Bitcoin系统的远期缺陷分析和一些思考

Bitcoin为P2P加密货币的开创者，其数字现金的设计思想使得它天生就可用于电子支付，经过5年多的发展，其支付的规模已初现雏形。但在深入分析和思考后，我们发现Bitcoin用于大规模电子支付时存在一些疑问：

1. 激励机制：纯粹的交易费收入占系统总值的比率是否太低？
我们知道，Bitcoin的最终货币总量为2100万，在发行完或临近发行完所有的货币之后，矿工依靠交易费获得收入以维护Bitcoin网络的正常运行。按照新币发行量4年减半的设计推算，大概到2033年时，每个区块的新币发行量已不足1个BTC，矿工的收入会随着新币发行的减少而逐步转向依靠交易费来维持。

附：比特币新币发行年度数据表

年度区间：  每块新币数（完成率）
-----------------------------
2009-2012：50（50%）
2013-2016：25（75%）
2017-2020：12.5（87.5%）
2021-2024：6.25（93.75%）
2025-2028：3.125（96.88%）
2029-2032：1.5625（98.44%）
2033-2036：0.78125（99.22%）
2037-2140：……（100%）

假设现在已经是2033年，我们分析一下矿工的收入情况：

A）每区块新币发行0.78BTC；
B）交易费率0.0001BTC/笔交易，万笔交易收入1.0BTC；

如果每个区块容纳1万笔交易，全体矿工10分钟的收入是1.78BTC，一天约256.32个BTC。这是整个Bitcoin网络全体矿工的收益，也是维护Bitcoin网络正常运行的激励金。注意，这里没有剔除矿机和矿工们的成本开销。

一天256BTC的毛收入，要维持全球整个Bitcoin网络一天的运行，这可行吗？相比于此时Bitcoin网络2067万BTC（2100*98.44%）的总值，一天256BTC的网络维护资金是否太少？如果忽略新币的收入，则Bitcoin系统一天只有144个BTC的运维资金。

我们可以简单计算一下：从长期来看，挖矿成本会约等于挖矿收益，假设矿机平均寿命是10个月（300天），不考虑新币收入，全网挖矿的成本约为43200个BTC（300*144），这大概占Bitcoin币总量2100万的0.2%，也就是说，获取全网50%的算力只需要付出Bitcoin总值约千分之一的成本！

对于任何人来说，控制Bitcoin全网50%的算力并非是想要发动51%攻击，相对于Bitcoin的整体市值规模，51%攻击直接的双花价值应该可以忽略不计。双花攻击真正的价值在于干扰市场信心，配合交易市场的多空操作来获取大得多的利益。或者，对于大型集团甚或上到国家实体，仅仅是“可以控制交易”就已具有足够的吸引力。毫无疑问，这样的Bitcoin将不再可靠，摧毁Bitcoin的不是几笔双花交易的损失，而是因为一个失败的系统。

结论： Bitcoin的支付功能需要以很低的交易费吸引消费者，从而获得大量的交易，但交易费又是维持Bitcoin全网正常运作的矿工们的唯一收入来源，在POW模式纯粹依靠算力矿工运维网络的情况下，这是一对很难调和的矛盾（甚至无法调和）。

思考： 借鉴权益证明（POS）模式下由持币者维护网络，从而不存在矿工利益与系统相分离的机制，Bitcoin是否也可以改POW挖矿为POS运维？截至目前，已经有人提出了一个适合于交易费模式的POS机制——委托权益证明（DPOS：Delegated Proof-of-Stake），个人认为十分可行。 PS：Peercoin的POS机制靠利息激励，鼓励存储，并不适合依靠交易费激励的Bitcoin。

2. 区块的有效广播：包含大量交易的大尺寸区块能否足够及时的广播至全网？
在前面的分析中，我们假定每个区块只包含1万笔交易，这会使得矿工的收入并不高。或许你认为届时更多的交易量足以支撑起矿工合适的利益。但我们估算一下，如果每区块包含1万笔交易，这样的区块有多大？

采用现有的Bitcoin区块链数据，随意抽取一段区块1000个，统计区块的交易数据情况（注：已剔除其中5个只有1笔交易的区块，参与统计的实际区块数为995个）：

数据项目：  统计值
-----------------------------
块高度区间：312096-313095
合计交易数：413941 笔
合计块大小：238478.09 KB
-----------------------------
计算：
平均每笔交易数据大小：0.576 KB
万笔交易数据大小合计：5.76 MB

如果假定每区块容纳1万笔交易，则这个区块的大小约为5.76MB。在一个区块创建出来后需要被及时广播到Bitcoin网络用以验证和确认，对于这样大小的数据块，其P2P广播的效率如何，即能否在一段不长的时间内广播至全网？如果交易量更多呢？

根据中本聪的设计，非完整节点的历史区块链是可以大幅压缩的，但这只是针对历史区块。即时验证的区块需要完整的广播出去，它们不能按照那种方法大幅压缩。如果采用普通的压缩方式，因为表示交易的数据大多为随机性很强的Hash值，数据的压缩率并不高。或许Bitcoin区块间相隔约10分钟的“长时间”为数据块的大小放宽了一些限制，但这个宽限有多大呢？包含10万笔交易的50MB区块吗？

当然你可以说，随着科技的飞速发展，未来网络的数据传输速率根本不是问题。你可能对，但物理技术的发展未必能跟上Bitcoin急剧的市场需求的步伐，并且Internet也还有偶尔大堵车的情况，如果Bitcoin网络缺乏足够的P2P分布，局部的互联网大拥堵也可能对Bitcoin的稳健运行产生影响。

结论： 大量的交易包含大量的数据，Bitcoin如果用于日常支付，全球的支付交易量不会是一个小数目。庞大的交易量规模和数据区块的全网广播互为冲突。

思考： 除了效用不大的压缩方式之外，因为每个节点都在监听全网广播的交易，交易的原始数据都已存储于本地，或许区块中的原始交易无需再度广播，只需采用某种一致的格式组织并计算其Hash——广播交易的摘要即可，这样区块中交易的数据值就可以减小很多。当然，这个想法的可行性尚未深入研究。

3. 无限块链：对庞大块链数据的存储和检索压力是否会导致完整节点数量的不断缩减？
基本上，区块中存储的交易是永久保存的，因为如果古老区块中的某笔BTC一直没有使用，它就使得这个区块必须一直存在（否则N年之后如何验证这笔钱）。随着技术的发展，永续存储或许不是一个问题，“适量数据大小”的永续递增存储对于现有或将来的存储技术和数据检索技术都应该不是问题。Bitcoin的设计可以对历史区块链数据进行大幅压缩，即便交易量巨大，压缩后的块链数据非常精简。但这种压缩是有损的，完全节点必须保持完整的区块链数据。

我们简单计算一下，如果每区块包含1万笔交易，历史区块链的数据大小增长情况：

A）每区块5.76MB（前面计算值）；
B）每年生成52560个区块（6*24*365）；
C）合计每年区块链增长302745MB（5.76*52560）。

即每年区块数据增长约300GB。对于大型的矿池或专业化的中心节点来说，每年300GB的数据增长不算什么，但这可能会让个人或小型的完全节点逐步退出，从而影响Bitcoin网络的去中心化特性。

或许理论上，永续存储的无限块链应当设计为尽量抑制交易的产生，最大限度的压缩原始数据的存在（Peercoin作为“骨干”货币的设计理念就是这样）。而Bitcoin是鼓励大量的交易，大量的交易也就产生大量的数据……

结论： 万事万物都存在一个由量变到质变的“度”的界限，不可逾越。技术进步与无限块链的数据增长相适应，至少是一个制约的因素——科技水平限制了Bitcoin的市场规模。当然，如果等待足够久，最终技术的进步还是会超越市场的需求的，但那已是后话。

4. 资源消耗：相对于已有节能环保的可持续方案，无休止的矿机竞赛和专用电力成本是否必要？
我们都知道，Bitcoin是工作量证明设计（POW挖矿），只要有利可图，Hash算力的竞争是永无休止的。也就是说，为了争夺区块的交易确认权，矿机会不断推陈出新并扩大规模，旧的矿机被淘汰。重要的是，这种争夺没有尽头，除非挖矿的利润已经没有吸引力了，也即挖矿的利润基本和成本持平了的时候，争夺才会平稳下来。但这依然只是保持了一种平衡而已，矿机不会再有大规模的扩张，但新旧设备的淘汰更新依然在继续……

有人会说，运行一个全球级的加密货币/支付网络，这样的成本是值得的，相比传统的银行/货币系统，这样的成本很低了，很节约了！或许是的，没错，很棒。

银行起源于工业时代，带着工业时代特有的傻大粗来到了21世纪的信息时代。这个世纪是智商的世纪，各种思想通过计算机软件进行具体实现，然后作用于现实的物理世界，思想、智慧甚至是精神，是这个世纪最真实的财富和资源。我们伟大的新时代金融的基础——P2P加密货币体系，为什么一定要去和旧时代的傻大粗相比呢？那不是一个层级里的事物，一如现代的轿车，你无论如何都不好意思拿它去和上上个世纪的马车比速度和耐力吧。

与Bitcoin相比较的对象应该是它同时代的事物、平行的竞争者们——即众多的竞争币（或者叫山寨币）。如果有更好更优的解决方案，为什么要视而不见呢？进步不需要被局限，更不应该囿于任何理由裹足不前。其实，因为科技的进步和大规模普及，现在人类对自然环境的影响力已十分强大，如果人类不能节制自己对自然的作用力，大自然的反馈或许会让全人类后悔莫及。君不见当今的极端气候慢慢开始多起来了么？热更热，冷更冷，雨水失调，再难见风调雨顺。

也许，Bitcoin对资源的消耗可以被认为只是一个态度问题，即它在某些人看来并在实际上是可以被容忍的，好吧，姑且如此。但专业矿机的出现，还引发了另一个潜在问题。因为矿机不是电脑，没有电脑的通用计算能力，算法被写死在芯片中，于是……如果Bitcoin需要修改或升级挖矿算法，大规模部署的矿机将会成为算法改变的阻力。大量利益的博弈，Bitcoin的改变之路该如何走……至少，专业矿机是一个庞大的“硬编码”，一定程度上牵制着Bitcoin的进化。

其实，正如已经有人提出来的，Bitcoin并非只是一种电子货币，它实际上实现了一种依靠数学和机器的非人类“客观信用”，它必将被应用于人类社会中“与信用有关”的各个层面，但高成本的POW运维毫无疑问是这种普遍应用的一个巨大障碍。

结论： POW工作量证明机制是加密货币设计中的一个基本点，但它应该只是一个起点而不是终点。只有大幅降低系统运行的成本，才有可能让加密货币及其应用在社会的方方面面得到发展。

思考： POW机制下自由的市场竞争是一个重要的优点，它使得Bitcoin网络的算力分布具有可变性，从而实现动态的优胜劣汰。但DPOS的选举机制也可以获得同样的效果，并且DPOS消除了POW挖矿的高成本和越趋严重的中心化固疾。

5. 交易量规模：全世界庞大数量的日常购物支付真的适用于Bitcoin块链系统么？
这是一个现实的问题，并且牵一发而动全身。交易量规模影响了区块大小和块链大小，以及由此而来的支付确认的效率问题。

前面的计算中我们假定每区块容纳1万笔交易，平均下来每分钟1千笔交易，如果Bitcoin直接用于人们日常生活中的支付，这样的预估无疑太过小气，须知这是“全世界的交易总量”。引用一个参考，2013年的双十一（11月11日），中国阿里公司的支付宝日交易量高达1.88亿笔，平均每分钟约13万笔，当然这是因为双十一阿里公司大搞促销活动，但这可以作为一个参考，并且，它只是支付宝一家的交易量，基本上只是针对中国的消费者。

如果Bitcoin用于日常消费的支付并且流行开来，在全球范围内，保守一点估计，假设每分钟10万笔交易吧？如果这样，一个区块就需要包含100万笔交易，前面的计算数字就需要乘上100，也即一个区块约570MB的体量——广播效率如何？当然矿工的交易费收益也上去了，但这依然只占到Bitcoin总值的20%，也即50%算力只需要付出Bitcoin总值10%的成本。并且，完全节点的块链数据每年将增长30TB，其中心化趋势将会更严重。

结论： 全世界依赖同一个Bitcoin块链进行日常购物的消费支付，可能并不合适。何况，它可能还需要承载各式各样的“非购物”类应用的信用转账交易。

思考： 或许真正适合于微支付的系统，至少需要脱离主链，采用侧链分流或传统中心化数据库才更合适。如果主链是安全的P2P网络模式，那侧链或中心化数据库便可不必太在乎其中心化特性了。PS：侧链也可以中心化运维，并且不止一个。

6. 监管的尴尬：进步？限制？思考？重构？共赢？
Bitcoin系统的节点间采用的是P2P点对点传输，也即常说的去中心化网络。之所以采用这样分布式去中心化的网络传输，不但是为了网络的鲁棒性（解耦性和稳定性），同时也是为了抑制中心化权威，以及中心化权威失控时对网络的损害，用通俗的说法也可以说这样的网络体现了民主思维，或者它就是一个类蜂群或蚁群的自适应群系统。

这样的系统天生反感并抑制中心化权威的产生，加上密码学的设计对隐私的保护，这是一个很难被中心化控制和监管的系统。

在现阶段，世界各国依赖具有真实个人身份信息的银行系统直接对货币的流动进行监管，从而监控可能的洗钱犯罪行为。这种监管方式简单而古老，也十分有效，但它很明显的难以适应缺失中央控制点的Bitcoin系统。货币系统的基本特性已经改变，对应的监管方式也需要不一样的设计甚至重新思考监管的界限。新的有效的监管方式尚未出现，政府的态度如何，或者说政府应对新事物的心胸和研究能力如何，这是一个现实的冲突。新技术是推动社会进步的强大动力，但现实社会中的利益既得和人性复杂依然是新技术或社会进步中的变数。

这一条不是Bitcoin系统的缺陷，这是它要面对的问题，这个问题也适用于所有P2P运作的其它加密货币。Bitcoin一旦进入普罗大众的世界，它就不再只是一个技术问题了。它牵涉到自由、伦理、社会管理、政治利益，甚至世界的善恶生态及其平衡。

思考： 传统货币发源于Internet网络诞生之前，未来的网络数字世界是否依然完全沿用传统货币的逻辑，答案可能显而易见。中心化和去中心化并非敌对不两立，它们更应该像男人和女人一样，共同组建和谐的家庭。或许中心化的监管和去中心化的个人保护，可以相互补充的构造一个逻辑完整的健康社会，正所谓，易曰：一阴一阳之谓道也。监管的疆界可能需要重新思考？

7. 对未来的期望与祝福
曾经为Bitcoin巧妙优美的设计而赞叹，为它给缺少监督的法币系统带来改善的可能性而激动。它利用密码学创造了一个真正安全的非人类信用结构，利用P2P赋予自身强大的生存能力，利用开源给所有人以严格监督下的信心。可以说，它为这个世界未来变得更美好提供了一种新的可能……

Bitcoin是一场社会实验，现阶段已进化到了一场社会实践，但任何事物的发展都不会是一帆风顺，它需要自我修正、改变、成长、进化。

在Bitcoin 5年多的发展过程中，已经逐步表现出了一些大大小小的缺点和问题，并因此而产生了相应改良的竞争币，比如基于权益证明（PoS）的点点币Peercoin，注重隐私的暗黑币Darkcoin，致力于数学探索的质数币Primecoin，以及期望实现图灵完整的以太坊Ethereum。竞争，是一个正常的自由市场里不可避免的，也是健康的，它让以Bitcoin为首的P2P加密货币生态更加强大。

在众多的思想碰撞中，反思Bitcoin的本质……我们发现Bitcoin的意义并非“电子现金”那么简单，也不只是全球跨境支付那么单一。其实，Bitcoin实现的是一种全新的信用系统，这种信用与传统的信用概念不同，它是机器的，在系统正常运作时，这种信用也是绝对的，它不受人的素质影响，也与法律法规无关。在互联网的世界里，这个系统也是全球普及并且简单易用的。有一句流行的说法：“在Bitcoin里无需信用”，这其实是在说：“在Bitcoin里，无需人的信用，因为它本身已经是一种信用”。

既然如此，那么这套机器的信用体系的价值将是什么呢？货币？只是一个应用，支付？那是货币的一个职能，打通全球臃肿低效的银行系统的血脉？那好像是自然而然的事。还有什么？答案好像太多……契约合同、财产权证明、数据防伪、版权时间证据、身份存储与认证……哦，请原谅我的眼界和想象力，貌似与信用有关的东西，都可以籍由这个体系来客观无差错的处理！于是乎，人力解放，世事客观平等……~~

祝君好运 ^_^。。呵呵

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中文转自：http://www.yibite.com/article-4605-1.html