[论文解读] Combining GHOST and Casper

Vitalik Buterin, Diego Ortega Hernandez+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 2020

Distributed systems and fault tolerance参考文献 15被引用 67

一句话总结

Gasper 是一个权益证明协议，将 Casper FFG 与 LMD GHOST 结合，以在各种假设下实现以太坊 2.0 信标链提案的安全性以及（看似可信且概率性）活性。

ABSTRACT

We present "Gasper," a proof-of-stake-based consensus protocol, which is an idealized version of the proposed Ethereum 2.0 beacon chain. The protocol combines Casper FFG, a finality tool, with LMD GHOST, a fork-choice rule. We prove safety, plausible liveness, and probabilistic liveness under different sets of assumptions.

研究动机与目标

• 定义并研究一种适用于以太坊 2.0 信标链设计的权益证明共识协议。
• 将 Casper FFG 的最终性小工具与 LMD GHOST 的分叉选择结合起来，创建 Gasper。
• 在不同的同步性和故障假设下证明安全性、看似活性和概率性活性。
• 处理实际实现方面的考虑，如分片、视图实现和动态验证者集合。

提出的方法

• 将 Gasper 呈现为以太坊信标链的一个理想化抽象。
• 形式化基本要素：验证者、视图、见证（ attestations ），以及砍罚条件。
• 定义纪元边界块/对，以及用于协调见证的委员会。
• 将 Casper FFG 的正当化与最终化概念与 LMD GHOST 的分叉选择整合。
• 在指定模型下证明可问责的安全性和看似活性以及概率性活性。
• 讨论实际实现方面的要点以及与以太坊实际设计的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在拜占庭故障下，Gasper 是否能够在冲突分支上实现已最终化的区块的安全性？
• RQ2 在何种同步性与故障假设下，Gasper 能保证看似活性和概率性活性？
• RQ3 纪元边界、委员会和见证如何交互以在 PoS 环境中实现最终化？
• RQ4 Gasper 中分片、视图构造和动态验证者集合的实际影响是什么？

主要发现

• Gasper 实现了可问责的安全性：在不同分支上的两个已最终化的检查点不能同时被最终化，除非违反协议规则的验证者集合中有被削减者。
• 看似活性成立：只要底层区块链能够创建新区块，新的检查点就可以最终化。
• 在某些概率网络假设和攻击模型下建立概率性活性。
• 本文讨论了见证纳入和最终化的延迟在实践中如何影响安全性和活性。
• 探讨了四种情形的最终化规则以及动态验证者集合的考虑，以弥合理论与实践。