Casper+Sharding鏈規範V2.1（一）

Casper+Sharding chain v2.1 - CodiMD?

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進行中！！！！！

此文章為Casper + Sharding（shasper)）鏈2.1版規範，非定稿。

本協議中，有中央PoS鏈用來存儲並管理當前有效PoS驗證人集。在當前PoW主鏈發送含有32ETH的交易才可成為初始驗證人。交易發送完畢，到PoS鏈處理該區塊時，交易發送人進入驗證人排序階段並最終成為有效（活躍）驗證人，直至自願註銷或因不當行為被強行註銷。

PoS鏈上的主要負載源是證明（attestations）。一個證明具有雙重作用：

1. 證實信標鏈中的某個父塊

2. 證實分片中的區塊哈希（足夠數量的此類證明創造了「交聯（crosslink）」，確認分片區塊到主鏈中）。

每個分片（比方說，總共1024個分片）本身就是一個PoS鏈，作存儲交易和帳戶用。交聯一則用於將分片「確認」進主鏈，二則也是不同分片間能夠彼此通訊的主要方式。

或者，還可以想像個更簡單的「最小分片演算法」，其中交聯就是提出數據塊的哈希，這些數據塊本身彼此互不鏈接。

注意：

https://github.com/ethereum/beacon_chain、an ethresear.ch post 中的python代碼沒有反應出更新。出現分歧時，本文通常為最新修改版本。

術語

• 驗證人：Casper /分片共識系統的參與者。在Casper機制中存入32 ETH押金驗證人
• 活躍驗證人集：當前正在參與的驗證人，以及Casper機制希望生成並證明區塊、交聯及其他共識對象（的驗證人）
• 委員會：活躍驗證人集的（偽）隨機採樣子集。整體提及委員會時，如「該委員會證實X」，認為是「包含足夠數量驗證人，被協議承認可代表委員會的該委員會某子集」
• 提議人：出塊的驗證人
• 證明人：委員會中籤署區塊的驗證人
• 信標鏈：中心化PoS鏈，是分片系統的基礎
• 分片鏈：進行交易、存儲賬戶數據的單鏈
• 交聯：來自委員會的一組簽名，證實分片鏈中的區塊，可以包含在信標鏈中。交聯是信標鏈「獲悉」分片鏈更新狀態的主要手段
• 時隙（Slot）：長8秒的時間段，在此期間，一個提議人能夠創建一個區塊，一些證明人可以進行證明
• 代遷移：驗證人集的變更
• 代：創世以來在特定鏈中發生代遷移的數量
• 周期：一個多區塊跨度，在此期間，所有驗證人都只有一次機會進行證明（除非在驗證人內部發生代遷移）
• 落定，正當：參見Casper FFG定稿

常數

• 分片計數（SHARD_COUNT）：代表分片數量的常數，目前設置為1024
• 押金大小（DEPOSIT_SIZE）：32 ETH
• 最大驗證人計數（MAX_VALIDATOR_COUNT）：222= 4194304 #注意，一次性押金最大值為~1.34億枚ETH
• 時隙時常（SLOT_DURATION）：8秒
• 周期時長（CIRCLE_DURATION）：64個時隙
• 委員會最小規模（MIN_COMMITTEE_SIZE）：128（基本原理見建議最低值111）

PoW主鏈變更

本PoS/分片協議可單獨於現有PoW主鏈實施。只需對PoW主鏈做兩處變更，其中第二個變更非技術必須。

• 在PoW主鏈上增加合約；該合約支持存入DEPOSIT_SIZE的ETH；deposit函數以：(i)pubkey(位元組)，(ii)withdrawal_shard_id(int)，(iii)withdrawal_addr(地址)，(iv)randao_commitment(32位元組)，(v)bls_proof_of_possession 為參數
• PoW主鏈客戶端將實現一種prioritize（block_hash，value）的方法。區塊可用且已驗證時，此方法將其分數設置為給定值，並遞歸調整所有後代的分數。使得PoS信標鏈的終結小工具隱式地完結主鏈區塊。注意，將此實現到PoW客戶端是對PoW分叉選擇規則的變更，因此是可視為分叉。

信標鏈

信標鏈是PoS系統的「主鏈」。主要職責為：

• 存儲並維護活躍、等待中以及退出的驗證人集
• 處理交聯（見上文）
• 處理自己鏈上的逐塊共識以及定局小工具

以下為進入每個信標鏈區塊的欄位：

信標鏈狀態分為活躍狀態和結晶狀態兩種。

以下為活躍狀態/ActiveState:

以下為結晶狀態/CrystallizedState:

ShardAndCommittee對象的形式

每個ValidatorRecord都是包含驗證人信息的對象：

CrosslinkRecord包含待提交至區塊鏈的上一個完整交聯信息：

信標鏈處理

處理信標鏈與處理PoW鏈在很多方面非常類似。客戶端下載並處理區塊，維護當前「規範鏈」，終止於當前的「頭部」。但是，由於信標鏈與現有PoW鏈的關係，並且本身是PoS鏈，所以（處理）也存在一定的差異。

由節點處理的信標鏈區塊，必須滿足三個條件：

• parent_hash指向的父區塊已被處理並認可
• pow_chain_ref指向的PoW鏈區塊已被處理並認可
• 節點的本地時鐘時間大於或等於GENESIS_TIME + slot_number * SLOT_DURATION計算得出的最小時間戳

未滿足這三個條件時，客戶端應延遲處理區塊，直至三個條件都滿足。

有鑒於PoS機制，出塊將顯著不同。客戶端只在需要創建區塊時檢查其認為是規範鏈的鏈，並查找其時隙號；時隙到達時，按要求提議或證實區塊。

信標鏈分叉選擇規則

信標鏈使用的是「傾向包含最高時隙數合理區塊（highest-slot-number justified block）的鏈」的Casper FFG分叉選擇規則。從均來自同一個合理區塊的諸多鏈間選擇時，鏈使用「即時消息驅動的GHOST」（IMD GHOST）選擇鏈的頭部。

詳見：

https://ethresear.ch/t/beacon-chain-casper-ffg-rpj-mini-spec/2760

網路模擬器實施見：

https://github.com/ethereum/research/blob/master/clock_disparity/ghost_node.py

以下為工作原理的例子（綠色代表完結區塊，黃色代表合理區塊，灰色代表證明）：

信標鏈狀態遷移函數

現在定義下狀態遷移函數。設置層面，狀態遷移由兩部分組成：

1. 結晶狀態重算，僅在block.slot_number> = last_state_recalc + CYCLE_LENGTH時發生，且影響CrystallizedState和ActiveState

2. 每塊處理，即每個區塊都發生（結晶狀態重算區塊期間時，（每塊處理）待結晶狀態重算之後發生），且僅影響ActiveState

結晶狀態重算通常關注驗證人集的變更，包括調整餘額、添加刪除驗證人以及處理交聯和管理區塊合理（block justification）；每塊處理通常關注驗證聚合簽名並保存ActiveState中區塊內活動相關的臨時記錄。

未完待續。

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