以太坊GHOST协议

以太坊的GHOST协议，全称为“Greedy Heaviest Observed Subtree”，是一种用于区块链的共识协议。在比特币的区块链中，只有最长的区块链才会被接受，其他分支链会被抛弃。而GHOST协议则允许快速确认区块，提高区块链的安全性和效率。

太坊的GHOST协议是什么？

以太坊的GHOST协议，全称为“Greedy Heaviest Observed Subtree”，是一种用于区块链的共识协议。在比特币的区块链中，只有最长的区块链才会被接受，其他分支链会被抛弃。而GHOST协议则允许快速确认区块，提高区块链的安全性和效率。

GHOST协议通过考虑整个区块链中的所有分支来确定主链，而不仅仅是最长的链。当有多个分支存在时，GHOST会选择最重的子树作为主链，而不是单纯选择最长的链。这意味着即使某些区块不在最长链上，只要它们是从主链上直接分支出去的，也会被考虑在内，从而提高整个网络的安全性和速度。

GHOST协议的引入使得以太坊网络更加去中心化和安全。因为矿工有动力挖掘分支链上的区块，而不仅仅是主链上的区块，这样可以防止中心化并提高网络抵抗攻击的能力。同时，GHOST还能够缩短区块确认时间，提高交易速度，减少交易拥堵的可能性。

以太坊共识协议需要解决的问题

以太坊相比于比特币，大幅度提高了出块速度。这样提高出块速度后，临时性的分叉成为了常态，而且分叉数目也会更多。

比特币的共识协议中，只有在最长合法链上的区块得到的奖励才是真正有用的，其他分叉上的奖励其实最后是作废了，成为了orphan block（也称stale block） 。比特币因为出现分叉的不是很多，所以可以这么规定。

而对于以太坊，临时性分叉是常态。如果把分叉的区块作废，那么意味着矿工挖出来的区块很有可能是无用的。

另外，随着挖矿设备专业化、矿池化，矿池出块的速度要比个人挖矿的快的多，在矿池和个人同时挖出来区块出现分叉时，矿池继续扩展自己的链，那么个人挖出来的区块很可能成为不了最长合法链（而且矿池一般都是分布式的，所以在网络中传输也会比个人矿工更快），最后得到奖励的都是矿池。导致矿池得到的奖励超过自己本身算力在整个系统中的比例，越是大型的矿池得到的奖励就越大，最终出现centralization bias（中心化带来的不成比例的优势，例如拥有系统30%算力的矿池却得到了系统60%的奖励）

再者，各个矿池如果挖出的区块出现了分叉，矿池为了不让自己的区块作废，有可能不愿意去扩展最长合法链，而是继续扩展自己的分叉争取让自己成为最长合法链，也不利于分叉的合并。

以太坊的共识协议

以太坊中采用了基于GHOST协议的共识机制。

GHOST协议并不是以太坊发明的，在以太坊出现之前就有已经出现了，以太坊对这个协议做了一些修改。

以太坊出块奖励

在比特币系统中，存在出块奖励的减半机制。

在以太坊中，没有出块奖励减半，每个区块的出块奖励是指定好的：

1. 在以太坊初期，一个区块的出块奖励是 5ETH

2. 2017年10月的拜占庭升级，一个区块的出块奖励降到 3ETH

3. 2019年3月的君士坦丁堡升级，一个区块的出块奖励降到 2ETH

uncle block

GHOST协议的核心是，即使自己挖的区块作废了，也能得到一些出块奖励。被分叉出去的区块，在比特币中成为了orphan block，而在以太坊中叫做 uncle block。

区块2虽然没有在最长合法链上，但是如果区块5的uncle block数组里包含了区块2，那么区块2也可以得到7/8的出块奖励。

而区块5，每包含一个uncle block，也可以额外得到1/32的出块奖励（一个区块最多可以包含2个uncle block）。

uncle block不止是叔父辈分

以下图为例存在以下可能性，分叉没有被区块5作为uncle block包含：

• 挖出区块2的矿池 和 挖出区块5的矿池是商业竞争关系。区块5故意不将区块2作为 uncle block包含进去

• 先挖出了区块5，后挖出了区块4。区块5因为不知道区块4的存在所以没有将区块4作为 uncle block包含进去

• 区块5只能包含2个uncle block，已经包含了区块2和区块4，没有办法再包含区块6。

为了解决以上问题，在GHOST协议中，没有被区块5包含进去的分叉，可以被区块5后面的其他区块继续包含。（即可以被孙子辈、曾孙子辈.....的后辈作为uncle block 包含进去）。如下图所示：

注意：虽然区块6成为了区块7的uncle block，但是因为区块6是区块7的爷爷辈的，所以其得到的以太币将不再是 7/8的出块奖励，而是进行了削减。

uncle block得到的以太币数量

一个区块包含的uncle block不止是叔父辈分，那么会带来以下一些问题：

• 区块包含的叔父区块特别的古早，查询验证起来需要向前寻找很久很久

• 随着系统内算力的提升，越往后的区块的挖矿难度越低。所以矿工可以在区块链最前面挖矿难度低的位置不断的挖叔父区块，挣取叔父区块收益，而不再继续扩展最长合法链

.

为了解决这些问题，以太坊规定，只有在7代以内的uncle block才有奖励。而且随着辈分差的越来越远，得到的奖励也越来越少。具体奖励如图：

其中：

• 区块10只要包含的有uncle block，不管是哪个辈分的，每包含一个都可以得到1/32的出块奖励

• 区块10的uncle block中如果包含了区块9A（真正直接叔父），区块9A可以得到7/8的出块奖励

• 区块10的uncle block中如果包含了区块8A，区块8A可以得到6/8的出块奖励

• 区块10的uncle block中如果包含了区块7A，区块7A可以得到5/8的出块奖励

• 区块10的uncle block中如果包含了区块6A，区块6A可以得到4/8的出块奖励

• 区块10的uncle block中如果包含了区块5A，区块5A可以得到3/8的出块奖励

• 区块10的uncle block中如果包含了区块4A，区块4A可以得到2/8的出块奖励

• 4再往前的区块3A即使在区块10的uncle block数组中，区块3A也得不到奖励

• 另外，接着叔父区块分叉扩展的“堂兄弟”区块9A1，也得不到奖励。

设计出块奖励递减的机制，有利于鼓励出现分叉时尽早的进行合并。

如果“堂兄弟”区块也可以得到出块奖励，那么“分叉攻击”的成本就会变得很低，即使攻击不成功也能拿到奖励。

不管是比特币的“最长合法链”机制，还是以太坊基于GHOST的协议，都是为了将临时性分叉尽快的合并。

uncle block无法得到汽油费

在比特币中，拥有记账权的节点除了可以得到静态奖励block reward之外，还可以得到这个区块里的动态奖励transaction fee。

以太坊中类似，除了静态奖励block reward之外，执行区块里的智能合约时还可以得到gas fee。

uncle block得到的7/8的奖励只是block reward的7/8，不包含gas fee。uncle block 无法得到自己区块里面的gas fee。

uncle block中的交易不再执行

uncle block虽然被包含到了最长合法链中，但是其内部的交易实际上不会被执行，只有最长合法链上的区块的交易才会被执行。

最长合法链上的区块在引入uncle block时，实际上根本不查看uncle block中的交易内容，连交易内容的合法性也不检查。只会检查uncle block的区块头（检查这个区块的挖矿难度的合法性）。

Etherscan查看以太坊当前状态

Etherscan网站介绍

通过 Etherscan网站查看以太坊的当前状态：最近两周的交易量、最新挖出的区块、最新的交易等

查看区块包含的uncle block奖励

查看被包含的uncle block列表：来源

当前一个区块的出块奖励为 2ETH，所以最近的uncle block的出块奖励为ETH，爷爷辈的uncle block的出块奖励为 ETH.

由图中可以看出，uncle block基本都在“叔叔辈”或“爷爷辈“就被合并了。

uncle block详情：

可以看到，该区块作为uncle block，得到的 Uncle Reward为  ETH

最长合法链上的区块包含uncle block得到的奖励：

可以看到在 Block Reward中，因为它包含了1个uncle block，而多出了   ETH。