以太坊:金色觀察｜PoW共識該如何進化？_幣換天下區塊鏈

比特幣是加密貨幣網絡中第一個成熟的試驗品，也是因為比特幣網絡的出現，才后繼發展出以太坊等世界計算機的雛形。

不過后續公鏈為了性能需求，做了過多更改和添加，其中最重要的是會把公鏈的共識徹底更改為PoS，盡管以太坊還沒有徹底改變，但也已經提上日程。

我們不禁需要思考，能不能不修改PoW共識，而達到其性能呢？我們就以本文討論一下，PoW共識該如何進化。

因為共識算法主要應用在區塊鏈網絡結構的共識層，可以理解為layer1。而如果對PoW共識進行更改，那對比對象就是比特幣的PoW中本聰共識和以太坊的ethhash，今天不用談其對ASIC芯片和GPU芯片的規定，而是在PoW出塊驗證過程中的變化。

中本聰共識是區塊鏈早期廣泛使用的一種共識方法。目前為止中本聰共識仍是容錯能力最好的，其設計簡單，通訊開銷低，經過了數十年的驗證。但是該共識有一個自然的吞吐量限制。其吞吐能力較低，出塊時間過長，用戶體驗較差。

金色財經挖礦數據播報 | BCH今日全網算力下降7.86%:金色財經報道，據蜘蛛礦池數據顯示：

BTC全網算力122.279EH/s，挖礦難度17.56T，目前區塊高度645357，理論收益0.00000797/T/天。

ETH全網算力215.211TH/s，挖礦難度2672.63T，目前區塊高度10733137，理論收益0.00986958/100MH/天。

BSV全網算力1.999EH/s，挖礦難度0.29T，目前區塊高度649752，理論收益0.00045026/T/天。

BCH全網算力2.638EH/s，挖礦難度0.36T，目前區塊高度649979，理論收益0.00034119/T/天。[2020/8/26]

如果你想提高吞吐量，你可以做兩件事：一是增加塊大小，二是降低塊間隔，但這會增加孤塊率。消耗帶寬，也不利于交易確認。隨著孤兒率的增加，系統的安全性下降，吞吐量下降。

分析 | 金色盤面：TRX/USD 處于整理狀態:金色盤面綜合分析：TRX/USD 4小時K線圖顯示，目前處在4浪整理，多頭主力依托黃金位修正指標，從數據看，市場散戶入場積極，多頭占優，但參與做多要注意5浪失敗的可能。[2018/8/20]

當孤兒率非常高時，攻擊者很容易秘密生成更長的鏈。攻擊者則不需要51%的算力，可以用更少的算力覆蓋區塊鏈。

如果我們想突破吞吐量限制，必須想辦法降低孤兒率。

孤塊出現的原因來自于塊的傳播延遲，如果在傳播另一個塊時發現一個塊，則其中一個注定是孤塊。

而一些區塊的傳播速度較慢，是因為這些區塊相關有更多的新交易，新交易是在區塊打包前的10秒內生成的未同步交易，因此礦工必須先同步這些交易，然后才能進一步傳播這些塊。

例如，當節點A向節點B傳播一個緊湊塊并且其中沒有新的交易時，節點B可以立即將這些緊湊塊傳輸給它的所有鄰近節點。

金色財經現場報道 段新星：三大支柱造成了區塊鏈繁榮:在GBLS全球無眠區塊鏈領袖峰會上，bytomCEO 段新星表示：區塊鏈產業有三大支柱，第一支柱就是尊重和激勵，一個行業要繁榮，一定要保持對創造者、風險者足夠的敬意，這樣才能發明下去。第二支柱是區塊鏈有一個非常明顯的本質特征就是開放與參與。第三支柱，這個產業它非非常的包容，這三大支柱也就促成了區塊鏈成功和繁榮今天三個最大的原因。[2018/6/6]

但是，如果區塊中有新交易，節點B必須首先從節點A同步這些交易，然后驗證這些交易的簽名，這也需要時間。只有當整個區塊的有效性得到驗證時，節點B才能繼續傳播這個區塊。

以太坊出現后，對中本聰共識并沒有實質性的改善。其只是簡單地縮短了出塊間隔。

并且以太坊還有一個問題，因為交易的有效性取決于區塊內的交易順序，驗證交易，必須等到區塊收到后，因此無法在收到實際區塊之前驗證交易有效性。

金色財經獨家分析 中美貿易戰區塊鏈將扮演“和平使者” 業界應抓住機會落地知識產權服務場景:對于美國來講，挑起貿易戰不單是貿易順差問題，其中重要的因素來源于知識產權問題，而區塊鏈有可能提供貿易戰外，另一種和平的途徑來解決這種不平衡。

知識產權問題到底有多重要？4月8日特朗普在社交媒體上表示在稅收和知識產權上，中美需要實現互惠；而昨日習近平主席對于進一步擴大開放以及加強知識產權的保護的重要講話則緩解了貿易戰帶來的緊張情緒，釋放了共同解決爭端的積極信號。值得注意的是，習主席在提出保護在華知識產權的同時也強調了外國政府對中國知識產權的保護。提出“加強同國際經貿規則對接，增強透明度，強化產權保護，堅持依法辦事，鼓勵競爭、反對壟斷”等重大舉措。

這一切為區塊鏈產業發展提供了方向，給區塊鏈場景落地提供了啟發。金色財經獨家分析，在這方面區塊鏈天地廣闊：深圳文化產權交易所董事長于德江表示，“深圳文交所持續探索發展，通過研究區塊鏈技術，嘗試解決知識產權、版權等無形資產的追溯和確權等問題，為全國的文化企業和藝術家提供系統的版權咨詢、代理、交易等服務”。區塊鏈的公開透明可溯源等特性，正可以解決知識產權方面的“痛點”。

金色財經認為，貿易戰為中美知識產權及相關科技服務的發展提供了發展契機。中國將進一步增強自主知識產權方面的創新，也更加國際接軌。這意味著知識產權相關服務需求的增強，區塊鏈產業應抓住此次機會，服務知識產權領域，為解決貿易糾紛，促進國內產業結構升級和貿易全球化。[2018/4/11]

也即是這樣，每個區塊中的每筆交易都會被視為新交易。交易傳播中有很多冗余。例如一個以太坊客戶端會將同一筆交易傳播到不同的節點七次，

而這些交易就意味著以太坊會出現非常高的孤塊率，數據表明，可能有時高達30%，嚴重占用網絡資源，造成交易堵塞。

以太坊還有叔塊的設置，如果這些孤塊被納入最長鏈，可以拿到部分獎勵，但叔塊的數量和獎勵無濟于事。

因此，這些遲緩的交易確認流程和技術現象，造成了PoW共識表現出的比特幣網絡和以太坊網絡的問題。

那可以如何改善PoW共識?

在現有的設計案例中，可以看到兩種必要的方法。

首先是挖礦難度調整，這是對于計算出塊難易程度的預估，比特幣和以太坊是定期調整的，并且是較長周期內調整，而改善后的PoW共識內可以通過一個小周期來調整，一個時隙會包含多少個塊，以保證快速調整到平穩的難度值。這對出塊時間也是重要的。

第二個必要的改進就是調整出塊時間，而這涉及到很細節的過程。在上文中，因為區塊打包前的新交易會不停延遲區塊鏈傳播時間，那如果讓傳播節點不再因新交易出現而延遲同步，出塊就會變快速，但需要將新交易，以及漏掉的交易進行新的驗證打包。這就需要一個新的交易提交渠道。

我們在NC-MAX的算法里查到了一個設計。

那就是將區塊中添加了一個“叔塊頭”區域，允許礦工將盡可能多的叔塊嵌入到一個塊中。叔塊可以在區塊中傳播他們的頭和他們的交易提議區，但叔塊不計入塊大小限制。

另外還需要添加了一個交易提議區，其中可能包含一些新交易的提交，交易在傳播區塊后同步。并且是并行同步的，不會影響塊的傳播過程。只要哈希檢查，不會影響塊的有效性。

還有一種可以稱之為智能的方式，那就是讓出塊時間設計為動態變化。

在PoW鏈正常的共識出塊中，會出現孤塊、叔塊，這會影響鏈的數據，但如果通過一個數據來監控孤塊和叔塊，進而調整出塊時間和塊大小。就足以讓所有鏈上的資源變得更智能。

例如還有一個公鏈的案例是引入叔塊率等運行期數據，對出塊時間，難度，出塊獎勵進行動態調整，進而最大限度利用網絡資源。

詳細的過程如下：當區塊越大，出塊時間越短，孤塊會越多，而孤塊率增加會降低雙花攻擊的難度，所以需要將孤塊率限制在一個閾值之內。

如果在孤塊基礎上，引入叔塊。首先，定義每N個塊為一個Epoch。并且為每個Epoch定義出叔塊。

這樣就可以用Epoch內的叔塊率評估網絡的擁塞情況，并以此作為出塊時間，出塊大小調整的依據，實現充分利用網絡，提升吞吐的同時，也可避免區塊過大或者出塊時間太短導致孤塊過多，安全降低。

為了將叔塊維持在一個合適的閾值內，在每個Epoch末，都會重新調整下一個周期的出塊時間。

如果叔塊率較高，則說當前的出塊時間間隔下，網絡中存在較多的分叉和孤塊，我們需要調大出塊的時間，緩解此問題。反之，則說明全網出塊情況良好，還能進一步縮短出塊時間，進一步提高全網吞吐。

以此看來，通過對PoW共識設計的改變，足以改善PoW鏈的表現能力，但如果用此與PoS鏈相比，仍舊是無法比較的，只是通過這樣的改進，在面臨網絡擁堵情況下，鏈的處理能力是更高的，也是更可控的，這樣的調整下，部分項目可以保持對PoW共識的信仰，同時其網絡資源也是在礦工經濟模型的保護之下運行的，在行業面臨巨大問題時，可能會有緩沖效果。

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