來源： @LuozhuZhang推文
編譯：0x711，BlockBeats
眾所周知， PoS 以太坊的共識協議是「Gasper」，它是在LMD-GHOST（ 分叉選擇規則）之上應用Casper FFG（最終性確定工具）構建的。所以要想搞清楚完整的以太坊共識協議，就必須了解這兩個部分（Casper + Ghost）。此外，這些設計真的很有趣。我打算梳理一下這兩個協議的背景和演進，以及它們簡單的工作流程。
PoS 共識算法的三大流派如下：
1.Nakamoto-inspired（Peercoin）
2.PBFT-inspired（Tendermint、Casper FFG）
3.CBC Casper
Nakamoto-inspired PoS 是一種基於鏈的算法，模擬在PoW 中挖礦。它通過偽隨機選擇驗證者來創建新區塊。其在2012 年的「Peercoin」論文中首次提出，peercoin 是基於權益證明共識的第一個加密貨幣。
PBFT-inspired（即BFT-style）PoS 基於多年對拜占庭容錯（尤其是pBFT）的研究。在2014 年的「Tendermint」論文中首次提出。一般來說，這些算法會選擇一個代表賬本規範交易的唯一鏈。
Casper 直接繼承了BFT 算法（更精確的是pBFT），做了一些修改。 CBC Casper 是由@VladZamfir 提出的，有一些很好的資料可以更充分地解釋它。
雖然以太坊最終選擇了Casper FFG 而不是CBC Casper，但對CBC Casper 的研究也很有價值，比如滿足以太坊需求的分叉選擇規則「LMD-GHOST」。 Casper FFG 由V 神和Virgil Griffith在2017 年提出，引入了justification 和finalization 的概念，並引入了slashing conditions 和動態驗證者機制，這些都是非常重要的特性。
Casper FFG 用於保證「最終性」（也就是安全性），這在PoW 中是不存在的。簡單來說，每個驗證者都會對檢查點進行投票，經過兩輪投票後，檢查點將被「最終確定」（第一輪為驗證，第二輪為最終確定）。
所有最終確定的檢查點都成為規範鏈（區塊鏈歷史的一部分），所有忠誠節點都同意他們永遠不會逆轉這條鏈。 「最終檢查點」之後的區塊可以隨意分叉，但之前的區塊不允許分叉。
Casper FFG 除了通過「最終性」來保證區塊鏈安全外，還引入了slashing 條件來懲罰所有違反規則的驗證者（這在傳統BFT 算法中是做不到的），所有違反規則的驗證者都將被跟踪和懲罰。
除此之外，Casper FFG 是無需許可的（傳統的BFT 算法是需要許可認證的），pBFT 通過一個列表來維護共識，只有列表中的人才能成為參與者。 Casper FFG 構建了動態驗證者機制，所有驗證者可以自由進出。 Casper FFG 用於保證「最終性」和「安全性」，負責確認區塊的最終狀態，但不負責創建新區塊，所以它需要底層區塊鍊和分叉選擇規則。
以太坊使用的分叉選擇規則是基於GHOST，該規則最早在2013 年的一篇論文中提出。 2017 年，@VladZamfir 在CBC Casper 工作時，他嘗試將GHOST 與Casper 結合，產生了一個變種「LMD-GHOST」。
區塊鏈允許分叉，當出現不同的分支時，應該選擇哪條鏈繼續添加後續新區塊，需要分叉選擇規則。 PoW 使用的是最長鏈規則。思路是鍛造最長的鏈需要最多的算力，所以這條鍊是最可信的。所以當所有礦工添加新區塊時，他們會默認在最長的鏈上添加。
GHOST 的思路與此類似，其選擇票數最多的鏈而不是高度最長的鏈，LMD-GHOST 做了一些修改，只考慮最近的投票（即所謂的「Least Message Driven」，LMD）。
LMD-GHOST 的規則很簡單：
- 從創世區塊開始；
- 每次有分叉，選擇票數多的分支；
- 重複，直至找到block leaf；
- 返回鏈的頭部；
這是Casper FFG 和LMD-GHOST 的演變以及它們如何工作，它們共同保證「安全」+「活性」。 LMD-GHOST 允許提議者隨時創建新區塊，新區塊將按照分叉選擇規則（即活躍度）添加到權重最大的鏈上。雖然Casper FFG 將根據所有驗證者的投票（兩輪，超過2/3，按存款）最終確定一個規範鏈。所有忠誠節點默認接受規範鏈，從而獲得安全。
共識真的很有意思，以太坊對PoS 的研究始於2014 年，2022 年完成了合併。這是一條漫長而曲折的道路，過程中誕生了許多奇妙的想法、設計和工程。
