以太坊-GHOST协议

一 为什么要引入GHOST协议？

在区块链中为了提高交易速度，需要减少出块时间从而加快出块速度；区块时间的减少会导致网络安全性下降，而且对大的矿池有利，对小的矿池或单个矿工不利。在以太坊中引入GHOST协议，来解决这个问题。关于为什么出块时间缩短后，会出现安全性下降和对小矿池不利可以参考《以太坊原理简介》中叔块部分内容。

另外，在以太坊中，区块分叉非常常见，所以在发生分叉之后应尽快合并分叉以维护区块链的统。

二 示例解释Ghost协议

1  场景示例

假设当前以太坊网络中所有矿工都是基于A来挖矿，当一个矿工（w0）打包出一个区块B，并将B广播出去，告诉其他矿工B已经被挖掘出来了，你们可以来基于B来挖矿了。目前以太坊的处快时间是15s，而在15s内，这个区块B可能还没有传遍整个区块链网络，在收到广播前矿工们还是基于A来继续挖矿；假设有四个矿工w1、w2、w3、w4在收到广播前基于A分别挖出了B1、B2、B3、B4，并广播的网络中。

此时将面临这样几个问题：

 - 矿工w0、w1、w2、w3、w4都希望自己挖出的区块能放到主链上。

 - 因为w0最早广播，所以也就最可能成为主链上的区块。

 - 如果w0是一个大矿池（p0）中的一个矿工，因为同一个矿池中，所以这个矿池的矿工几乎能够在w0挖出B块以后，立即基于B0开始挖矿；而其他节点因为受到广播的时间比较晚，这样在挖矿中处于劣势，也就很难获得挖矿奖励，矿工们也就失去和p0在同一个网络中挖矿的动力。[传播时间/出块时间]比值越大，那么这种劣势越明显。

区块链的主链只有一条，如何让大家都愿意在同一个条主链上挖矿，并且有动力的挖矿呢？即对于小矿工们而言，愿意接受大矿池挖出来的区块成为主链的区块，并且自己挖出新块以后也能得到一定的奖励，而不会因为广播的时间差而尽做无用功？

2  GHOST协议解决方案

如上图所示；矿池p0中的矿工基于B挖矿的时候，可以接纳其他矿工挖出来的区块（B1、B2）作为叔块。因为p0是大矿池，假设p0矿池很快挖出C块并广播出去，因为接纳了两个分叉区块B1、B2，那么B1、B2对应的矿工w1、w2分别获得出块奖励的7/8；另外，p0因为接纳了两个分叉区块，除了出块奖励之外，可以额外得到出块奖励的1/32*2（2指的是接纳的叔块数量）。

还在继续挖C块的矿工，在收到C块信息以后广播后，检验发现p0发布的C块确实是最长链。而挖出B1、B2的矿工w1、w2如果继续在自己的分叉链上继续挖矿，而竞争让自己的分叉链竞争成为主链的可能性很低，这样自己将一无所获；如果接受C对应的链，则可获得区块奖励的7/8作为回报，两相对比很容易选择接纳C对应的链作为主链。如此对于矿池p0和矿工w1、w2都是有益的，如此也能让整个以太坊网络分叉迅速收敛。

因为C区块接纳了B1、B2作为叔块，响应的w1、w2获得了出块奖励；但是对于其他的分叉（B3、B4）来说确实什么都没获得，那么w3、w4能愿意放弃自己挖出来区块么？如何让他们放弃自己所在的分叉，转而拥抱最长的主链？GHOST协议规定，如果D接纳B3、B4，那么B3、B4对应的矿工w3、w4分别能获得出块奖励的6/8，因为D接纳了分叉区块，除了出块奖励以外，还能获得出块奖励的1/32*2。

为什么B3、B4被D接纳时，矿工获得的奖励是6/8，而B1、B2被C接纳时，矿工获得的奖励是7/8呢？那是因为D距离B3、B4的路径更远，B3、B4竞争成为主链的希望更加渺茫，所以奖励自然会少一些。

当然如果基于A挖出来的子块远远不止B、B1、B2、B3、B4，那么接下来一个区块同样可以引用这些B级叔块，不过最大的深度不超过6。

三 GHOST协议

1    GHOST协议

区块可以不引用叔块，但最多引用两个叔块。

叔块必须是区块的前2层~前7层的祖先的直接的子块。

被引用过的叔块不能被重复引用。

引用叔块的区块，可以获得挖矿报酬的1/32，也就是5*1/32=0.15625 Ether。最多获得2*0.15625=0.3125 Ether

被引用的叔块，其矿工的报酬和叔块与区块之间的间隔层数有关系。

2  报酬与间隔层数