什么是分叉选择规则？

分叉选择规则是以太坊中的一种机制，当网络分裂成竞争分叉时，它允许节点就规范链达成一致。为了完全掌握这个过程的细微差别，我们首先需要了解一些基本概念，例如以太坊中分叉的具体构成。

对于我们新人来说，先简单讨论一下什么是分叉吧！

什么是以太坊分叉？

分叉是指区块链中的分歧，即网络分裂成两条链。当某些节点升级到新软件而其他节点继续运行旧软件时，就会发生这种情况。升级后的节点分裂到新的链上，而其余节点留在原来的链上。这样，区块链的两个并行版本就可以共存。这种路径的分裂造成了相当大的复杂性，必须通过仔细的协议和机制来管理。

是什么导致了以太坊 DAO 分叉？

最著名的以太坊分叉源于 2016 年臭名昭著的 DAO 黑客事件。DAO 被认为是一个去中心化的风险投资基金，允许投资者民主地为以太坊项目提供资金。然而，黑客发现了一个漏洞，可以从 The DAO 中窃取价值 5000 万美元的以太币。为了追回被盗资金并恢复信心，以太坊进行了硬分叉。这是有争议的，因为并非所有人都同意这种干预遵循以太坊的指导原则。因此，最初的未分叉链继续作为以太坊经典，而新分叉成为我们今天所知的主导以太坊链。

以太坊分叉选择规则是什么？

分叉选择规则为节点提供了评估竞争链候选者并就合法链达成共识的逻辑。它充当裁判，在有效分叉之间做出决定。如果没有明确的分叉选择规则，以太坊就有可能陷入分叉激增、共识破裂的模糊状态。该规则可以在面对不同观点时实现同步进展。因此，它是以太坊秩序和安全的基础。通过形式化链选择，分叉选择减少了不确定性并保持决策的去中心化。

分叉选择规则如何帮助节点决定规范链？

最简单的分叉选择规则是最长链规则，即节点遵循开采区块最多的分叉。这利用了更大的哈希能力反映矿工之间协议的原则。然而，由于仅靠算力并不能保证有效性，最长链策略很容易受到攻击。仅依赖链式块的规则无法捕获更细微的准确性指标。因此，引入了像 GHOST 这样的先进协议，以纳入更丰富的标准，例如称量叉子时的叔块。通过采样更多数据点，节点可以做出更明智的决定，以在规范链上对齐。

以太坊最长链规则是什么？

最长链规则规定节点应该遵循链块数量最多的分叉。在此规则下，表现出更大挖矿活动和参与度的分叉将赢得共识。其基本原理是，最长的链可能会吸引最多的挖矿算力，并反映了占主导地位的验证者的观点。然而，攻击者可以通过比诚实矿工更快地积极挖掘无效区块来操纵这一指标。由于仅长度并不能保证有效性，因此仅依赖此规则会使网络面临风险。因此，已经开发出更复杂的分叉选择规则来取代以太坊中的最长链规则。

使用最长链法则有哪些限制？

最长链规则有几个弱点，需要改进分叉选择协议。最关键的是，它很容易受到恶意矿工的攻击，这些矿工只需要运行足够的哈希率即可在当前链之前快速挖掘无效分叉。这使得他们能够欺骗节点接受他们的非法分叉作为诚实的规范链。此外，最长链规则未能考虑其他因素，例如有效性和社区采用率，这些因素可以更好地表明链的合法性。它还没有提供任何机制来防范跨分叉的双花攻击。由于这些原因，以太坊已经迁移到更强大的分叉选择规则，例如 GHOST，它可以采样更多数据点来建立分叉有效性。

GHOST协议如何改进最长链规则？

GHOST（贪婪最重观察子树）通过在称重链时纳入更多的分叉数据而不仅仅是长度来增强安全性。除了主链之外，GHOST 还考虑“叔叔”区块——已开采但未包含在主链中的孤立区块。通过考虑叔块，GHOST 编制了更全面的矿工活动表示以进行评估。链条通过引用更多的叔叔来积累更多的“权重”，使它们更难被覆盖。这意味着引用更多叔叔的链被认为具有更大的权重，因为它们代表了矿工更多的工作和努力。因此，这些链更难被覆盖，因为这样做需要更多的计算能力和精力来创建更长的链。这提供了更完整的上下文来识别主导分叉，防止最长链规则下可能发生的秘密挖掘攻击。从本质上讲，GHOST 通过评估更全面的网络活动快照来提高准确性。

以太坊中的叔块是什么，GHOST 如何使用它？

在以太坊中，叔块是指已开采但未包含在主链中的有效块。通常，发生这种情况是因为两个矿工在相似的时间产生区块，并且第一个矿工获胜。尽管这些孤立的“叔叔”区块被从区块链中删除，但仍然可以提供有关节点活动的有用信号。 GHOST 通过为引用更多叔叔的分叉分配更大的权重来利用这一点。这意味着矿工不能仅仅通过单独开采新区块来强化分叉。他们必须吸引更多的叔叔来证明他们的支持。通过这种方式，GHOST 使用叔叔来描绘出信息更丰富的图片，以实现可靠的分叉选择。

EIP-155 如何改变分叉选择规则以防止重放攻击？

尽管 GHOST 有所改进，以太坊仍然容易受到重放攻击，交易可能会在分叉链上非法重新广播。为了解决这个问题，EIP-155 提案更改了以太坊中的签名方案，将交易绑定到特定的分叉。这通过要求使用特定于分叉的链 ID 来签署交易来修改分叉选择规则。现在，标记为无效的交易无法在不同的分叉之间重放。通过将交易绑定到特定链，EIP-155 可以防止跨分叉重放攻击，否则可能会损害合法性。

以太坊2.0实施后分叉选择规则如何演变？

2022 年 9 月 15 日执行的以太坊合并标志着以太坊架构的重大变化。此次合并涉及原始以太坊主网与信标链（一个独立的权益证明区块链）的合并。结果，工作量证明永久地被股权证明取代，这减少了对挖矿算力的依赖，并显着降低了能源消耗。合并还引入了新的分叉选择方法以维护安全性，因为计划的信标链促进了跨分片共识。分叉选择规则现在必须跨信标链、分片链和执行层对验证信号进行采样，以维护安全性。随着以太坊的进步，分叉选择规则必须继续发展以支持这一新技术领域。此次合并是以太坊发展新阶段的开始，以太坊社区将继续创新和开发解决方案，以增强网络的安全性和弹性。