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Bitterfly重塑共识机制 突破穿越时空的价值围城

近来在著名的学术交流网站researchgate上出现了由哈佛大学学生发表的文章:“Bitterfly:蝴蝶熵权共识算法”。文章指出了POW的弊端,并提出了蝴碟算法。文章在肯定了比特币的同时,也指出比特币已经难以承担区块链的未来。

比特币发表11年之后,是否能够完成它当初的初心并且支撑整个区块链行业,又再一次被放在话题桌上。

比特币的创世区块链记录

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks.”

–中本聪

从比特币的创世区块链中记录说起,自比特币问世以来,国际金融货币格局悄然发生变化。

目前,区块链最大的应用场景集中在数字货币投资领域,全球数字货币市场已有4000余种数字货币,比特币因通过简洁的 POW 设计,彻底解决了数字货币研究领域难以攻克的双花问题,从而掀起数字货币革命的风暴。但由于POW 机制的设计也有不足,它的 TPS 目前难以承载更大的商用场景,旧的霸权体系暂时难以被击倒。结合目前的情况来看,虽然比特币实现了存储价值和交换、跨境支付等功能,真正实现了‘货币去国 家化’从 0 到 1 的突破。但是,改变货币国家化的现状以及将铸币权回归大众的愿景已渐行渐远。

那么,作为比特币开发者中本聪,当初在设计此P2P网络时,选择了工作量证明(PoW)算法完成共识机制,工作量证明(PoW)能否支撑起区块链的未来呢?

共识机制

共识机制就是每个节点对于本区块的正确性达成共识。共识是一切交易的基础,达成共识越分散(参与度越高),其效率就越低,但安全性越高,因此也越稳定;相反,达成共识越集中(参与度越低),效率越高,也越容易出现独裁和腐败现象,安全性越低。如何平衡这些因素,使其具有应用价值,是我们值得探讨的重要话题。

PoW优缺点

以其中主流PoW(Proof of Work)为例,POW的全称为Proof of Work翻译过来就是“工作证明”或者“工作量证明”。根据区块头与一个随机数进行哈希运算,可简单理解为必须通过大量数学计算之后,才能将区块挂入区块链中。在PoW中,攻击者必须进行工作量证明才能把分叉链加长,必须付出比全网更大的算力(51%以上)才能跑的最快,同一时间形成更多区块,让人误以为这是最长的链,从而完成攻击,但这显然是不可能的。

这个系统的设计逻辑没有问题,但在PoW的过程中,需要消耗大量无谓的算力与能源。

首先,PoW所需的算力不断增大,比特币为了保证每10分钟出一个块,同时在2140年产生2100万枚全部比特币,就必须每2016个块之后进行难度升级。所以挖矿设备也不断的进行更新换代才能满足需求。从CPU挖矿,到GPU,到FPGA挖矿等等,耗电量也与日俱增。

有英国的研究表明,2017年用在比特币“挖矿”上的电量超过29.05太瓦时twh(1太瓦时为十亿度电),超过了全球159个国家的年均用电量。爱尔兰全国(477万人口)一年的用电量也只有25太瓦时的电力。而今年的最新估计表明,这一数字已经接近哥伦比亚全国的用电量,达到59.6twh。

可以推算,如果没有在机制(mechanism)上的彻底变革,仅仅用于完成PoW计算的电力花费将迟早超过全球任何一个国家的年均用电量。更何况,电力能源属于二次能源,为了产生电力需要花费的一次能源(如煤炭、石油、水力、天然气)的消耗更是难以计数。长此以往,在利益的驱动下,假如未来全球大多数的能源都被用来挖矿,那将会造成世界性的能源危机。

Bitterfly重塑共识机制 突破穿越时空的价值围城

由此可见,PoW算法是去中心化的经过大规模网络检验的第一个算法,但是效率低,资源消耗也大。简单来说,优点是1. 工作量证明相对安全,攻击成本非常高2. 一定程度上是公平的,投入的算力越多,获得打包权的几率越大。工作量证明的缺点是,挖矿需要昂贵的计算机硬件,并消耗大量的电脑功率。虽然这样可以保障网络的安全,但是除了挖矿运算之外,没有其他的用途。它是让节点消耗电力计算谜题来产生区块的,并且一个区块的产生并确认,其它区块就作废了,为计算这些作废的区块花费的资源就浪费了。

工作量证明的基本思想是算力决定出块权。它主要防女巫攻击(Sybil Attack)。什么是女巫攻击:它是说攻击者可以低成本地制造很多账户,然后控制这些账户一块儿去行动,让别人看上去以为人多势众的样子。比如说在论坛上大家会见到有水军引导舆论,再比如电影评分的网站也会有人专门去组织去在上面刷评论刷分等等。这些弊端也是导致如今以比特币为首使用POW算法难以发展的因素。那么理想中的区块链技术和公链是怎样的呢?

理想的公链

理想的公链,应该在安全、效率、应用、智能、可信计算、用户体验等方面满足大众和各行各业的要求和愿望。目前区块链产品和系统离这个要求相差甚远。什么时候一链在手,万事可搞定,是下个11年里区块链未来发展的方向。起码得具备以下特征:

第一是安全性;

第二是效率性;

第三是大规模应用,因为现在只能实现小规模的应用;

第四是实现可信计算,运行区块链的终端应该是一个可信计算系统;

第五,要有很好的用户体验,像微信和和支付宝一样,大家用起来方便舒服,愿意用,但也不能局限在支付。