随着信标链（Beacon Chain）发布日期的临近，ETH2.0 的技术与发展愈发受人关注。基于此，本文将从技术层面讲解 ETH 如何由 PoW 共识平稳过渡到 PoS 共识。

Casper FFG 介绍

Casper FFG 是 ETH2.0 使用的 PoS 共识算法，该算法对 ETH1.0 通过 PoW 产生的区块进行最终确定，从而提升 ETH1.0 的安全性。

Casper FFG 的共识过程

图 1：__Checkpoint tree

Casper 共识对 PoW 产生的区块进行 PoS 共识，但并非对每一个区块都进行共识，而是设置检查点（Checkpoints），而多个检查点组成了检查点树（Checkpoint Tree），如图 1 所示，高度为 r、b1、b2、b3 的 Checkpoint 组成了 Checkpoint tree。

每个验证节点都要对检查点进行投票，投票的内容是由两个高度不同的检查点组成的连接（Link），连接的起点称为源头（Source），终点称为目标（Target），若投票给某个连接的票数超过 2/3，则该连接被称为绝对多数连接（Supermajority Link）。

图 2：__Justified chain

由根检查点开始，若某连接为一个绝对多数连接，则该连接的目标进入为已证成（Justified）状态，该连接的源头进入已敲定（Finalized）状态。如图 2 所示，r、b1、b2 都进入了已敲定状态，b3 进入已证成状态。检查点的投票内容用以下表达式来表达 :

Vote=v: 验证人的信息 s: 检查点的源头 t: 检查点的目标 h(s): 源头的高度 h(t): 目标的高度

已敲定的状态即我们通常所说的交易已被确认。

ETH2.0 如何解决无利害关系和长程攻击

所有 PoS 类型的区块链都面临着两个最重要的安全问题：

• 无利害关系 (Nothing-at-Stake)

无利害关系：__在 PoS 共识机制中，矿工可以在所有分叉上进行挖矿而没有成本，从而达到收益最大化。

• 长程攻击 (Long-Range-Attack)

长程攻击：攻击者首先获得一些私钥，只要这些私钥在历史上曾经获得了足够多的股权，便可以从这一时刻开始分叉进行 51% 攻击，制造一条分叉链。____而由于 PoS 的出块不需要进行工作量证明，攻击者可以短时间内让重写历史的分叉链追赶上原本的主链，从而造成 PoS 链和安全性威胁。__

针对区块链网络中的作恶行为，必须建立一个经济学上的惩罚机制来达到安全性。ETH2.0 通过使用 Casper FFG 和 LMD GHOST 来解决这两个问题。

Vitalik 在文章_Minimal Slashing Conditions_中总结了四条规则，任何违反这些规则的行为都将受到惩罚 :

• 发送 Commit 消息必须是在接收到 2/3 的 Prepare 消息之后；

• 对两个 Epoch 进行连接时，被指向的 Epoch 必须有 2/3 的 Prepare，且这些 Prepare 必须指向同一高度；

• 任何新的 Prepare 消息只能指向最后一个已提交或更新的高度；

• 只能对同一高度提交两次 Prepare 消息。

这四条规则可简化如下：

某验证人发出的两个投票 Vote=

1. h(t1)=h(t2) 对同一个目标高度进行两次投票

2. h(s1)

图 3：__LMD GHOST

为解决长程攻击，ETH2.0 引入了 LMD GHOST 分叉选择规则，如区块链网络中存在分叉，则选择当前 Checkpoint 中验证人投票最多的链。

至此，两个安全问题均被解决。

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