以太坊共识机制casper详细原理

『壹』 区块链的共识机制是什么优缺点有哪些

区块链的共识机制有很多，说一个影响力最大的比特币背后的pow共识机制，好处是安全 不可篡改 全球流通 缺点是速度太慢了 一秒钟只能处理7笔交易

『贰』 区块链原理

区块链是一种技术,但它不是一种单一的技术,而是由多种技术整合的结果,包括密码学、数学、经济学、网络科学等。你可以把它看做是一个分布式共享记账技术,也可以看做是一个数据库,只不过这个数据库是由在这个链上的所有节点共同维护,每个节点都有一份账本,因为所有节点的账本一致,不同节点之间可以互相信任,对数据没有疑问,所以大家都说区块链从技术上实现了信任。详细的专业技术可以咨询一些专业的技术公司，例：金博科技，专注开发区块链相关产品，专业研发团队和完善的售后服务，可以电话咨询。

『叁』 以太坊存在的问题

1．扩展性不足：

以太坊社区的主要开发人员和研究人员始终认为区块链技术要实现大规模采用，可扩展性是区块链应用程序需要解决的唯一最重要的关键。

以太坊的底层设计，最大的问题是以太坊只有一条链，没有侧链，它把所有的程序对等的跑在全球所有节点的矿机上。这样一个很耗资源的程序，会导致问题越来越严重。

2．合约程序漏洞，无法抵御DDOS攻击

据相关研究表明，在基于以太坊的近100万个智能合约上，发现有34,200(约3%)个含有安全漏洞，将允许黑客窃取ETH、冻结资产或删除合约。这几年，以太坊面对合约程序漏洞和DDOS攻击的问题，也一直无法找到很好的解决办法。（更好用的数字货币交易平台“币汇”）

3.对于ICO泡沫和项目方砸盘

目前的ETH下跌，很大程度上来自于项目方的砸盘套现，这个问题可以在ICO代币融资上进行规则限制，不能像现在这样毫无成本的就能发一个币，而且还没有任何监督惩罚机制。任何事情都需要有一套合理的演进规则，大家按规则办事，所谓无规矩不成方圆。在规则的基础上，各类ICO项目有效监督，有序进出，才是一个正常的市场，这样才可能维系着代币生态的持续、稳定发展。

4.智能合约费用过高

在以太坊上现在还是POW的挖矿模式，交易是有手续费的，用来激励矿工来处理交易和保护网络，不同的是以太坊是以“gas”的形式来收费的。

在以太坊协议中规定，交易手续费=Gas 数量 x Gas 价格，其中 Gas 数量由智能合约的复杂程度决定，而 Gas 价格则由合约发起人决定。这对开发者和用户意味着什么呢？虽然读取本地区块链是免费的，但写入和运算是花钱的，储存更是尤其昂贵，因为任何写入的信息都会被永久的储存着。

5．社区对共识协议改变的分歧

以太坊计划实现将 POW 机制改为 POW/POS 混合共识机制。但这个涉及到技术开发和矿工双方能否达到利益共识的问题了。如果协议发生了变化，社区意见不合时，就会导致分叉，大家各自玩各自的。

『肆』 以太坊架构是怎么样的

以太坊最上层的是DApp。它通过Web3.js和智能合约层进行交换。所有的智能合约都运行在EVM（以太坊虚拟机）上，并会用到RPC的调用。在EVM和RPC下面是以太坊的四大核心内容，包括：blockChain, 共识算法，挖矿以及网络层。除了DApp外，其他的所有部分都在以太坊的客户端里，目前最流行的以太坊客户端就是Geth（Go-Ethereum）

『伍』 以太坊带来了那些争议和质疑呢

以太坊和比特币是有着本质区别的，区别在哪里呢？比特币定义的是一套货币体系，而以太坊侧重的是打造一条主链（可以理解为一条公路），可以让大量的区块链应用跑在这条公路上。

从这一点来看，以太坊的应用场景更广泛，这也是为什么我们说以太坊标志着区块链

1.0时代一个单纯的货币体系，向区块链2.0时代实现其他行业以及应用场景的转变。

但是，世界上没有十全十美的事物，以太坊虽然拓展了区块链在各行各业的应用范围，还提升了处理交易的速度，但是它也存在着一定的争议与质疑。

一、以太坊的扩展性不足的解决之道：分片技术和雷电网络

以太坊的底层设计，最大的问题是以太坊只有一条链，没有侧链，这就意味着，所有程序都要对等地跑在这条链上，消耗资源的同时，还会引发系统拥堵。正如去年非常火爆的以太坊游戏“加密猫”，这个游戏火爆的时候，一度引发以太坊网络瘫痪。

对于提升处理能力这个问题，以太坊提出两种方式：一个是分片技术（shard），一个是雷电网络，下面我们分别介绍一下这两种技术。

（一）分片技术

以太坊创始人 V 神（Vitalik Buterin）认为，诸如比特币这种主流的区块链网络，之所以处理交易的速度很慢，是因为每一个矿工要处理全网的每一笔交易，这样的效率其实是非常低下的。分片技术的构想是：一笔交易不必发动全网所有节点都去处理，只要让网络中的一部分节点（矿工）处理就好了。于是，以太坊网络被划分成很多片，同一时间，每一分片都可以处理不同的交易，这样一来，会大大提升网络性能。

但是，分片技术也是有一定争议的。我们知道，区块链技术的重要思想是去中心化，全网都去见证（处理）同一交易，这才具有最高的权威性。而以太坊分片技术，并不是所有节点共同见证，而是类似于分小组见证，这样一来，它便失去了绝对的“去中心化”属性，只能通过牺牲掉一定的去中心化特性来达到高性能的目的。

（二）雷电网络

雷电网络使用的是链下交易的方式。这是什么意思呢？它的意思是：使用雷电网络的参与者在互相转账时，不需要通过以太坊主链交易确认，而是通过参与者之间创建支付通道，在链下完成。

不过，雷电网络并不是脱离主链的，在建立支付通道之前，需要先用主链上的资产做抵押，生成余额证明（Balance Proof），拥有余额证明才能表明你能做出相应余额的转账。在交易双方都持有余额证明的情况下，双方可通过支付通道在链下进行无限制次数的转账。

只有在完成链下交易，需要将资产转回链上时，才会在以太坊主链上登记主链账户的余额变化信息，而这期间不管发生多少次交易在主链上是不会有记录的。

雷电网络还有一个实实在在的好处，就是可以为你省下矿工费用。目前我们在以太坊主链上进行交易，需要消耗 Gas，需要支付矿工费用，那么一旦将交易搬到链下，就可以节省这一部分的成本。

当然，雷电网络并不是十全十美的。在使用雷电网络时需要用主链上的资产作抵押；而这部分资产作为抵押物，在使用者完成链下交易之前是不能使用的。这也就决定了，雷电交易只适合小额交易。

上面就是以太坊扩展性不足的问题，以及目前提出的两个主要解决方案：分片技术和雷电网络。

二、以太坊的智能合约存在漏洞与臭名昭著的 The Dao 事件

以太坊的智能合约很强大，但是，凡是代码都会存在漏洞的，以太坊智能合约最大的争议就在于所谓的漏洞，也就是安全性问题。据相关研究表明，在基于以太坊的近100万个智能合约上，发现有34200(约3%)个含有安全漏洞，将允许黑客窃取ETH、冻结资产或删除合约，比如说，臭名昭著的The Dao 事件。

（一）Dao是什么意思？

介绍 The Dao 事件之前， 我们先见到介绍一下 DAO 是什么。DAO 是 Decentralized

Autonomous Organization 的简称，可以理解为：去中心化自治组织。从以太坊的角度来理解，DAO 是区块链上的某一类合约，或者一个合约组合，用来代替政府的审查以及复杂等中间程序，从而实现高效的、去中心化的信任的系统。所以，DAO 不是特定的某个组织，也就说呢，可以有很多的DAO，各种各样的DAO。

（二）臭名昭著的The Dao事件

但是，我们现在提到DAO，基本上所指的都是The DAO事件，也就是我们刚刚说的那个臭名昭著的黑客攻击事件。我们知道，英文中的 The是特指的意思，The DAO事件呢就

是特指的那个DAO事件，因为我们刚刚说了DAO不是特定的某个组织，可以有很多的DAO，各种各样的DAO。

2016 年的时候，德国一家专注“智能锁”的公司 Slock.it，为了实现去中心化的实物交换（比如说：公寓啊，船只啊），在以太坊上发布了 DAO项目。并且于2016年4月

30日开始，融资窗口开放了28天。

没想到，这个DAO项目的人气非常高，短短半个月就筹得了超过一亿美元，而到整个融资期结束，一共筹集到1.5亿美元，由此呢，它成为历史上最大的众筹项目。然而好景不长，到了6月份，黑客利用智能合约里面的漏洞，成功转移了超过360万个以太币，并投入到一个DAO子组织中，这个组织和The DAO有着同样的结构。以至于当时以太币价格从20多美元直接跌破13美元。

这个事件说明智能合约的确是有漏洞的，而且一旦漏洞被黑客利用，那么后果是非常严重的。这就是现在很多人批评以太坊，说它的智能合约不智能。

对于这个问题，目前国外有很多公司为了解决智能合约的漏洞问题 ，开始提供代码审计服务。而从技术的角度来说，目前一些团队正在对智能合约进行检验，这些团队多数由哈佛、斯坦福和耶鲁的教授带队，部分团队已经获得了头部机构的投资。

除了目前以太坊存在的扩展性不足、智能合约漏洞问题，对于以太坊的争议还在于它所追求的POS共识机制，也就是权益证明机制，在权益证明机制下，如果说谁持币的数量越大、持币时间越久，获得的“权益”（利息）就越多，还有机会得到记账权力，记账又可以获得奖励，那么这样一来，容易造成“强者越强”的寡头优势。

还有一个问题就是ICO乱象的问题。ICO是区块链项目筹措资金的常用方式，咱们可以理解为预售。以太坊上ICO项目的爆发，滋生了打着ICO旗号进行资金盘、诈骗圈钱等不法行为，对社会和金融稳定造成安全隐患。

『陆』 区块链共识机制

PoW：工作量证明 (Proof of Work，简称 PoW ) ，简单的解释就是一份证明，用来确认你做过一定量的工作。因为监测工作的整个过程通常是极为低效的，而通过对工作的结果进行认证来证明完成了相应的工作量，则是一种非常高效的方式。比如现实生活中的毕业证、驾驶证等等，都是通过检验结果的方式所取得的证明。这就是说，你获得多少币，取决于你对挖矿贡献的有效工作。简单的理解，你电脑性能越好，你获得的收益就会越多，这就是根据你的工作量来执行币的分配。大部分的数字货币，比如比特币、莱特币等等，都是基于 PoW 模式的虚拟货币(算力越高、挖矿时间越长，你获得的币就越多)。
PoS：PoS 是一种在公链中的共识算法，可作为 PoW 算法的一种替换。PoW是保证比特币、当前以太坊和许多其它区块链安全的一种机制，但是 PoW 算法在挖矿过程中因破坏环境和浪费电力而受到指责。PoS 试图通过以一种不同的机制取代挖矿的概念，从而解决这些问题。
PoS 机制可以被描述成一种虚拟挖矿。PoS 主要依赖于区块链自身里的代币。在PoW 中，一个用户可能拿 1000 美元来买计算机，加入网络来挖矿产生新区块，从而得到奖励。而在 PoS 中，用户可以拿 1000 美元购买等价值的代币，把这些代币当作押金放入 PoS 机制中，这样用户就有机会产生新块而得到奖励。在 PoW 中，如果用户花费 2000 美元购买硬件设备，当然会获得两倍算力来挖矿，从而获得两倍奖励。同样，在 PoS 机制中投入两倍的代币作为押金，就有两倍大的机会获得产生新区块的权利。

『柒』 以太坊是什么以太坊与区块链有什么关系

以太坊是什么：

以太坊是一项基于比特币中技术和概念运用到计算机的创新。以太坊本身仿制了很多比特币的技术，以此来维护计算机平台。区块链技术就是其中之一。
以太坊平台可以安全的运行用户想要的任何程序。

以太坊和其余竞争币比的优势

以太坊出现之前，已经有一些数字货币模仿比特币出现了。但是，这些项目本身有一定的缺点，仅仅可以同时支持一种或几种特定应用。（更好的数字货币交易平台尽在“币汇”）

然而以太坊之所以能超越以往这些项目的局限性，是因为以太坊的核心思想。

以太坊要实现的是一个内置了编程语言的区块链协议，由于支持了编程语言，那么理论上任何区块链应用都可以用这门语言进行定义，进而作为一种应用，运行于以太坊的区块链协议之上。

以太坊的设计十分灵活，极具适应性。

以太坊目标集区块链技术之长，为了把区块链优点，如去中心化、开放和安全等特点都加入到近乎所有的计算领域。

以太坊的区块链应用

以太坊有很多区块链应用，如黄金和股票的数字化应用、金融衍生品应用、DNS 和数字认证等等。

以太坊被很多创业公司实现出的区块链应用就已经达到100多种。

以太坊也被一些金融机构、银行财团（比如 R3），以及类似三星、Deloitte、RWE 和 IBM 这类的大公司所密切关注，由此也催生出了一批诸如简化和自动化金融交易、商户忠诚指数追踪、旨在实现电子交易去中心化的礼品卡等等区块链应用。

以太坊与区块链的关系：

以太坊是可编程的区块链。

以太坊是并不是给用户一系列预先设定好的操作（例如比特币交易），而是允许用户按照自己的意愿创建复杂的操作。

这样一来，以太坊是就可以作为多种类型去中心化区块链应用的平台，包括加密货币在内但并不仅限于此。

和其他区块链一样，以太坊也有一个点对点网络协议。以太坊区块链数据库由众多连接到网络的节点来维护和更新。每个网络节点都运行着以太坊模拟机并执行相同的指令。因此，人们有时形象地称以太坊为“世界电脑”。

『捌』 区块链几大共识机制及优缺点

首先，没有一种共识机制是完美无缺的，各共识机制都有其优缺点，有些共识机制是为解决一些特定的问题而生。
1.pow( Proof of Work）工作量证明
一句话介绍：干的越多，收的越多。
依赖机器进行数学运算来获取记账权，资源消耗相比其他共识机制高、可监管性弱，同时每次达成共识需要全网共同参与运算，性能效率比较低，容错性方面允许全网50%节点出错。
优点：
1)算法简单，容易实现；
2)节点间无需交换额外的信息即可达成共识；
3)破坏系统需要投入极大的成本；
缺点：
1)浪费能源；
2)区块的确认时间难以缩短；
3)新的区块链必须找到一种不同的散列算法，否则就会面临比特币的算力攻击；
4)容易产生分叉，需要等待多个确认；
5)永远没有最终性，需要检查点机制来弥补最终性；
2.POS Proof of Stake，权益证明
一句话介绍：持有越多，获得越多。
主要思想是节点记账权的获得难度与节点持有的权益成反比，相对于PoW，一定程度减少了数学运算带来的资源消耗，性能也得到了相应的提升，但依然是基于哈希运算竞争获取记账权的方式，可监管性弱。该共识机制容错性和PoW相同。它是Pow的一种升级共识机制，根据每个节点所占代币的比例和时间，等比例的降低挖矿难度，从而加快找随机数的速度
优点：在一定程度上缩短了共识达成的时间；不再需要大量消耗能源挖矿。
缺点：还是需要挖矿，本质上没有解决商业应用的痛点；所有的确认都只是一个概率上的表达，而不是一个确定性的事情，理论上有可能存在其他攻击影响。例如，以太坊的DAO攻击事件造成以太坊硬分叉，而ETC由此事件出现，事实上证明了此次硬分叉的失败。
DPOS与POS原理相同，只是选了一些“人大代表”。
BitShares社区首先提出了DPoS机制。
与PoS的主要区别在于节点选举若干代理人，由代理人验证和记账。其合规监管、性能、资源消耗和容错性与PoS相似。类似于董事会投票，持币者投出一定数量的节点，代理他们进行验证和记账。
DPoS的工作原理为：
去中心化表示每个股东按其持股比例拥有影响力，51%股东投票的结果将是不可逆且有约束力的。其挑战是通过及时而高效的方法达到51%批准。为达到这个目标，每个股东可以将其投票权授予一名代表。获票数最多的前100位代表按既定时间表轮流产生区块。每名代表分配到一个时间段来生产区块。所有的代表将收到等同于一个平均水平的区块所含交易费的10%作为报酬。如果一个平均水平的区块含有100股作为交易费，一名代表将获得1股作为报酬。
网络延迟有可能使某些代表没能及时广播他们的区块，而这将导致区块链分叉。然而，这不太可能发生，因为制造区块的代表可以与制造前后区块的代表建立直接连接。建立这种与你之后的代表(也许也包括其后的那名代表)的直接连接是为了确保你能得到报酬。
该模式可以每30秒产生一个新区块，并且在正常的网络条件下区块链分叉的可能性极其小，即使发生也可以在几分钟内得到解决。
成为代表：
成为一名代表，你必须在网络上注册你的公钥，然后分配到一个32位的特有标识符。然后该标识符会被每笔交易数据的“头部”引用。
授权选票：
每个钱包有一个参数设置窗口，在该窗口里用户可以选择一个或更多的代表，并将其分级。一经设定，用户所做的每笔交易将把选票从“输入代表”转移至“输出代表”。一般情况下，用户不会创建特别以投票为目的的交易，因为那将耗费他们一笔交易费。但在紧急情况下，某些用户可能觉得通过支付费用这一更积极的方式来改变他们的投票是值得的。
保持代表诚实：
每个钱包将显示一个状态指示器，让用户知道他们的代表表现如何。如果他们错过了太多的区块，那么系统将会推荐用户去换一个新的代表。如果任何代表被发现签发了一个无效的区块，那么所有标准钱包将在每个钱包进行更多交易前要求选出一个新代表。
抵抗攻击：
在抵抗攻击上，因为前100名代表所获得的权力权是相同的，每名代表都有一份相等的投票权。因此，无法通过获得超过1%的选票而将权力集中到一个单一代表上。因为只有100名代表，可以想象一个攻击者对每名轮到生产区块的代表依次进行拒绝服务攻击。幸运的是，由于事实上每名代表的标识是其公钥而非IP地址，这种特定攻击的威胁很容易被减轻。这将使确定DDOS攻击目标更为困难。而代表之间的潜在直接连接，将使妨碍他们生产区块变得更为困难。
优点：大幅缩小参与验证和记账节点的数量，可以达到秒级的共识验证。
缺点：整个共识机制还是依赖于代币，很多商业应用是不需要代币存在的。
3.PBFT ：Practical Byzantine Fault Tolerance，实用拜占庭容错
介绍：在保证活性和安全性（liveness & safety）的前提下提供了(n-1)/3的容错性。
在分布式计算上，不同的计算机透过讯息交换，尝试达成共识；但有时候，系统上协调计算机（Coordinator / Commander）或成员计算机 （Member /Lieutanent）可能因系统错误并交换错的讯息，导致影响最终的系统一致性。
拜占庭将军问题就根据错误计算机的数量，寻找可能的解决办法，这无法找到一个绝对的答案，但只可以用来验证一个机制的有效程度。
而拜占庭问题的可能解决方法为：
在 N ≥ 3F + 1 的情况下一致性是可能解决。其中，N为计算机总数，F为有问题计算机总数。信息在计算机间互相交换后，各计算机列出所有得到的信息，以大多数的结果作为解决办法。
1）系统运转可以脱离币的存在，pbft算法共识各节点由业务的参与方或者监管方组成，安全性与稳定性由业务相关方保证。
2）共识的时延大约在2~5秒钟，基本达到商用实时处理的要求。
3）共识效率高，可满足高频交易量的需求。
缺点：
1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；
2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据
下面说两个国产的吧~
4.dBFT： delegated BFT 授权拜占庭容错算法
介绍：小蚁采用的dBFT机制，是由权益来选出记账人，然后记账人之间通过拜占庭容错算法来达成共识。
此算法在PBFT基础上进行了以下改进：
将C/S架构的请求响应模式，改进为适合P2P网络的对等节点模式；
将静态的共识参与节点改进为可动态进入、退出的动态共识参与节点；
为共识参与节点的产生设计了一套基于持有权益比例的投票机制，通过投票决定共识参与节点（记账节点）；
在区块链中引入数字证书，解决了投票中对记账节点真实身份的认证问题。
优点：
1)专业化的记账人；
2)可以容忍任何类型的错误；
3)记账由多人协同完成，每一个区块都有最终性，不会分叉；
4)算法的可靠性有严格的数学证明；
缺点：
1)当有1/3或以上记账人停止工作后，系统将无法提供服务；
2)当有1/3或以上记账人联合作恶，且其它所有的记账人被恰好分割为两个网络孤岛时，恶意记账人可以使系统出现分叉，但是会留下密码学证据；
以上总结来说，dBFT机制最核心的一点，就是最大限度地确保系统的最终性，使区块链能够适用于真正的金融应用场景。
5.POOL验证池
基于传统的分布式一致性技术，加上数据验证机制。
优点：不需要代币也可以工作，在成熟的分布式一致性算法（Pasox、Raft）基础上，实现秒级共识验证。
缺点：去中心化程度不如bictoin；更适合多方参与的多中心商业模式。

『玖』 以太坊升级是什么意思

网络将于区块高度7,280,000进行君士坦丁堡 & 彼得斯堡（Constantinople & Petersburg）升级l,z,b显示是北京时间2019年3月1日升级，目前不知道升级成功了没