Gasper

Gasper è una combinazione di Casper the Friendly Finality Gadget (Casper-FFG) e dell'algoritmo di scelta della biforcazione LMD-GHOST. Insieme, questi componenti formano il meccanismo di consenso che protegge Ethereum basato sulla prova di stake. Casper è il meccanismo che aggiorna determinati blocchi a "finalizzati" in modo che i nuovi entranti nella rete possano essere sicuri di sincronizzare la catena canonica. L'algoritmo di scelta della biforcazione utilizza i voti accumulati per garantire che i nodi possano selezionare facilmente quella corretta quando si verificano biforcazioni nella blockchain.

Nota che la definizione originale di Casper-FFG è stata leggermente aggiornata per l'inclusione in Gasper. In questa pagina consideriamo la versione aggiornata.

Prerequisiti

Per comprendere questo materiale è necessario leggere la pagina introduttiva sulla prova di stake.

Il ruolo di Gasper

Gasper si basa su una blockchain di prova di stake in cui i nodi forniscono ether come deposito di sicurezza che può essere distrutto se sono pigri o disonesti nel proporre o convalidare i blocchi. Gasper è il meccanismo che definisce come i validatori vengono ricompensati e puniti, decidono quali blocchi accettare e rifiutare e su quale biforcazione della blockchain costruire.

Cos'è la finalità?

La finalità è una proprietà di determinati blocchi che significa che non possono essere annullati a meno che non vi sia stato un fallimento critico del consenso e un utente malintenzionato abbia distrutto almeno 1/3 dell'ether totale in stake. I blocchi finalizzati possono essere pensati come informazioni di cui la blockchain è certa. Un blocco deve passare attraverso una procedura di aggiornamento in due fasi per essere finalizzato:

Due terzi dell'ether totale in stake devono aver votato a favore dell'inclusione di quel blocco nella catena canonica. Questa condizione aggiorna il blocco a "giustificato". È improbabile che i blocchi giustificati vengano annullati, ma possono esserlo in determinate condizioni.
Quando un altro blocco è giustificato sopra un blocco giustificato, viene aggiornato a "finalizzato". Finalizzare un blocco è un impegno a includere il blocco nella catena canonica. Non può essere annullato a meno che un utente malintenzionato non distrugga milioni di ether (miliardi di dollari USA).

Questi aggiornamenti dei blocchi non avvengono in ogni slot. Invece, solo i blocchi al confine dell'epoca possono essere giustificati e finalizzati. Questi blocchi sono noti come "checkpoint". L'aggiornamento considera coppie di checkpoint. Deve esistere un "collegamento di supermaggioranza" tra due checkpoint successivi (cioè, due terzi dell'ether totale in stake che votano che il checkpoint B è il discendente corretto del checkpoint A) per aggiornare il checkpoint meno recente a finalizzato e il blocco più recente a giustificato.

Poiché la finalità richiede un accordo di due terzi sul fatto che un blocco sia canonico, un utente malintenzionato non può in alcun modo creare una catena finalizzata alternativa senza:

Possedere o manipolare due terzi dell'ether totale in stake.
Distruggere almeno un terzo dell'ether totale in stake.

La prima condizione si verifica perché sono necessari due terzi dell'ether in stake per finalizzare una catena. La seconda condizione si verifica perché se due terzi dello stake totale hanno votato a favore di entrambe le biforcazioni, allora un terzo deve aver votato su entrambe. Il doppio voto è una condizione per punire che verrebbe sanzionata al massimo, e un terzo dello stake totale verrebbe distrutto. A partire da maggio 2022, ciò richiede a un utente malintenzionato di bruciare circa 10 miliardi di dollari in ether. L'algoritmo che giustifica e finalizza i blocchi in Gasper è una forma leggermente modificata di Casper the Friendly Finality Gadget (Casper-FFG) (opens in a new tab).

Incentivi e Punizioni

I validatori vengono ricompensati per aver proposto e convalidato onestamente i blocchi. L'ether viene dato in ricompensa e aggiunto al loro stake. D'altra parte, i validatori che sono assenti e non agiscono quando chiamati in causa perdono queste ricompense e a volte perdono una piccola porzione del loro stake esistente. Tuttavia, le penalità per essere offline sono piccole e, nella maggior parte dei casi, ammontano a costi opportunità per le ricompense perse. Tuttavia, alcune azioni dei validatori sono molto difficili da compiere accidentalmente e indicano un intento malevolo, come proporre più blocchi per lo stesso slot, attestare più blocchi per lo stesso slot o contraddire i voti dei checkpoint precedenti. Questi sono comportamenti "punibili" che vengono penalizzati più duramente: punire comporta la distruzione di una parte dello stake del validatore e la rimozione del validatore dalla rete dei validatori. Questo processo richiede 36 giorni. Il Giorno 1, c'è una penalità iniziale fino a 1 ETH. Poi l'ether del validatore punito si esaurisce lentamente durante il periodo di uscita, ma il Giorno 18, riceve una "penalità di correlazione", che è maggiore quando più validatori vengono puniti nello stesso periodo. La penalità massima è l'intero stake. Queste ricompense e penalità sono progettate per incentivare i validatori onesti e disincentivare gli attacchi alla rete.

Perdita per inattività

Oltre alla sicurezza, Gasper fornisce anche una "vivacità plausibile" (plausible liveness). Questa è la condizione per cui, finché due terzi dell'ether totale in stake votano onestamente e seguono il protocollo, la catena sarà in grado di finalizzare indipendentemente da qualsiasi altra attività (come attacchi, problemi di latenza o punizioni). Detto in un altro modo, un terzo dell'ether totale in stake deve essere in qualche modo compromesso per impedire alla catena di finalizzare. In Gasper, c'è un'ulteriore linea di difesa contro un fallimento della vivacità, nota come "perdita per inattività" (inactivity leak). Questo meccanismo si attiva quando la catena non è riuscita a finalizzare per più di quattro epoche. Ai validatori che non stanno attestando attivamente la catena di maggioranza viene gradualmente prosciugato il loro stake finché la maggioranza non riacquista i due terzi dello stake totale, garantendo che i fallimenti della vivacità siano solo temporanei.

Scelta della biforcazione

La definizione originale di Casper-FFG includeva un algoritmo di scelta della biforcazione che imponeva la regola: segui la catena contenente il checkpoint giustificato che ha l'altezza maggiore dove l'altezza è definita come la distanza maggiore dal blocco genesi. In Gasper, la regola originale di scelta della biforcazione è deprecata a favore di un algoritmo più sofisticato chiamato LMD-GHOST. È importante rendersi conto che in condizioni normali, una regola di scelta della biforcazione non è necessaria: c'è un singolo proponente del blocco per ogni slot e i validatori onesti lo attestano. È solo in casi di grande asincronia della rete o quando un proponente del blocco disonesto ha equivocato che è richiesto un algoritmo di scelta della biforcazione. Tuttavia, quando si verificano questi casi, l'algoritmo di scelta della biforcazione è una difesa critica che protegge la catena corretta.

LMD-GHOST sta per "latest message-driven greedy heaviest observed sub-tree" (sotto-albero osservato più pesante avido guidato dall'ultimo messaggio). Questo è un modo pieno di gergo per definire un algoritmo che seleziona la biforcazione con il maggior peso accumulato di attestazioni come quella canonica (sotto-albero più pesante avido) e che se vengono ricevuti più messaggi da un validatore, viene considerato solo l'ultimo (guidato dall'ultimo messaggio). Prima di aggiungere il blocco più pesante alla sua catena canonica, ogni validatore valuta ciascun blocco utilizzando questa regola.