北京大学比特币密码学老师肖震《区块链技术与应用》公开课笔记20——ETH

北京大学公开课《区块链技术与应用》肖震教授笔记

以太坊GHOST协议，对应肖老师视频：点这里

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在 BTC 系统中，出块时间为 10 分钟，而以太坊中的出块时间减少到 15 秒左右。 虽然系统响应时间和吞吐量得到有效提升，但也导致系统临时分叉成为常态，分叉次数增加。 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败，但在以太坊系统中，如果这样做，由于系统频繁分叉，矿工很可能会挖矿。 废弃，会大大降低矿工挖矿的积极性。 对于个体矿工而言，与大型矿池相比，存在着天然的劣势。

对此，以太坊设计了一种新的公式协议——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，假设以太坊系统有如下条件：A、B、C、D在四个分支上。 最后，随着时间的推移，B所在的链成为最长的合法链，因此区块A、C、D无效。 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“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7/8的区块奖励。 包含一个叔块获得额外1/32的块奖励。为了防止E包含大量叔块，规定一个块最多只能包含两个叔块，所以E只能包含at A、C、D 中最多的两个区块作为自己的区块奖励

假设一个矿工挖出了B以太坊二层协议TD平台币，他继续沿着他所属的链挖。 他知道 A 是他的“对等方”，因此他可以将 A 包括在区块挖掘中。 如果他在挖矿的过程中听说C又是一个“peer”，你可以停止挖矿，把C包括进来，重新组织成一个新的区块重新挖矿。 事实上，由于挖矿过程的无记忆特性，这并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？ 矿工是自私的，故意不包含叔块，导致损失了叔块7/8的区块奖励，而自己的损失只有1/32。 如果两个大矿池A和B是竞争关系，他们可以使用故意不包含对方的叔块，因为这会造成自己损失小，对方损失大。 New Ghost协议

如下图，1是对上面例子的补充，F是E之后的新区块。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。这时候F也可以把A当成自己的舅舅（其实不是舅舅，而是外公）。 如果继续往下挖，F之后的新区块仍然可以包含与B同代的区块（假设不包括E和F）。 这样就有效解决了上述原Ghost协议版本的缺陷。

但仍然存在一些问题。

我们扩大了“叔叔”的概念，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是严格意义上的大叔，E是严格意义上的“爷爷”。 以太坊规定，如果M包含F个生成区块，F将获得7/8的区块奖励； 如果 M 包含 E 个生成块，则 F 将获得 6/8 的块奖励，以此类推。 直到包含A生成块，A获得2/8的块奖励，之前的“叔块”不再被承认为M对M的“叔块”。

对于M，无论算上哪一代“大叔”，区块奖励都是区块奖励的1/32。

也就是说，叔叔被定义为在当前区块的七代内有一个共同的祖先（合法的叔叔只有六代）。

这不仅有利于全节点记录，而且在协议分叉后也鼓励合并。

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（出块奖励+包含叔块的奖励）+动态奖励（gas费，比例小，无叔块）

为了人为制造BTC的稀缺性，比特币的区块奖励每隔一段时间就会减少，最后当区块奖励趋于0时，主要靠交易手续费来运作。 在以太坊中，没有任何人为规则会经常减少区块奖励。

以太坊包含叔块，交易是否应该包含在叔块中？

不，叔块和对等主链块可能包含冲突交易。 而且正如我们前面提到的以太坊二层协议TD平台币，叔块没有动态奖励。 因此，当一个节点收到一个叔块时，它只检查块的有效性，而不检查块中交易的有效性。

当然，分叉的表亲块呢？ 比如如下图，链A->F并不是最长的合法链，那么区块B->F呢？ 挖矿需要补偿吗？

如果规定下面整个链整体给予区块奖励，这会在一定程度上鼓励分叉攻击（降低分叉攻击的成本，因为即使攻击失败也会有奖励）。 因此，ETH系统中规定，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数据。 以下截图是本人于2020年2月28日截取的，与肖老师视频中的截图有些出入。 但具体内容基本相同。

chome浏览器中文翻译页面：

在比特币密码学的视频中，肖老师还根据网站上的出块信息分析了GHOST协议中的大叔出块奖励等信息，这里不再赘述。

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