比特币的秘密(二):工作量证明 - 打点钱包

比特币的秘密(二):工作量证明
2020.08.12

作者:矿工哲亮

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在上一篇文章比特币的秘密(一)比特币的交易中,我阐述了比特币的交易中的细节,接下来我们谈谈为什么比特币技术能够具备承载海量交易能力的一个基础——挖矿和工作量证明。

 

概要

 

节点运营商和算力运营商

比特币的挖矿,是一个昂贵的市场信号。为了把这个事情说得更加清楚,我们需要把比特币挖矿拆解成不同的部分:节点运营商,算力运营商。

首先我们有若干彼此竞争和合作的节点运营商(Node Operator),节点运营商通过运营节点,采用不同的竞争策略来争夺记账权,并让其余的节点运营商认可其记账结果。节点运营商同时还可以面对不同类型的客户提供增值服务获得收益。

节点运营商通过展示自己的收益数据,吸引更多的算力运营商(Hashrate Operator)与其合作。节点运营商和算力运营商也可以扮演同样的角色。但对于算力运营商的角色来说,是关注于将其投入的单位算力,分布于哪些节点运营商,采纳哪些节点运营商提交给他们的区块头模板,以获得更高的收益回报。

 

算力和安全

算力本身并不是一个安全的特性,因为算力指数增长的特性,我们从现在开始可以轻而易举的复制出比特币从最初开始到近期(最近三年的工作量累积占到比特币十一年总工作量累积的 50% 以上)的算力累积。比特币的安全是来自于对其工作量累积的公开发布,会导致和工作量证明相关的恶意的攻击行为,可以被参与者以很低的代价检测到。

比特币区块中的工作量证明,是用以保障在多个节点受到了被检测到的攻击后,依然可以让节点运营商来去自如在更具弹性的情况下重新完成自组织。比特币的历史就是节点运营商不断出现和消亡的过程。但单个节点运营商,在用户面前代理了整个比特币系统的功能。用户通过不同节点运营商的视角,来获得对整个比特币网络情况的感知。

算力运营商的算力,是互相之间无法得知的,节点运营商通过和算力运营商的合作,释放出了一个非对称的工作量证明信号。这种工作量证明信号是非常难以产生,但却可以被以极低的代价进行验证。因为发起攻击的比特币节点背后拥有大量的网络联通性投资,昂贵的设备投资,长期稳定电力合约,导致这样的比特币节点(节点运营商及算力运营商)无法在隐藏自身的情况下发起攻击。在比特币节点运营商之间的无限博弈中,我们将不同版本的信息加以对比比较,从而对这些攻击行为进行检测,最终让攻击在有限的时间窗口内,不能悄无声息的展开。

 

节点的博弈

工作量证明,是给这个无限博弈的参与者一个无法伪造的信号机制,用于激励参与者的诚实行为。这种信号需要具备一定的沉没成本,因此如果这个行为可以用于创建其他价值的话,将会让参与者可以通过对冲的方式来削弱这个沉没成本,最终导致信号系统失效。目前我对于当前比特币上共享同一个算法的多链竞争的看法,是这个系统将不是一个稳定的常态。

我们在付出了昂贵的工作量证明成本之后,如果所能够处理的交易事务的数量是及其有限的,那将是对资源的极大的浪费。因此,比特币需要具备能够使用这样的工作量证明信号,来支持海量交易,这样我们就可以在交易量增加的同时,降低每个交易分摊的工作量证明成本。比特币所采用的默克尔树的结构,来让这样的交易的有效性证明的成本下降。对于需要对交易进行验证的用户来说,仅仅需要观察比特币网络上的区块头数据,以及每个交易的默克尔证明。

用户需要去相信这个网络上的单一不诚实的攻击者节点的数量,低于网络上的一半。且了解攻击行为将会被通过工作量证明信号所检测并能采取相应的对策。在这样的假设前提下,这个系统内部会自我驱动和纠错,节点运营商通过互相的竞争和合作,来监督、揭发甚至对抗任何违反既定规则行为。

 

结论

因此,比特币的工作量证明,是一种需要付出排他性成本的,对系统健壮性来说必不可少的措施,相对固定有限的成本,被海量交易分摊后,将会成为交易成本中微乎其微的一小部分。

 


 

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