的后代區塊，且A在此前已被合理化。

確定性：只要區塊B滿足以下條件，即獲得確定性：

區塊B是創世區塊，或

B已滿足合理性，且有超過2/3的驗證者選票投給(B,C)，其中C是B的直系子塊。

動態 | 美國演說家Anthony Robbins開始科普什么是比特幣:美國演說家安東尼·羅賓（Anthony Robbins）在自己的網站上發布了一篇比特幣的科普文章，并在推特上向自己的粉絲介紹什么是比特幣，目前他的推特賬戶共有粉絲304萬人。[2019/1/1]

注意：關于確定性的定義，在以太坊2.0中CasperFFG有更一般化的定義，詳見此文。使用上文這種表述是為了保證通俗易懂。

CasperFFG規則

CasperFFG只有兩條簡單的限制規則，應用這兩個規則就能防止驗證者同時給(S1,T1)和(S2,T2)投票：

區塊高度(T1)=區塊高度(T2)，或

區塊高度(S1)<區塊高度(S2)<區塊高度(T2)<區塊高度(T1)

-CasperFFG規則違反情況一：區塊高度(T1)=區塊高度(T2)-

-CasperFFG規則違反情況二：區塊高度(S1)<區塊高度(S2)<區塊高度(T2)<區塊高度(T1)-

安全性&活性

CasperFFG的設計目的，是提供共識安全性和針對區塊敲定過程的活性。講得具體點，CasperFFG提供以下保證：

可追責的安全性：如果兩個相互沖突的區塊都達成了確定性，則至少有1/3的驗證者違反CasperFFG規則，而CasperFFG可以識別出這些驗證者。

近似活性：無論協議運行處于什么狀態，驗證者都能繼續履行職責、能在不違反CasperFFG規則的前提下敲定新區塊。

盡管和傳統的BFT文獻相比，這里提到的安全性和活性定義不是那么規范，但這種詮釋是非常適合用于分析區塊鏈的確定性工具的！

事實上，熟悉BFT文獻的人可能會覺得“近似活性”的概念簡直異想天開；不過因為CasperFFG只是“確定性工具”，整個機制只要確保誠實的驗證者能在不違反FFG規則的情況下推動推進協議，而不會被卡在任何一個環節，即可。

至于可追責安全性的定義，我們的重點是可追責性，然后這部分信息能夠被權益證明機制沿用、用于在區塊鏈上處罰惡意驗證者。最終目的還是為權益證明機制提供信息，使后者的激勵機制能生效，促使共識過程形成協議一開始設想的均衡狀態。

安全性證明

假設兩個相互沖突的區塊A和B都被敲定了，那么可能有兩種情況：

區塊高度(A)=區塊高度(B)

因為A和B在得到確定性之前先要獲得合理性，則它們

各自都要收到至少2/3的驗證者投票，這意味著一旦它倆都達到要求，則至少有1/3的驗證者違反了CasperFFG規則。

區塊高度(A)<區塊高度(B)

為了讓A達成確定性，需要超過2/3以上的驗證者將選票投給(A,C)，其中C是A的子塊。

為了讓B達成合理性，則在B之前必須存在連續升序的區塊，且每個區塊都已經被它的后一區塊合理化。假設區塊B_m是這串連續區塊中的首塊，區塊高度(A)<區塊高度(B_m)。

注意，這串連續的區塊不存在與區塊A或C相同的塊高，不然就變成了上一種情形。

現在假設我們將票投給(B_n,B_m)(其中n=m-1)，使得B_m獲得合理性。則因為區塊高度(B_m)、區塊高度(B_m)皆

不等于區塊高度(A)/區塊高度(C)，因此情況一定是區塊高度(B_n)<區塊高度(A)<區塊高度(C)<區塊高度(B_m)。

這樣一來我們就能說——至少有2/3的驗證者違反了CasperFFG規則二。

-安全性證明，情況：區塊高度(A)<區塊高度(B)-

而且只要確認票證集合、找出沖突選票、檢查驗證者簽名，就能輕易揪出違反CasperFFG規則的驗證者。

活性證明

假設P_0是最新的合理區塊，Q是曾得到過驗證者投票的最新區塊。

接下來，任何屬于P_0子塊的區塊P_1都能在不違反FFG規則的情況下收到2/3驗證者的的投票(P_0,P_1)，進而取得合理性。

P_1也能在不違反FFG規則的情況下收到2/3驗證者的的投票(P_1,P_2)，進而獲得確定性，其中P_2是P_1的子塊。

因此，至少有一組驗證者能夠敲定新塊。

進階閱讀材料

CasperFFG初版論文——?CaspertheFriendlyFinalityGadget

對Eth2.0應用CasperFFG方法的分析——?CombiningGHOSTandCasper

原文鏈接:?https://www.adiasg.me/2020/03/31/casper-ffg-explainer.html

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