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比特安魂曲05（上）比特币误导调查方向
▐文/苏伟
本期关键词：共识机制、拜占庭将军、Leslie Lamport、激励机制、PoW、PoS、DPoS、PBFT、币龄、无效区块、TPS、DAG、开源、社区、Gavin Andresen、比特币水龙头、比特币基金会、Amir Taaki、BIP、MT.Gox、交易延展性问题、山寨币、分叉币、莱特币、Namecoin、Primecoin、Huntercoin
有没有办法证明老张发送的117.72208个比特币和凶手妻子收到的105.63061个比特币之间的联系呢？
️不！
...
️ 于是，我们冒了险，请来了老张和凶手的妻子来问话。
同时？
️ 一定要同时，免得串通一气。
他们说什么？
️经过一番心理攻势，老张承认自己通过混币过程，将100多枚比特币发送到多年前凶手与他约定的地址。 因为老张和凶手是好朋友，很多年前就约定了这个地址。 老张只知道地址，没有私钥。
生成私钥的“种子”是凶手在被处决前告诉妻子的话，妻子持有私钥。
️ 没错，凶手之前也和他的妻子约定好，如果有什么事，他会把生成私钥的“种子”，也就是“大脑钱包”告诉他的妻子，并教他的妻子一个比较简单的方法操作方法，以便在您的余生中获得几个比特币。
这个比特币，按照此时的汇率，大约是400万人民币！ 老张为什么要给他们这笔钱？
️ 老张说，凶手在矿场前期有一些投入。 当时比特币的价格很便宜，所以他们约定，如果他们有什么事，老张就把自己的股份兑换成比特币，发到指定的地址。 这种“事故”包括因犯罪而被判刑。 因此，为了防止被法院发现，必须以比特币的形式发送，并进行混币操作。
不被法院发现是隐瞒财产刑执行的对象。 凶手的计划真是周密，不像是会冲动杀人的人。
️ 老张和凶手妻子的证词是正确的，我们又去审问罪犯和凶手，他也这么说，没有发现疑点，除了……直觉上感觉别扭。
线索好像又断了……
️ 是方向错了，我们被误导了。
有多误导？
️先介绍一下，以后再剧透。 你首先告诉我，对比特币了解这么多，你看到它有什么缺陷吗？
啊？ 呃~
️我知道大家都在谈论比特币的发明有多好，有多震撼，有多精美，但它是有缺陷的。 就像厨师做饭有多难一样，再精巧的设计也只是针对某个场景，如果是另外一个场景，设计就会显得笨拙。
我只是觉得比特币的PoW机制有点浪费资源。
️ 好吧，这不只是一点点，这是一种资源浪费。
是的，你之前说过，2017年比特币挖矿消耗的电力已经占到全球发电量的0.19%，而且这个数值还在随着挖矿难度的增加而增加。
️ 然而，要知道，PoW 并不是唯一的“共识机制”，还有 PoS、DPoS、PBFT、Paxos……
等等，我完全不知道你在说什么？
️还记得我们介绍过的“CAP定理”吗？
请记住，传统的分布式系统无法做到一致性、可用性和分区容错性，即各个节点步调一致、响应及时、抗故障。 这三个属性不能在传统系统中同时组合。 在分布式系统中。
️ 是的，区块链系统可以超越传统的分布式系统，突破“CAP定理”。 秘诀就在于“共识机制”，这是区块链系统各节点达成共识、高效响应、容错的关键机制。
我想睡觉了。
️ 打起精神，讲故事吧！ 你最喜欢的历史故事，一个关于拜占庭帝国的故事。
拜占庭帝国就是东罗马帝国。 西罗马帝国灭亡后，它横跨亚、非、欧三大洲一千多年，直到1453年君士坦丁堡被土耳其人攻陷。拜占庭帝国被誉为欧洲的“蓄水池”古典文化。 欧洲大陆在经历了中世纪长期的黑暗之后，东罗马人带着古希腊罗马精神重返欧洲，开启了文艺复兴和大航海时代。 ，然后彻底改写了未来五百年的人类文明史。
️ 好吧，我们今天的故事就叫《拜占庭将军》。 围攻敌人，每支军队都由一名将军指挥。 他们已经包围了敌人，但必须有一定数量的部队同时进攻才有胜算。
2013 年图灵奖获得者 Leslie Lamport
大家快来预约吧，一起冲刺吧！ “冲鸭～”
️ 是的，军队依靠通信士兵来传达攻击意图和时间。 如果每个将军都是忠诚的，那就没有问题。 就像在分布式系统中一样，如果服务器和通信线路能正常工作，就不会有问题。 . 但如果一些将领不忠诚，可能是叛徒，故意传递假消息或不传播消息，情况就会变得复杂。
正常的作战部署可能会被叛将扰乱，导致最后进攻的兵力不足n，战斗失败。
️ 如果把拜占庭的将军比作分布式系统的节点，那么问题就是如何让节点之间的信息畅通和一致，如何将故障节点的干扰降到最低，也就是容错。
为什么要强调容错？
️ 正如拜占庭将军中有叛徒一样，现实中的分布式系统经常会遇到节点故障、通道故障、消息损坏等问题。 下面的保险箱里藏着巨大的财富，想要攻击它、破解它的“叛徒”节点无时无刻不在努力着……
哈哈，“总有人想害我”！
️ Lambert最后给出的结论是，在传统的分布式系统中，叛徒的数量不能超过将军总数的1/3才能解决问题。 或者反过来，如果叛徒数量超过1/3，拜占庭将军就不可能战胜敌人，传统的分布式系统就无法达成共识，无法发挥作用。
1/3，我的预感是一样的。
1453年，拜占庭帝国灭亡
️ 根据拜占庭将军的故事及其基本结论，1999年有人提出PBFT算法，即Practical Byzantine Fault Tolerance，一种实用的拜占庭容错算法，强调网络一致性，着重解决分布式网络的容错问题，所以效率不会太高，沿着这条路走下去，就会出现现代区块链系统所采用的各种共识机制算法，如工作量证明（POW）、权益证明（POS）、共享授权证明（DPOS）等。
哦~
️ 另一方面，假设在理想状态下，不存在恶意节点的场景，我们重点解决分布式系统的运行效率问题。 Lambert 自己在 1998 年提出了 Paxos 算法，这个算法和现代的议会制非常相似。 有提议者、提议者、批准者、执行者等各种复杂的角色。 这个算法有很大的问题。 ，实现工程难度大，有兴趣可以自己看他的论文《Paxos Made Simple》……
我不读书，因为我肯定不能。
️ 是的，世界上的知识那么多，我们有限的生命怎么学，最多就是找个门道，需要用到这些知识的时候，照着图找就可以了。
根据“奥卡姆剃刀”的原则，如果一件事情表达得太复杂，就意味着它可能与事实相去甚远。
️因此，人们不断探索，希望找到一种简单、优雅、强大、实用的共识机制算法。 由于Paxos过于晦涩难懂，在工程上难以实现，斯坦福大学的研究人员在2013年开发了Raft算法，该算法相比Paxos进行了简化，在工程上易于实现。 简单来说，Raft就是让分布式系统节点尽快达成共识，以少数服从多数的方式保证系统的一致性。
2013年，此时的比特币已经为很多人所知，至少我是知道的。
️ 对了，说说比特币的巧妙之处。 以前的算法都是试图解决纯技术层面的问题，但自从比特币以来，将社会性引入区块链系统，然后通过将作恶的成本与逐利的人性相结合，实现了突破CAP定理的困境。
CAP定理
用非技术方法解决技术问题……比如，绕过戒备森严的马其诺防线！
️ 从比特币的PoW共识机制出发，看看如何巧妙地解决拜占庭将军问题。
嗯~
️ 所谓“共识机制”，就是让节点达成共识的算法。 正所谓“观念新，天地阔”。 要想实现突破和超越，首先要停止带着有色眼镜看邪恶的节点——既然敌人可以做出一般的缺陷，我们也可以采取一些策略让汉奸翻盘。
是~
️ 不要一开始就分善意和恶意，不要一开始就谈忠诚和背叛。 行恶背叛，都是仇敌要的高价！ 如果我们巧妙地在机制中注入一些激励，每个将军，每个节点，每个人都会采取最大化自身利益的行动，进而成为规则的忠实追随者。
精巧的机制……就像比特币挖矿一样！
️ 是的！ 从个人层面来说，挖矿可以给自己带来经济收益； 在宏观层面上，挖矿提供的算力保证了比特币网络的安全——正因为大家为了利益而奔波，试图破坏比特币网络的成本变得非常高，高到普通人无法承担，并不能带来任何直接的实际利益。 与其这样，还不如把成本投入挖矿，老老实实为系统网络的安全做贡献。
“看不见的手”！
️ 这就是所谓的“激励”。
行。
️其次，我们还需要提供公平的竞争环境。
感觉像法学。
️ 从技术角度讲，公平就是保证随机性。 确定谁将打包比特币网络的区块是一个公平的数学问题。 没有人有捷径或特权。 问题面前人人平等。 每十分钟，谁算出题目，谁就有记账权。 这次是决策者和领导者。
“宁可王侯将相有恩”！
️ In the Bitcoin network, it is "computing power" that determines who can be elected as the leader this time!
所以就是PoW，Proof of Work，工作量证明机制，靠工作量来选择leader，达成共识。
️还有一种，叫做PoS，Proof of Stake，权益证明机制，或者说它的权益共识协议。
赌注？ 可以理解为“股”吗？
️ 这是可能的。 PoS的机制也可以是每隔一段时间选出一个leader，但是这个时候不需要做题来选择，而是以占用的资源（某种意义上是份额）为依据。
占用资源？
️ 就像，你在银行里的钱越多，你得到的利息就越多。 您现有的财富就是您的资源。
哦~
️ 当然，在PoS算法的实现中，并不是按照产生的利息来做的，而是抽签：假设某资源共有100股，你60，我40，然后算法从100股中随机抽取1股，占的越多，中奖概率越高。
谁占了份额，谁就是一段时间内的决策者和领导者，有权打包当期的区块。
️ 是的！ 实际算法中可能还会引入“币龄”的概念，币龄=持有币数×持有时间。 你还有60，我有40，但是你只持有4天，我持有6天。 这样，我们被随机选中的概率其实是相等的。 理解？
这很容易理解。
️ 那么，为了公平起见，被选中后，这部分的“币龄”必须归零，重新计算，然后才能参与下一轮的抽奖。
PoS不需要挖矿吗？
️看你怎么理解，如果你理解挖矿就是“打包区块”，那么PoS还是要争着抢打包权； 而如果你理解挖矿就是像比特币PoW这样的矿机的轰鸣声，那我告诉你，大可不必，因为相对于PoW这种耗电太多的资源，PoS可以让区块链成为一个安静的帅哥~
PoS机制这么好，为什么比特币不用呢？
️仔细想想我们刚刚介绍的比特币“激励机制”。 在 PoW 中，个体受利益驱动，以确保整个区块链网络的安全。 PoS 无法做到这一点。 为了追求更多的利益，个人倾向于持有更多的币，但是持有更多的币会使马太效应越来越明显。
“谁有，加倍给他！”
️ 最终，货币会集中在少数人甚至一个极端的人手中。 这样一来，以节点去中心化来保证安全的区块链网络将完全没有安全性。
就像一个被巨头垄断的市场，大多数人无处可玩。
️ 正因为 PoS 可能导致不公平的后果，PoW 仍然是最好的整体区块链解决方案。
您是“比特神教”的成员 - 比特币原教旨主义者吗？ 哈哈~
️ 也有一些人在PoS的道路上越走越远。 他们认为，由于 PoS 最终会形成由少数巨头垄断的市场，因此一开始就设置一定数量的“出块节点”是可取的。 一般节点不参与挖矿。 只有少数“出块节点”参与挖矿竞争，然后打包出块。
为什么会这样？
️ 因为限制一定数量的具有打包权的节点对于区块链网络来说是可控和安全的。 这一原则类似于民主国家议会代表的选举。 因此，这种改进的机制被称为DPoS比特币折算人民币，Delegated Proof of Stake，一种委托权益证明的机制。
与 PoS 相比，DPoS 可以为区块链网络提供更多的安全保障。 其实并不是来自于技术本身，而是来自各个出块节点之间的某种默契。 类似于比特币PoW的激励机制，更多的是一种社会约束。
️ 而DPoS之所以受到一些人的追捧，是因为它解决了一个PoW和PoS都无法解决的问题：效率。
什么效率？
️ 节点间达成共识的效率。 比特币网络每次出块大约需要 10 分钟。 也就是说，如果我用比特币支付一杯咖啡，我可能需要等待 10 分钟才能将交易包含在区块中。 这种低效的共识使得比特币支付很难在现实场景中使用。
并且也有可能由于交易手续费不足或其他原因，导致该笔支付交易未能进入最新区块。
️ 是的，可能是运气不好，被塞进了一个废弃的街区……
什么？ 过时的块？
️ 即无效区块：一笔交易被打包进了区块A，但不幸的是，在这个A区块产生的同时，另一个区块B也产生了，因为规则的原因，大部分的next所有的算力他们中的一个认出了B块，然后下一条链就是继续B块进行后续的扩展，这样A块就无效丢弃了……
唉，浪费无能~
️如果买咖啡的交易恰好打包进这个区块A，等待时间会超过10分钟，可能会更长，甚至最后交易失败。
这效率真是够呛！
️因此比特币折算人民币，要想提高达成共识的效率，本质上就是提高节点间信息传递和识别的速度。 为了使区块链成为能够“飞入寻常百姓家”的应用技术解决方案，人们提倡使用DPoS机制。
DPoS 如何提高效率？
️因为“出块节点”都是Delegate选出来的，是确定性的，所以没有人作恶，所以CAP定理中的P——Partition tolerance不需要考虑太多； 随机选择影响效率，干脆在这些预选出的代表，即“出块节点”中实行轮换机制，即大家排队轮流做banker，经过一段时间后，轮流打包块。
这些都是现实中的机制，在区块链技术中应用了吗？
️ 技术与政治，代码与法律，都有共同点，没有规定一定要用在某个领域。
三大共识算法的原理及优缺点
还有，最重要的是能够解决问题。 那么，旋转块机构能解决哪些问题呢？
️ 轮换机制使得CAP定理中的C—Consistency一致性不再是大问题，因为“轮换主席”说的话大家都会无条件的认可。
那么，CAP 定理还剩下 A。
️ 这个 A 是 Availability 可用性。 这种可用性的核心是节点间信息的传递和识别，因为在这个互不相容的CAP三角中，DPoS把C和P的影响力降低到了极致，所以你可以全力以赴改进A，也就是交易区块链网络的速度。
现在区块链交易的速度是多少？
️我想告诉大家的是，比特币网络的TPS目前还在个位数或者几十位，而采用DPoS机制的区块链系统最快已经达到了百万级TPS。
什么是 TPS？
️ 即Transaction Per Second，即每秒执行的交易数，即每秒处理的区块链交易数。 最快的区块链系统已达到每秒一百万次执行。
厉害~
️ 然而，百万级的TPS并不全是DPoS机制的功劳。 有人改进了起源于比特币的“链式结构”，提出了DAG，Directed Acyclic Graph，Directed Acyclic Graph。 这个DAG真的很棒！
什么鬼DAG，我不明白！
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