以太坊Casper解读

关键要点Casper-FFG（友好最终性小工具）是赋予以太坊区块最终性的共识组件，自2022年9月15日的合并以来一直在线。
以太坊的活跃共识机制称为Gasper，是Casper-FFG与LMD-GHOST的结合，二者共同决定哪些区块被最终确认，哪些链是规范链。
在权益证明（PoS）下，验证者需要质押至少32 ETH来提议和证明区块，且因不诚实行为可能会受到惩罚（削减）。
从工作量证明（PoW）的过渡消除了以太坊高能耗的挖矿过程；该网络现在所需的能源显著减少。
Casper-CBC是Vlad Zamfir提出的一种替代方法，在早期PoS研究中发挥了重要作用，但在以太坊中不再积极开发。
介绍Casper是支撑以太坊从工作量证明（PoW）向权益证明（PoS）过渡的最终性机制的名称。当以太坊在2015年启动时，它依赖于高能耗的挖矿来保护网络。开发者们已经计划长期转向基于质押的模型，而Casper则是实现这一转变的协议。
这一过渡不再是路线图项目。2022年9月15日，以太坊完成了合并，这一升级永久性地终止了PoW挖矿并激活了PoS共识层。Casper-FFG（友好最终性小工具）现在是以太坊网络的一个实时操作组件。
Casper FFG和Casper CBC在以太坊的研究阶段，两种Casper实现是并行开发的。
Casper FFG（友好最终性小工具）Casper-FFG由以太坊联合创始人Vitalik Buterin提出，作为PoS链的最终性叠加。它的作用是将纪元检查点区块转变为“已证实”状态，一旦三分之二的质押ETH投票支持，然后在下一个检查点也被证实时转变为“最终”状态。逆转已最终确认的区块需要销毁至少三分之一的质押ETH，使得这种攻击极其昂贵。
Casper-FFG是进入生产环境的版本。结合LMD-GHOST的分叉选择规则，它形成了Gasper，自合并以来一直是以太坊的实时共识机制。
Casper CBC（构造时正确）Casper-CBC是以太坊基金会研究人员Vlad Zamfir提出的。该方法侧重于构建在设计上可证明安全的PoS协议，涵盖更广泛的共识模型家族。虽然Casper-CBC对早期PoS研究做出了重要贡献，但它不再在以太坊的核心协议中积极开发。然而，它的理念仍然继续影响区块链共识研究的广泛领域。
Gasper的工作原理以太坊当前的共识机制称为Gasper，结合了Casper-FFG（最终性）和LMD-GHOST（分叉选择）。它们共同决定哪些链是规范链，以及何时区块变得不可逆。
验证者与质押要参与共识，用户必须在存款合约中质押至少32 ETH，以激活验证者。验证者负责在每个12秒的时间段内提议和确认新区块。目前，数十万活跃的验证者保护着以太坊网络。
那些诚实履行职责的人会获得质押奖励。那些试图作弊的人——例如，双重投票或提议冲突区块——会被削减，这意味着他们的一部分质押ETH会被销毁，最终被迫退出验证者集合。
最终性和纪元检查点以太坊的时间被划分为时间段（每12秒）和纪元（32个时间段，大约6.4分钟）。在每个纪元结束时，会提名一个检查点区块。当三分之二的验证者确认一个检查点时，它变得被证实。当下一个检查点也被证实时，之前的检查点就变得最终。
在正常网络条件下，已最终确认的区块被视为永久的。逆转它们需要攻击者控制超过三分之一的所有质押ETH，并愿意将其损失于削减。
非活动泄漏如果网络因过多验证者离线而无法最终确认区块，Casper-FFG会激活非活动泄漏。随着时间的推移，离线验证者的质押逐渐减少，减少其在总质押中的份额，直到活跃的多数能够再次达到最终性所需的三分之二的阈值。该机制旨在帮助链在严重干扰场景中恢复。
Casper简史Casper-FFG的起源追溯到2014–2015年，当时Vitalik Buterin开始正式化一个PoS最终性小工具。信标链是一个专用的PoS链，运行Gasper，2020年12月1日作为与以太坊现有的PoW主网并行的实时链启动。这使得以太坊社区几乎有两年的时间来对设计进行压力测试，然后再进行合并。
2022年9月15日，以太坊主网与信标链合并，完成了从PoW到PoS的过渡。这一转变彻底结束了以太坊的挖矿。验证者取代了矿工，成为网络的区块生产者，能源消耗相比于PoW时代下降了约99%。以太坊基金会在合并后正式退休了曾用于描述PoS升级路线图的“以太坊2.0”标签。
Casper和以太坊PoS的优势显著降低的能源消耗工作量证明系统需要矿工全天候运行专用的高耗能硬件。在PoS下，验证者节点相对轻量化。转向基于Casper的共识显著降低了以太坊的能源使用，使网络在不妨碍安全性的情况下变得更高效。
更强的经济安全性Casper-FFG将网络安全直接与经济权益挂钩。违反协议规则的验证者会因削减（slashing）而失去真实价值。要打乱最终性，攻击者需要控制超过三分之一的所有质押ETH，而最终确认恶意区块则需要控制三分之二。在这两种情况下，攻击者都会因削减而失去质押，导致大规模攻击在经济上不可行。
确定性最终性在PoW下，区块最终性是概率性的：只有在积累足够的确认后，区块才被认为是“最终”的。Casper-FFG提供了确定性最终性：一旦区块被最终确认，想要逆转它需要销毁相当数量的质押ETH。这为应用程序和用户提供了更强的交易永久性保证。
更广泛的验证者参与PoW挖矿需要巨额的前期硬件投资，这往往使得参与集中在资金充裕的操作中。PoS则对任何能够满足32 ETH最低质押要求的人开放参与。对于无法满足该门槛的用户，池化质押服务和流动质押协议使得以较小的金额参与成为可能，尽管每种方式都有其自身的风险特征。
限制Casper-FFG依赖于绝大多数验证者在线且诚实。如果超过三分之一的验证者联手或同时下线，最终性可能会停滞。非活动泄漏机制解决了这一情景，但在网络恢复期间会引入不确定性。
安全性也随着质押ETH的总价值而扩展。随着质押在大池中的集中程度增加，关于去中心化的假设可能会面临压力。研究人员继续研究攻击场景和边缘情况，并不断对Gasper规范进行改进。
流动质押协议已成为用户参与而不锁定32 ETH的常见方式，尽管流动质押引入了自身的智能合约和集中风险，在参与之前值得理解。
总结Casper-FFG不再是一个研究提案——它是今天驱动以太坊的实时最终性机制，通过Gasper共识系统与LMD-GHOST一起运行。合并完成了多年来研究和信标链所准备的：从工作量证明到权益证明的全面过渡。
理解Casper意味着理解以太坊如何达成共识，为什么最终确认的区块被视为永久，以及验证者在参与时的风险。随着以太坊通过未来的升级继续发展，Casper-FFG奠定的基础仍然是网络运作的核心。
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