中本聪的遗漏让比特币更加中心化，你了解这些问题的严重性吗？

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《区块链常见问题解析》系列文章涵盖了区块链领域的很多常见问题，而这些常见问题基本都会困扰大家，对于区块链开发者来说，基本内容包括以下几个方面：

区块链技术限制、数据冗余、安全、挖矿、各种共识协议的弱点、交易速度、安全问题、51%攻击问题、Sybil攻击、交易所、以太坊智能合约安全漏洞、挖矿和算力集中困境、比特币和以太坊交易效率困境、比特币扩容、隔离验证、闪电网络、侧链、DAG技术、硬分叉历史、系统升级维护等问题，涵盖了区块链可能存在问题的领域。

本文为《区块链常见问题分析》的第二部分，详细介绍了区块链的技术局限和区块链的安全问题。效率和系统升级维护三个方面继续讨论区块链的常见问题。

为什么你必须了解这些问题？老铁，看完这篇你就知道了！

挖矿和共识协议的弱点

1、中本聪没抓住重点

比特币设计师中本聪毕竟不是上帝，他在设计比特币时，将去中心化作为基本前提。他原本希望利用去中心化的计算资源，通过每个人的电脑来解决算力问题，完成区块链共识和交易所需的复杂计算。因此，PoW 旨在奖励参与计算的节点。在此协议的基础上，全球每一位比特币参与者都可以启动自己的电脑进行挖矿，公平参与获取比特币。

但是后面的开发应该是设计者不想看到的：由于CPU挖矿效率极低，人们发现GPU效率比较高，就开发GPU挖矿，然后FPGA，最后开发对AISC（Application-Specific Integrated Circuit）挖矿来说，如果GPU挖矿还与“大家为了我，为了大家”有关，那么AISC专业矿机的诞生就完全背离了中本聪当初的“一机一机”。票的设计初衷”。

从此，PoW机制似乎进入了军备竞赛。最后，矿机集中分布形成矿场。算力的中心化使得后来者无法公平参与。 同时，算力的过度集中也不利于整个比特币网络的安全。毕竟有著名的“51%攻击”的潜在威胁。

所谓“矿池”，就是大家整合算力比特币最活跃交易时段，共同解决同一个问题。这种方式需要统一管理。一般的做法是矿池分配任务，准备合适的激励措施。无论算力高低，一种类似于赌博的挖矿赌博，都可以转化为统计收益，降低收益。挥发性。这场工业式的挖矿革命将随着PoW共识机制的推进而逐步完善。

2、挖矿和算力集中困境

与矿池集中相关的安全话题是一个热门话题。曾经有一段时间，比特币是一种大众参与游戏，人们可以在其中碰运气并使用家用电脑开采比特币。但随着挖矿难度的增加，出现了专业的电脑芯片和专业的比特币挖矿群，并形成了一些大型矿池。主要分布在中国，以及一些电价便宜的国家和地区。

相比于区块链技术应用的困境，比特币“挖矿”的商业格局在这里独树一帜。这里展开的是一场“算力”的军备竞赛。由于比特币的机制，在这场矿圈的“权力博弈”中，胜者甚至可以决定比特币的命运和走向。

由于大多数区块链共识算法的“51%攻击”问题，以及矿池计算能力的日益集中，我们的争议集中在去中心化系统，实际上是越来越中心化的计算。关于武力引起的集中辩论。目前，51%攻击的问题并没有真正发生，但不可否认的是，算力的集中至少违背了比特币去中心化的初衷，成为其持续发展的一大隐患。

3、其他共识算法及其问题

区块链的自信任主要体现在分布在区块链中的用户不需要信任交易的另一方，也不需要信任中心化的组织，只需要软件系统区块链协议下可信任实现交易。

这种自信任的前提是区块链的共识机制，即在一个互不信任的市场中，每个节点达成协议的充要条件是每个节点都是基于自身利益最大化的考虑，我们会自发诚实地遵守协议中预先设定的规则，判断每条记录的真实性，最后将判断为真实的记录记录到区块链中。也就是说，如果节点有独立的利益并相互竞争，这些节点几乎不可能串通一气欺骗用户。当节点在网络中具有公共声誉时尤其如此。

区块链各种共识机制对比

共识机制的最佳设计是提供可插拔的模块化共识。共识算法的选择与应用场景高度相关，不同的应用对共识算法的选择应该是不同的。

交易效率问题

1、比特币和以太坊的交易效率困境

说到交易效率，首先我们需要一个衡量标准，在区块链系统中，TPS指标是用来衡量一个系统的交易效率的。

TPS 可以根据测试期间完成的交易数量来计算。例如，用户每分钟执行 6 个事务，TPS 为 0.10 TPS。同时，我们会知道事务的响应时间（或滴答声），在这种情况下，60 秒内有 6 笔交易也意味着每个事务的响应时间或滴答声为 10 秒。

一个系统的吞吐量通常由两个因素决定：TPS 和并发。这两个值对于每个系统都有一个相对的限制。在应用场景的访问压力下，只要某个item达到系统的最高值，系统的吞吐量就不会增加。如果压力继续增加，系统的吞吐量反而会降低。原因是系统过载、上下文切换、内存等消耗导致系统性能下降。

根据这个指标，以比特币为例，其TPS约为7，以太坊约为20。换算成一天24小时的概念，大致相当于比特币每天30万笔交易和30万笔交易以太坊每天。每天 450,000 笔交易。

根据区块链数据，投资者平均需要 78 分钟来确认一笔比特币交易。在个别时段，平均持续时间高达 1,188 分钟，或近 20 小时。这将大大降低用户使用比特币的兴趣。

2、比特币扩容

货币本身并不有价值，但只有当许多人认为它有价值时。这也可以说是某个群体形成的“共识机制”。由于前面提到的比特币交易速度慢，比特币扩容一直是受到社区广泛重视的重要问题。

首先要澄清的是，比特币的扩容并不是比特币发行量的增加，而是针对比特币交易量不足的情况，增加比特币的交易量限制。为什么要提高交易量上限？

比特币最初的设计是每 10 分钟（左右）挖一个 1MB 的区块，每个交易平均 250 字节，所以每个区块可以放 4000 笔交易，大约等于每秒 7 笔交易。这个数字太小了。例如，Paypal 是每秒 100 笔交易量级，而像支付宝这样的中心化交易系统在“双十一”期间是每秒 100,000 笔交易量级。与它们相比，比特币根本不能称为交易系统。

比特币扩容存在两个技术难题。一是如何在技术上实现，即扩展多少合适。第二个问题是如何实施。考虑到比特币系统是分布式系统，它面临的实现层面的问题会更大，因为它涉及到在实现层面如何协调新旧节点，以及新旧账本如何共存互认。

分布式系统的升级必须让每个节点都升级。如果有人不升级，就会有分叉。关于分叉，在上一篇文章中已经详细讲解过，这里不再赘述。

3、比特币的隔离验证、闪电网络和侧链

区块链的可扩展性问题仍然是一个学术问题。比如交易量问题一直是比特币最大的问题，那么如何实现比特币交易量的扩大呢？简单来说，应该有以下4种方式。

Segwit 是一种在不增加区块大小的情况下增加交易容量的方法。

如前所述，一笔比特币交易约250字节，主要数据包括以下两部分：

其实比特币的签名数据非常庞大。粗略估计，签名约占交易规模的 2/3。

这样，我们可以把交易中的所有签名表都抽出来，然后把所有的签名打包到数据块的后面，这样可以节省大约2/3的空间。即每笔交易分为两部分：交易和见证（签名）。交易部分只有100字节左右，所以1MB块可以放10000个交易（原来是4000），然后把所有的witness部分，大概1.5MB~2MB放在后面。

使用隔离验证技术的新节点当然可以接受这种数据格式，而旧节点无法识别数据块背后的见证部分，但他们仍然认为前一部分是有效块。这样，隔离见证的升级就可以通过软分叉来实现。使用这种隔离验证的方式，比特币的交易量大约可以增加 2 到 3 倍。

此外，隔离验证修复了比特币中被称为“延展性”的缺陷。比特币的签名方式比较复杂，它的签名只针对UTXO，并不包含交易中的所有信息。这样，攻击者可以更改交易中的信息，也可以更改交易ID，但签名信息仍然有效。 Segregated Witness 从交易中提取签名信息，可以对整个交易进行签名，使得比特币交易无法更改，交易ID可以固定。更重要的是，一种名为“闪电网络”的技术可以更轻松地实现。

闪电网络是比特币不改变主链结构的扩容机制。简单来说，就是一种在链上提供保障的链下交易机制。其实就是在比特币上签订协议，在比特币主链之外建立一个通道。用户的货币存储在该通道上，用于快速支付。闪电网络是一个去中心化的网络，与传统交易所有着本质的区别。

例如，如果您经常向某人转账，您不必每次都将交易上传到比特币链。你们两个可以先签个比特币协议，交押金，然后只要你们之间转账的总金额不超过押金，就可以私下转账，而且这个协议保证如果对方党秘籍，可以靠转会记录。上传到区块链上拿走属于你的钱，无需再次授权对方。事实上，这种方式是无法与主链交易相媲美的。它完全是另一种交易形式，提供了另一种支付方式。闪电网络可以将部分交易移出链下，减轻主链负担。

在交易过程中比特币最活跃交易时段，闪电网络允许创建“小额支付通道”，类似于在双方之间建立交易链。执行。渠道中的这些支付交易非常快。与目前比特币支付需要漫长的交易验证时间不同，只有交易链中的最后一笔交易需要真正进入比特币区块链。如果任何一方终止合作，或者在约定时间内没有响应，则可以关闭通道。重要的是，这种支付是可路由的，是跨多跳路径建立的专门通信管道。

无需为每个新的缔约方创建一个通道，您可以维护几个通道，连接几个良好的安全中介并通过它们完成交易。这就是简单支付渠道背后的理念。这样的支付渠道已经存在。你可以随时向某人发送替代交易，每次金额比上一次大一点，一旦达到某个条件，频道就被终止，只有最后一次付款向全网广播。

事实证明，只需几个几乎没有争议的比特币升级，就可以生成一个更通用的支付渠道，允许双向支付以及“有条件支付”。有条件支付允许用户建立支付网络。事实上，用户可以通过安全、不信任的方式设置一些条件，比如“如果张三付李斯，我就付钱给张三”。发生某事后，用户的钱包会自动将这个有条件的支付交易广播到比特币网络并等待。

这种分布式小额支付网络（闪电网络）理论上可以在最少使用区块链的情况下将比特币的每日交易量扩展到数十亿，并且只需要少量的交易费用。

当然，这个闪电网络的机制也存在安全漏洞。如果该通道中的交易在被主链确认之前存在安全问题，部分交易将无法确认，造成财产损失。

闪电网络论文提出了一种生成渠道和支付网络的机制。它也是当今比特币创新的热点。

侧链是一种基于锚定比特币的新型区块链，就像美元锚定在金条上一样。比特币相当于区块链中货币体系的黄金地位，拥有最去中心化、最分布式的节点，也是最公平的区块链。侧链是为了综合实现加密货币金融生态的目标，而不是像其他加密货币那样排斥现有系统。使用侧链，我们可以轻松构建各种智能金融合约，如股票、期货、衍生品等。用户可以拥有数千条锚定于比特币的侧链，具有不同的属性和用途，所有这些都依赖于弹性和稀缺性的保证由比特币的主要区块链。比较有名的比特币侧链是 Rootstock 和 BlockStream 推出的元素链。

4、基于DAG的加速技术

DAG（Directed acyclic graph），有向无环图，是计算机领域常用的数据结构。由于独特的拓扑结构带来的一些特性，常用于动态规划、导航中寻找最短路径、数据压缩等场景。

DAG 和区块链的结合最早是在 Nxt 社区提出的。可以发现，DAG 最早出现是为了解决区块链的效率问题。比特币的效率一直比较低。原因之一是基于 PoW 共识的出块机制。由于链式存储结构，全网同时只能有一条链，导致出块无法并发执行。社区中有人提出使用 DAG 拓扑来存储区块。这时候，更多的是类似于侧链的解决方案。不同的链存储不同类型的交易，减少了“双花”的可能性，后期需要合并一个节点。时，多个分支合并为一个块。

通过以上假设，我们可以改变区块的链式存储结构，将其变成区块DAG。在区块打包时间不变的情况下，网络中可以并行打包n个区块，网络中的交易可以容纳n次。

此时，DAG与区块链的结合还停留在侧链的思路上。不同类型的交易可以在不同的链上并行执行，以达到提高性能的目的。这时候DAG还有block的概念。

但块的概念实际上是阻碍我们效率的关键因素。那么，可以没有块的概念吗？为什么需要一个块？每笔交易能否直接参与维护整个网络的交易秩序？这样，交易发起后，就跳过了打包区块的阶段，直接融入全网，从而达到了所谓的“无区块”效果。这样，甚至可以节省打包交易生成区块的时间。 DAG和区块链最初的结合是为了解决效率问题。现在，无需打包确认，交易发起后直接进入确认网络。理论上效率自然会提高很多。

自此，无区块独有的DAG区块链雏形基本形成。其中，IOTA和Byteball的表现在市场上最为耀眼。 DAG部门区块链的一些概念很有意思，理解了这些概念就更容易理解DAG技术了。

DAG 与链式结构的本质区别在于异步和同步通信。 DAG通过异步处理交易操作来增加网络吞吐量，使用一定的传播算法在节点之间发送操作日志，并使用某种机制（IOTA每次验证前2个交易，并计算一个PoW代表权重）给一个权重分配给这个操作。与同步操作的链式结构相比，DAG结构与任何异步机制一样，都能带来吞吐量的提升，但问题是无法有效预测交易确认的时间和周期。

DAG 网络的一个重要问题是解决网络宽度问题。在 DAG 网络中，每笔交易都是经过确认的，需要链接到网络中已经存在的相对较新的交易；如果选择网络中较早的交易，网络宽度会太宽，新的交易很难被确认。理想状态是在发起新交易时，选择网络中已经存在的新交易进行链路确认，使网络的宽度保持在一定范围内，使新交易能够快速足够的确认时间。 DAG的主要特点如下：

5、其他加速想法

目前区块链的效率问题比较突出，但笔者认为会有更多新技术产生，提速可以从以下几个方面考虑。

系统升级和维护问题

1、硬分叉历史

以太坊：2017年成功实施的“拜占庭”硬分叉，通过底层协议的升级创建新规则来完成整个系统的性能提升和功能添加。 2017年10月16日，以太坊官方宣布“拜占庭”在以太坊第437万个区块高度成功实施硬分叉。协议升级后，调整区块奖励，缩小区块大小，创建平台。在区块链隐私等问题上引入了零知识证明等解决方案，实现了开发者为去中心化应用创造更适合生态环境的技术目标。

a) 以太坊 (ETH) 和以太坊经典 (ETC)

DAO 计划建立一个基于以太坊智能合约的社区 筹款平台于 2016 年 5 月正式发布。截至当年 6 月，募集资金超过 1.6 亿美元。之后，The DAO 被黑客利用智能合约中的漏洞转移了价值 5000 万美元的以太币。为了恢复投资者的资产，以太坊社区投票改变了以太坊代码，希望能收回资金。为此，以太坊在第 1,920,000 个区块硬分叉，回滚了所有以太币（包括黑客持有的以太币）。

但也有人认为，以太坊的做法违背了区块链的去中心化和不可篡改性，坚持在原链上挖矿，从而形成两条链：一条为不承认和回归。回滚交易的链——Ethereum Classic（ETC）和识别回滚交易的链——以太坊（ETH），各自代表着不同的社区共识和价值观。分叉时持有以太币的人，分叉后持有ETH和ETC。

以太坊雾（ETF）是以太坊于2017年12月14日分叉的公链，专注于雾计算的创新技术，增加分布式存储和分布式计算的能力，具有缩短网络的能力。延迟的优势，节省计算资源，降低核心网络压力，带来更高的可靠性。

b) 比特币黄金

比特币黄金（BTG）是2017年10月25日左右比特币的又一个硬分叉产品。比特币黄金是针对大型矿工算力集中的对策。比特币矿工越来越多地使用定制的 ASIC 进行挖矿，但 ASIC 价格昂贵，而且只有在大量购买时才会降低价格，因此大型矿工可以通过以较低的价格购买大量 ASIC 来获得巨大的算力，导致比特币网络的计算能力得到集中。比特币黄金将使用一种新算法来防止事情变得更糟。

2、系统升级维护问题及分叉

区块链系统的升级和维护包括硬件和软件两方面

硬件方面会随着技术的发展和逐步完善，随着区块链的发展，将会出现更多的区块链硬件设备，包括矿机、芯片、区块链硬件节点，以及各种与应用相关的硬件。例如基于区块链系统设计的各种物联网设备、智能电表、水表、燃气表、手机以及各种可穿戴设备。

软件升级主要包括以下几个方面。

对上述任何类型的任何修改都可能导致分叉。当然，分叉也包括人的因素，因为区块链网络毕竟是由人控制的。分叉后，难免会出现新旧链数据协调、用户分流等问题。

以上内容是对区块链行业常见问题的分析。那么，如何解决以太坊在安全性、扩展性、可扩展性、协议等方面还存在的问题呢？

那么机会来了，V神要来北京了！ 6月29日-30日，2019第二届以太坊技术与应用大会将在北京召开。届时，Buterin将带来以太坊核心团队和国内外区块链专家，带来安全性、可扩展性和可扩展性。性、协议等以太坊开发干货有很多。既然干货太密集了，小伙伴们要做好烧脑的心理准备！

会议开幕倒计时3天！