北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》公开课笔记(十八)：GHOST协议

BTC系统中出块时间为10min，而以太坊中出块时间被降低到15s左右，虽然有效提高了系统反应时间和吞吐率，却也导致系统临时性分叉变成常态，且分叉数目更多。这对于共识协议来说，就存在很大挑战。在BTC系统中，不在最长合法链上的节点最后都是作废的，但如果在以太坊系统中，如果这样处理，由于系统中经常性会出现分叉，则矿工挖到矿很大可能会被废弃，这会大大降低矿工挖矿积极性。而对于个人矿工来说，和大型矿池相比更是存在天然劣势，因为大型矿池更容易成为最长合法链，相应的其他矿工也就更愿意沿着大型矿池的链挖，mining centralization越严重，形成恶性循环，有时我们叫centralization bias(中心化带来的不成比例的优势)。所以建立一个合理的共识协议是很有必要的。

对此，以太坊设计了新的公式协议——GHOST协议(该协议并非原创，而是对原本就有的Ghost协议进行了改进)。

GHOST协议

最初版本

如果产生了分叉，那么长的区块可以在后续区块上写入叔父区块，图中花阴影区块就是最右区块的叔父区块，然后叔父区块获得7/8的出块奖励，写入叔父区块的区块获得1/32的出块奖励，且一个区块最多写入两个叔父区块，对双方都有利，类似于后面的区块把叔父区块招安，系统内部解决分叉的一种方法。

假定一个矿工挖出了B，此时他沿着其所在链继续挖，并且他知道A是和自己“同辈”，则可以将A包含进区块挖矿，若挖矿过程中又听到C也是“同辈”，则可以停止挖矿，将C包含进来重新组织成一个新区块重新挖矿，实际中，由于挖矿过程的无记忆性，之前花费在挖矿上的精力并没有浪费

那么这样其实存在问题：

如果分叉过多，比如有5个，而我只能写入2个，写入哪两个？
如果矿工自私，故意不包含叔父区块，导致叔父区块7/8出块奖励没了，而自己仅仅损失1/32。如果甲、乙两个大型矿池存在竞争关系，那么他们可以采用故意不包含对方的叔父区块，因为这样自己的损失是远远比对方小的。

新的版本

叔父区块不要求跟父节点同级，只要是他前面的节点就可以。如下图，B、C、G是D、E、F的叔父节点，所以D、E、F都可以写入B、C、G，这样完美解决了上面两个问题，分叉多可以多几代写入，而如果存在恶意不写入，比如D不想写入B，那么B可以在E或者F处加把劲自己挖出一个区块，然后把B给写入，因为大矿池也不能保证所有的区块都是自己挖出来的，这样自己相当于损失1/32的出块奖励。所以基本解决了上述两个问题

我们将“叔父”这个概念进行了扩展，但问题是：叔父”这一定义隔多少代才好呢？

显然是需要加以限制的，不然首先恶意节点可以在之前挖矿难度较低时挖出很多分支，然后赚取叔父节点的出块奖励，其次全节点要维护很多很多节点的叔父节点集，这样肯定是不合理的，以太坊中的限制是七代以内有共同祖先：

如图，七代以内有共同祖先的叔父节点都能得到叔父奖励，而且叔父奖励是递减的，写入叔父区块的区块的奖励还是1/32的出块奖励，还是最多写入两个叔父区块

这样，就方便了全节点进行记录，此外，也从协议上鼓励一旦出现分叉马上进行合并。

这个协议主要是为了解决系统中出现的临时性分叉，比如上面提到的这种state fork(对于区块链当前的状态产生了临时性的意见分歧)。而如果分叉是由于对运行的区块链协议有不同的意见，那么GHOST协议是无法解决的

以太坊中的奖励

BTC：静态奖励(出块奖励block reward)+动态奖励(交易费tx fee，占据比例很小，1%左右)

ETH：静态奖励(出块奖励block reward+包含叔父区块的奖励)+动态奖励(汽油费gas fee，占据比例很小，1%左右，叔父区块没有)

此外，BTC中为了人为制造稀缺性，比特币每隔一段时间出块奖励会降低，最终当出块奖励趋于0后会主要依赖于交易费运作。而以太坊中并没有人为规定每隔一段时间降低出块奖励，前些年从5降到3是因为17年10月份挖矿难度的计算公式：难度炸弹被回调了300W个区块，这样导致挖矿难度大幅度降低，为了维护总的以太币的供给量不会波动太大，才调整的出块奖励。