中本聪的比特币和 POW



  • POW,Proof Of Work(工作量证明),最早由源自用于反垃圾邮件的 HashCash 算法。密码学家戴伟于 1998 年将 POW 结合签名交易技术提出了 B-money 设计,这是 POW 机制作为数字货币共识机制第一次被提出,只是 B-money 没有很好的解决区块链中著名的“双重花费”问题。

    到了 2008 年,中本聪融合了密码学和去中心化技术的精髓,发表了具有划时代意义的论文《btc:一种点对点的电子现金系统》,提出 BlockChain 这种数据结构。BlockChain 能无需信任,建立一套去中心化的电子交易体系。到了 2009 年 1 月,btc 网络正式上线,版本开源客户端发表,比特币由此诞生。

    比特币采用 POW 共识,它规定,矿工们在处理交易数据(也即对数据进行哈希)的同时,不断将打包的交易数据添加一个随机数并进行哈希计算,求得一位前 23 位为 0 的哈希值,作为区块的 nonce。当全网有一位矿工哈希出 nonce 时,他就会把自己打包的区块公布出去,其他节点收到并验证区块后就会一致认为这个区块接到了区块链上,就继续进行下一个区块的打包和哈希计算。

    由于要得出符合要求的 nonce 很难,因此得以保证在一段时间内,系统中只能出现少数合法提案。 同时,这些少量的合法提案会在网络中进行广播,收到的用户进行验证后会基于它认为的最长链上继续计算。因此,系统中虽然可能出现链的分叉(Fork),但最终会有一条链成为最长链。

    Hash 问题具有不可逆的特点,因此,目前除了暴力计算外,还没有有效的解决算法。反之,如果获得符合要求的 nonce,则说明在概率上付出了对应的算力。谁的算力多,谁最先解决问题的概率就越大。 当掌握超过全网一半算力时,从概率上就能控制链的走向。这也是所谓 51% 攻击的由来。

    作为最早出现的区块链货币,比特币总有不完善之处。比特币为了交易的安全性而牺牲记账效率采用了 POW 机制,但随着节点的增加,挖矿所导致的高能耗逐渐暴露出来。时至今日,全球比特币网络消耗的能量几乎等于三峡大坝发电量的2/3。

    POW 的优点:

    去中心化,将记账权公平的分派到其他节点。节点能够获得的币的数量,取决于其挖矿贡献的有效工作,也就是说,节点用于挖矿的矿机的性能越好,分给该节点的收益就会越多,这就是根据节点的工作证明来执行币的分配方式。

    安全性高,破坏系统需要投入极大的成本,如果想作弊,要有压倒大多数人的算力(51%攻击)。因为作弊要付出一定成本,作弊者就会谨慎对待了。在比特币的 POW机制中,由于获得计算结果的概率趋近于所占算力比例,因此在不掌握51%以上算力的前提下,矿工欺诈的成本要显著高于诚实挖矿,甚至不可能完成欺诈(由于概率过低)。

    POW的缺点:

    挖矿造成大量的资源浪费。目前 bitcoin 已经吸引全球大部分的算力 。这让依据算力公平分配奖励的机制,演变为了对矿机算力的大举投入,扭曲了中本聪的设计初衷。

    需要等待多个确认,网络性能太低。比特币区块链的共识达成的周期较长(10分钟),现在每秒交易量上限是 7 笔,不适合商业应用(visa 的平均每秒交易量上万,支付宝峰值接近 9 万)

    POW 共识算法算力集中化,慢慢的偏离了原来的去中心化轨道。从比特币扩容之争可以看到,算力高的大型矿池是主人,而持币的人没有参与决定的权利,比特币即将失去“去中心化”的标签。

    Pow 还有很多的缺点,其中的一些问题有无更好的解决方案呢?且看 Pos。


 

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