以太坊Casper详解：PoS共识机制与2.0升级

以太坊Casper详解

Casper是最终将以太坊转换为权益证明(PoS)区块链（也称为以太坊2.0）的实现方案。尽管以太坊于2015年夏季作为工作量证明(PoW)区块链启动，但开发者们早已计划长期过渡到权益证明模型。过渡完成后，挖矿将不再是以太坊网络的一部分。

迄今为止，以太坊生态系统中已经共同开发了两种Casper实现：Casper CBC（Correct-by-Construction）和Casper FFG（Friendly Finality Gadget）。CBC版本最初由以太坊基金会研究员Vlad Zamfir提出。虽然CBC的研究最初集中在公共区块链的PoS协议上，但它后来发展成为一个更广泛的研究领域，包含一系列PoS模型。

Casper FFG的研究由以太坊联合创始人Vitalik Buterin领导。最初的提案包括一个混合PoW/PoS系统，但该实现仍在讨论中，新的提案最终可能会用纯PoS模型取代它。值得注意的是，Casper FFG正被计划用于启动以太坊2.0的推出。但这并不意味着Casper CBC毫无用处。事实上，它最终可能会在未来取代或补充Casper FFG。

虽然这两个版本都是为以太坊开发的，但Casper是一个PoS模型，也可能被其他区块链网络采用和实现。

Casper的工作原理

从以太坊1.0到2.0的过渡被称为“Serenity”升级。它将包括三个不同的阶段。在其初始阶段（第0阶段），一个名为信标链（Beacon Chain）的新区块链将启动。Casper FFG规则将驱动这个新的基于PoS的区块链的共识机制。

与PoW挖矿不同，PoW挖矿需要矿工运行昂贵且专业的机器来创建和验证交易块，Casper的实现将消除以太坊的挖矿过程。取而代之的是，新的交易块的验证将由区块验证者完成，这些验证者将根据他们的质押量进行选择。换句话说，每个验证者的投票权将由他们质押的ETH数量决定。例如，质押了64 ETH的人的投票权重将是质押了最低质押量的人的两倍。为了在Serenity的第一阶段成为区块验证者，用户需要至少质押32个以太币(ETH)——存入基于前一个以太坊区块链(1.0)的特殊智能合约中。

如果一切顺利，将随机选择验证者委员会来提出新的区块，并最终获得相应的区块奖励。区块奖励可能只包含交易费用，因为不会有区块补贴。然而，值得注意的是，每个PoS实现可能采用不同的方法，具有不同的奖励模型。Casper模型仍在开发中，许多细节尚未确定。

Casper的优势

Casper的一个优势是，通过使质押成为可能，它将有助于以太坊变得环保。在电力和计算资源方面，基于PoW的系统非常耗费资源。相比之下，PoS模型的需求要低得多。当最终在以太坊中完全实施PoS模型时，将不再需要矿工来保护区块链，因此所需的资源将大大减少。

Casper的另一个潜在优势与安全性有关。从本质上讲，Casper将用作选择器，负责对区块链进行排序。基本上，它将充当以太坊2.0分类账的记账员。因此，如果验证者恶意行事，他们将被迅速移除并受到惩罚。作弊的惩罚是验证者的质押(以ETH计)，这意味着网络违规行为将非常昂贵。然而，开发人员仍在讨论51%攻击的可能性。

最后，一些人认为Casper将使以太坊获得更高程度的去中心化。目前，网络上最有权力的人是那些有资源运行挖矿操作的人。将来，任何能够购买适当数量的以太币的人都可以帮助保护其区块链。

局限性

在Casper最终开发和实施之前还有很长的路要走。目前，其效率和安全性尚未得到证实。许多细节需要定义和调整。在Serenity升级的第0阶段上线之前，我们无法确定它的外观和行为。

就理论上的局限性而言，如果以太坊的验证系统损坏，Casper将无法完成区块确认。按照目前的结构，Casper仍然不能完全抵御51%的攻击。除此之外，还需要一个正式规范来概述在应对攻击时可能需要的分叉规则。

总结

以太坊正在从挖矿转向质押，用户将把以太币(ETH)质押到存款地址以保护区块链。Casper是一种用于完成区块确认的技术，它将促进这种转变。

Casper将有助于创建以太坊2.0的进一步发展所依赖的基础，并将使向PoS模型的过渡更加顺利。此外，区块链领域的开源性质也意味着Casper的既定优势可以被其他项目永久地分叉、修改和构建。

当Casper正式推出时，这将标志着以太坊历史上一个重要的里程碑。至于Casper何时可能到来，以太坊研究员Justin Drake此前曾提出过在2020年1月3日（比特币的11岁生日）启动Casper第一阶段的可能性。然而，这个日期只是一个暂定的提议。推出可能发生在2021年的任何时间点。