以太坊Ghost協議和叔塊

  GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）是一種主鏈選擇協議（不是側鏈選擇協議）。舉例來講：經典的Proof-of-Work（POW）是以取最長的主鏈爲基本原則，GHOST協議則是以包含子樹數目最多爲基本原則。

  POW協議不能以太快的頻率（上圖的Block Generation Rate）發佈新的區塊，由於太快發佈區塊，區塊中的數據重複驗證6次（若干次）當即永久封存地區塊中，一旦51%算力攻擊一旦發生，double-spend等糟糕問題會出現，惡意的數據容易永久封存於區塊中，整個blockchain系統須要足夠長的時間來處理和恢復黑客惡意攻擊所形成的破壞——這段時間能夠理解爲系統的有效修復時間，也能夠理解爲交易信息被確認的等待時間，從安全的角度，顯然這段時間越長，交易數據可靠性被驗證的越多，因此越可靠。
  相比而言，GHOST協議就沒有這個問題了，由於在GHOST協議控制下， 「區塊發佈太快」 和 「51%攻擊持續性地控制主動權」 兩者沒有必然的關係，GHOST不是採用絕對算力優點獲取主動權的協議。這也是爲何以太坊的出塊速度要遠遠大於區塊鏈。

  在比特幣協議中，最長的鏈被認爲是絕對的正確。若是一個塊不是最長鏈的一部分，那麼它被稱爲是「孤塊」。一個孤立的塊也是合法的，可是發現的稍晚，或者是網絡傳輸稍慢，而沒有能成爲最長的鏈的一部分。在比特幣中，孤塊沒有意義，隨後將被拋棄，發現這個孤塊的礦工也拿不到採礦相關的獎勵。例如：挖礦節點A是一個礦池佔有全網30%的算力，挖礦節點B佔有全網算力的10%，節點A會有70%的機率產生廢塊，節點B有90%的機率產生廢塊. 若是新舊區塊之間產生的間隔過短, 則節點A會由於規模效應而比B節點更爲高效。因此新舊區塊的間隔太短會致使單一的礦池主導全網的挖礦過程。
  這個問題在以太坊中獲得了很好的解決，根據GHOST協議，不認爲孤塊沒有價值，而是會給與發現孤塊的礦工以回報。孤塊被稱爲「叔塊」(uncle block)，它們能夠爲主鏈的安全做出貢獻，也一樣能得到獎勵，這激勵了礦工在新發現的塊中去引用叔塊，減小了孤塊的產生。

Ghost協議解決了兩個問題：摒棄了單一的最長鏈原則, 取而代之的是最大子數原則；孤塊獎勵問題。

以下圖所示：

若是單純的計算最長鏈原則, 主鏈應該是 0 -> 1B -> 2D -> 3F -> 3F -> 4C -> 5B.
若是採用了GHOST協議, 之前的"廢塊"也會被考慮到主鏈的計算量中.每個節點下含一個子樹, 兄弟節點之間子樹節點最多的被選爲主鏈. 這樣一來 0 -> 1B -> 2C -> 3D -> 4B 成爲主鏈,
若是採用GHOST協議, 一個攻擊者僅僅提供一個1A到6A的長鏈並不能被認爲是主鏈.

Ghost協議的優點在於：

• 以太坊十幾秒的出塊間隔，大大增長了孤塊的產生，而且下降了安全性。經過鼓勵引用叔塊，使引用主鏈得到更多的安全保證（由於孤塊自己也是合法的）
• 比特幣中，採礦中心化(大量的集中礦池)成爲一個問題。Ghost協議下，叔塊也是可以得到報酬，能夠必定程度上緩解這個問題。

孤塊獎勵問題：

• 主鏈節點得到base reward；
• 一個節點最多引用兩個叔塊；
• 叔塊必須是區塊的前2層~前7層的祖先的直接子塊；
• 被引用過的叔塊不能重複引用；
• 引用叔塊的區塊，能夠得到挖礦報酬的1/32，也就是51/32=0.15625 Ether，最多得到20.15625=0.3125 Ether；
• 主鏈節點的兄弟（非主鏈節點）得到 ((叔塊高度+8-當前塊的高度)/8 )*base reward，以下圖表格所示；
• 交易費用(transaction fee)不會分配給叔塊

被引用的叔塊，其礦工的報酬和叔塊與區塊之間的間隔層數有關係。

間隔層數	報酬比例	報酬(ether)
1	7/8	4.375
2	6/8	3.75
3	5/8	3.125
4	4/8	2.5
5	3/8	1.875
6	2/8	1.25

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