区块链共识算法解读：PoW算法之GHOST

问题介绍：比特币在高吞吐量下的安全性如何？

比特币为了保证其安全性，采用最长链规则，固定区块大小和区块时间间隔，导致其吞吐量较低（

起初，人们在比特币最长链的规则上考虑通过增加区块大小（1M->4M）和减少区块间隔来增加吞吐量，但这带来了三个大问题。问题：

下图说明在一个出块间隔较小（出块率大于出块传播延迟）的网络中，区块链网络是高度分叉的，此时攻击者可以偷偷创建6个区块（用红色虚线表示标记），从而超越了主链场景。

于是，研究人员开始思考，如何在保证安全的同时保证高吞吐量？

2015 年，以色列学者 Yonatan Sompolinsky 和 ​​Aviv Zohar 提出了 The Greedy Heaviest-Observed Sub-Tree (GHOST) 算法来解决这个问题。

论文链接：共识算法相关论文：Secure High-Rate Transaction Processing in Bitcoin

那么GHOST是如何做到的呢？

GHOST的思路很简单。它改变了比特币的最长链规则，在每个分叉处选择自树最重的分叉节点。例如（参考上图），当它在0处分叉成1B和1A时，1A的子树（进行自私挖矿）一共有6个区块（包括1A区块），1B的子树有12个块。, 12>6，所以选择 1B 作为主链块。这样奖励比特币的大小是固定的吗，分叉带来的问题得到缓解，主链继续向后增长。

也就是说，主链以外的区块也算入算力。具体算法如下，输入整个树形结构的区块链，输出最终主链的最后一个区块B：

该算法从创世区块（Genesis）开始，为每个分叉选择最重的子树，直到确定主链的顺序。还是以图中的例子为例，最终选择的主链是0、1B、2C、3D、4B。

那么GHOST能保证它能够唯一确定主链吗？他的安全性与比特币相比如何？那么GHOST算法对吞吐量的影响呢？这就涉及到GHOST的特性了。

GHOST 特性 收敛特性：任何区块，经过足够长的时间，最终都会被主链完全丢弃或采用。也就是说，经过足够长的时间，任何节点的主链都会是一样的。**抗 51% 攻击：**在有限的时间内，攻击者会在主链上任意替换区块 B，替换到链下的概率接近于 0。 吞吐量和安全性：如图下图奖励比特币的大小是固定的吗，随着出块速度λ（每秒出块数）的增加，GHOST的吞吐量相比最长链规则并没有降低多少，安全性也没有降低。，而最长链的安全性呈指数下降

前面的路

GHOST在保证安全的前提下提升了TPS，那么是否可以进一步提升呢？

同时，由于放弃了非主链区块，只有主链区块才有区块奖励。这样的激励机制会让矿工不愿意贡献算力。如何解决这个问题？

敬请期待后续PoW共识算法解读！