撰文：Alexis Gauba，Mechanism Labs 聯合創始人
編譯：詹涓
理解終結性對於構建穩健的區塊鏈平臺、選擇在何種平臺之上開發應用程序至關重要。
今天，我刷卡買了一杯爽口的抹茶拿鐵。刷完卡，店家很篤定地為我做了這杯飲料。商戶確信這筆交易已經成功了，錢不會再原路返回到我的卡上，而是妥妥地進入他們的戶頭。換句話說，購買已經終結。不過實際上，信用卡的交易非常複雜，信用卡交易需要在 60 天時才能最終完成，小額交易商家還可以接受刷卡消費，但大額交易，更願意接受支票或電匯。只有現金交易可即時實現「終結」。
在區塊鏈的場景中，終結性「finality」是指一旦提交到區塊鏈，所有格式正確的區塊都不會被撤銷。當用戶進行交易時，他們希望一旦其交易通過，交易就不會被任意更改或回滾。因此，在設計區塊鏈共識協議時，終結性就顯得至關重要。
區塊被撤銷可能會帶來數百萬美元的損失，或者對去中心化應用程序中的基本操作造成影響。因此，理解終結性對於構建穩健的區塊鏈平臺、選擇在何種平臺之上開發應用程序至關重要。
在目前基於中本聰共識的系統中，51% 攻擊和私下進行的採礦行為有可能允許區塊被撤銷，從而威脅到系統的健康。例如，如果一個惡意行動者能夠積累 51%的採礦力量，他可以進行雙花攻擊。有些協議提供了概率上的「終結性」，而其他協議則可以保證絕對的「終結性」。
對「終結性」進行分類
「概率上的終結性」是指，基於區塊鏈的協議提供的終結性，比特幣的中本聰共識就屬於此類。在這種情況下，包含交易的區塊在鏈中下沉越深，交易不被回滾的概率就越大。區塊越深，包含該區塊的分叉越可能是最長的鏈條。這就是為什麼在比特幣區塊鏈上，我們會建議等到一個交易獲得六個區塊確認時再確定其真實性，也就是說，等上大約一個小時的時間再完成交易，這樣就能確保交易被回滾的可能性非常低了。
「絕對終結性」是指基於實用拜占庭容錯 PBFT 的協議提供的終結性，Tendermint 是其中的代表。在這種情況下，交易一旦包含在區塊中並添加到區塊鏈上，就會立即被認為已經最終完成。在這種情況下，領先者將提出一個區塊，而驗證委員會需要在批准這個區塊方面達成多數一致。
還有一種「經濟終結性」的概念，在這種概念中，一個區塊的回滾成本會非常高昂。在使用削減機制 比如 Casper FFG 和 Tendermint 的權益證明 PoS 系統中，如果一個股權持有人在兩個區塊上雙重標記，他們的整個股權都可能被削減，也要是說，他們要為損害終結性付出極其昂貴的代價。例如，如果一個網絡上有 100 個股權持有人，每個人都已經投入了 100 萬美元，那麼現有的股份總額就是 1 億美元。如果在同一高度提出了兩個區塊，比如 B 和 B '， 66% 的股權持有人投票給 B 6600 萬美元，66% 的人投給 B ' 6600 萬美元，那麼至少 33% 的股權持有人存有惡意，而這意味著損失至少為 3300 萬美元。
CAP 定理和終結性
雖然看起來絕對終結性比概率上的終結性更可取，但是在進行挑選時，仍然存在一些基本的權衡。
在考慮概率和基於拜占庭容錯 BFT 的終結性之間進行權衡時，使用 Eric Brewer 的「CAP 定理」很有用。
CAP 定理指出，在分區的情況下，分佈式系統只能要麼保留一致性，要麼保留可用性。保留一致性的系統寧可中止，也不會允許不準確的交易通過。而保留可用性的系統會允許不準確的交易通過，自身也會繼續存在。偏好一致性的系統提供拜占庭容錯終結性，而偏好可用性的系統提供概率上的終結性。
左圖：偏好一致性的系統；右圖：偏好可用性的系統
在進行支付時，用戶經常會選擇概率上終結性的協議，這就是為什麼許多基於有向無環圖 DAG、支持可用性，而非一致性的協議，會把重點放在支持支付上。然而，許多區塊鏈平臺提供的不僅僅是支付功能，還包括由智能合約支持的 DApp。不同的 DApp 在最終性方面可能有不同的偏好：那些需要可用性的 DApp，如果交易在哪怕並不準確時也總是能夠通過，會更偏好概率上終結性的方式；傾向於一致性的 DApp，在出現不準確的交易時整個應用程序為之中止，這也是可取的，這種應用會更偏好絕對終結性的方式。所以說，終結性從根本上影響用戶體驗。
PoS 共識中的終結性
以下是我們對一些主要的 PoS 平臺進行的分析；
Tendermint
Tendermint 實現了絕對終結性。任何在預投票或預提交中得到 2/3 以上票數的區塊都可實現即時終結。這一過程持續進行下去，直到達 1/3 或以上的驗證人不再做出積極反應，在這種情況下網絡會暫時中斷，由此可見，Tendermint 對一致性的青睞要超過了可用性。在對 Tendermint 應用 PoS 削減規則時，該協議也實現了經濟終結性。
Thunderella
Thunderella 的快速路徑提供了絕對終結性。任何獲得公證的最大交易序列都可以被視為經過確認的輸出。如果大於 3/4 的快捷路徑委員會成員誠實且在線，申請人也是誠實的，那麼有效交易可即時確認。然而，快速路徑確認不同於整體的終結性，它是一種理想條件下的終結性。交易一旦被記錄在基礎區塊鏈上，就會完全確認，這既可以架設在鏈上，也可以基於 BFT 算法。Thunderella 在快速路徑失敗的情況下會推到基礎區塊鏈，由此可見，它優先考慮可用性。
Algorand
只要攻擊者控制該協議的貨幣價值不足總價值的 1/3，Algorand 就可以保證分叉的概率可以忽略不計，從而允許協議以強同步方式運行，使得每個區塊達成最終協議。在弱同步中，Algorand 可能會分叉，但要使用拜占庭協議 BA * 來協商選擇哪個分叉。這樣一來，當協議恢復到強同步時，Algorand 中的交易會最終確定。Algorand 優先考慮一致性而非可用性，在不能接受候選區塊時，寧願選擇生成空區塊。
Ouroboros Genesis
Genesis 可以根據其區塊鏈的選擇規則，實現概率上的終結。這個規則為對於短程 最多 k 個區塊，其中 k 是安全參數，遵循最長鏈；對於長程 超過 k 個區塊 用充分性規則 plenitude rule，意味著在當前鏈分叉後即時查看時間段，並選擇更高密度的鏈。
Casper FFG
Casper FFG 旨在為基於區塊鏈的系統提供絕對/經濟上的終結性，在委員會按股權加權獲得了 2/3 以上絕對多數，即可簽署區塊。Casper FFG 使用這種構建方式，即使攻擊者控制了底層區塊鏈的提案機制，出現衝突的檢查點也不可能最終完成。但是，由於 FFG 提供了安全性，而提案機制提供了活躍度，因此對手可以拖延共識來阻止 Casper 最終完成未來的檢查點。FFG 優先考慮一致性，因為它不允許在未獲超過 2/3 的驗證者同意的情況下完成檢查點。FFG 還允許通過削減機制實現經濟上的終結。
Casper TFG
Casper TFG 通過具有不同容錯閾值的驗證者，實現絕對終結。也就是說，其協議是異步安全的拜占庭容錯，允許驗證者具有不同的容錯閾值。
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