以太坊Casper解讀

關鍵要點Casper-FFG（友好最終性小工具）是賦予以太坊區塊最終性的共識組件，自2022年9月15日的合併以來一直在線。
以太坊的活躍共識機制稱爲Gasper，是Casper-FFG與LMD-GHOST的結合，二者共同決定哪些區塊被最終確認，哪些鏈是規範鏈。
在權益證明（PoS）下，驗證者需要質押至少32 ETH來提議和證明區塊，且因不誠實行爲可能會受到懲罰（削減）。
從工作量證明（PoW）的過渡消除了以太坊高能耗的挖礦過程；該網絡現在所需的能源顯著減少。
Casper-CBC是Vlad Zamfir提出的一種替代方法，在早期PoS研究中發揮了重要作用，但在以太坊中不再積極開發。
介紹Casper是支撐以太坊從工作量證明（PoW）向權益證明（PoS）過渡的最終性機制的名稱。當以太坊在2015年啓動時，它依賴於高能耗的挖礦來保護網絡。開發者們已經計劃長期轉向基於質押的模型，而Casper則是實現這一轉變的協議。
這一過渡不再是路線圖項目。2022年9月15日，以太坊完成了合併，這一升級永久性地終止了PoW挖礦並激活了PoS共識層。Casper-FFG（友好最終性小工具）現在是以太坊網絡的一個實時操作組件。
Casper FFG和Casper CBC在以太坊的研究階段，兩種Casper實現是並行開發的。
Casper FFG（友好最終性小工具）Casper-FFG由以太坊聯合創始人Vitalik Buterin提出，作爲PoS鏈的最終性疊加。它的作用是將紀元檢查點區塊轉變爲“已證實”狀態，一旦三分之二的質押ETH投票支持，然後在下一個檢查點也被證實時轉變爲“最終”狀態。逆轉已最終確認的區塊需要銷燬至少三分之一的質押ETH，使得這種攻擊極其昂貴。
Casper-FFG是進入生產環境的版本。結合LMD-GHOST的分叉選擇規則，它形成了Gasper，自合併以來一直是以太坊的實時共識機制。
Casper CBC（構造時正確）Casper-CBC是以太坊基金會研究人員Vlad Zamfir提出的。該方法側重於構建在設計上可證明安全的PoS協議，涵蓋更廣泛的共識模型家族。雖然Casper-CBC對早期PoS研究做出了重要貢獻，但它不再在以太坊的核心協議中積極開發。然而，它的理念仍然繼續影響區塊鏈共識研究的廣泛領域。
Gasper的工作原理以太坊當前的共識機制稱爲Gasper，結合了Casper-FFG（最終性）和LMD-GHOST（分叉選擇）。它們共同決定哪些鏈是規範鏈，以及何時區塊變得不可逆。
驗證者與質押要參與共識，用戶必須在存款合約中質押至少32 ETH，以激活驗證者。驗證者負責在每個12秒的時間段內提議和確認新區塊。目前，數十萬活躍的驗證者保護着以太坊網絡。
那些誠實履行職責的人會獲得質押獎勵。那些試圖作弊的人——例如，雙重投票或提議衝突區塊——會被削減，這意味着他們的一部分質押ETH會被銷燬，最終被迫退出驗證者集合。
最終性和紀元檢查點以太坊的時間被劃分爲時間段（每12秒）和紀元（32個時間段，大約6.4分鐘）。在每個紀元結束時，會提名一個檢查點區塊。當三分之二的驗證者確認一個檢查點時，它變得被證實。當下一個檢查點也被證實時，之前的檢查點就變得最終。
在正常網絡條件下，已最終確認的區塊被視爲永久的。逆轉它們需要攻擊者控制超過三分之一的所有質押ETH，並願意將其損失於削減。
非活動泄漏如果網絡因過多驗證者離線而無法最終確認區塊，Casper-FFG會激活非活動泄漏。隨着時間的推移，離線驗證者的質押逐漸減少，減少其在總質押中的份額，直到活躍的多數能夠再次達到最終性所需的三分之二的閾值。該機制旨在幫助鏈在嚴重干擾場景中恢復。
Casper簡史Casper-FFG的起源追溯到2014–2015年，當時Vitalik Buterin開始正式化一個PoS最終性小工具。信標鏈是一個專用的PoS鏈，運行Gasper，2020年12月1日作爲與以太坊現有的PoW主網並行的實時鏈啓動。這使得以太坊社區幾乎有兩年的時間來對設計進行壓力測試，然後再進行合併。
2022年9月15日，以太坊主網與信標鏈合併，完成了從PoW到PoS的過渡。這一轉變徹底結束了以太坊的挖礦。驗證者取代了礦工，成爲網絡的區塊生產者，能源消耗相比於PoW時代下降了約99%。以太坊基金會在合併後正式退休了曾用於描述PoS升級路線圖的“以太坊2.0”標籤。
Casper和以太坊PoS的優勢顯著降低的能源消耗工作量證明系統需要礦工全天候運行專用的高耗能硬件。在PoS下，驗證者節點相對輕量化。轉向基於Casper的共識顯著降低了以太坊的能源使用，使網絡在不妨礙安全性的情況下變得更高效。
更強的經濟安全性Casper-FFG將網絡安全直接與經濟權益掛鉤。違反協議規則的驗證者會因削減（slashing）而失去真實價值。要打亂最終性，攻擊者需要控制超過三分之一的所有質押ETH，而最終確認惡意區塊則需要控制三分之二。在這兩種情況下，攻擊者都會因削減而失去質押，導致大規模攻擊在經濟上不可行。
確定性最終性在PoW下，區塊最終性是概率性的：只有在積累足夠的確認後，區塊才被認爲是“最終”的。Casper-FFG提供了確定性最終性：一旦區塊被最終確認，想要逆轉它需要銷燬相當數量的質押ETH。這爲應用程序和用戶提供了更強的交易永久性保證。
更廣泛的驗證者參與PoW挖礦需要鉅額的前期硬件投資，這往往使得參與集中在資金充裕的操作中。PoS則對任何能夠滿足32 ETH最低質押要求的人開放參與。對於無法滿足該門檻的用戶，池化質押服務和流動質押協議使得以較小的金額參與成爲可能，儘管每種方式都有其自身的風險特徵。
限制Casper-FFG依賴於絕大多數驗證者在線且誠實。如果超過三分之一的驗證者聯手或同時下線，最終性可能會停滯。非活動泄漏機制解決了這一情景，但在網絡恢復期間會引入不確定性。
安全性也隨着質押ETH的總價值而擴展。隨着質押在大池中的集中程度增加，關於去中心化的假設可能會面臨壓力。研究人員繼續研究攻擊場景和邊緣情況，並不斷對Gasper規範進行改進。
流動質押協議已成爲用戶參與而不鎖定32 ETH的常見方式，儘管流動質押引入了自身的智能合約和集中風險，在參與之前值得理解。
總結Casper-FFG不再是一個研究提案——它是今天驅動以太坊的實時最終性機制，通過Gasper共識系統與LMD-GHOST一起運行。合併完成了多年來研究和信標鏈所準備的：從工作量證明到權益證明的全面過渡。
理解Casper意味着理解以太坊如何達成共識，爲什麼最終確認的區塊被視爲永久，以及驗證者在參與時的風險。隨着以太坊通過未來的升級繼續發展，Casper-FFG奠定的基礎仍然是網絡運作的核心。
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