调大区块是提高效率的正确途径吗?BCH硬分叉_区块链扩容_作者:李辰星_区块链技术_区块链神吐槽
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调大区块是提高效率的正确途径吗?BCH硬分叉_区块链扩容_作者:李辰星

在本次 BCH 分叉中,Bitcoin SV 阵营希望将区块大小在现有的基础上继续增加,增加到 128MB 大小。

而 Bitcoin ABC 阵营认为 32MB 大小已经足够。

和比特币最初的 1MB 大小相比,一年多来分叉链对区块大小的调整就像是一场大跃进一样。

这么做真的没问题吗?我们从学术研究的结论中为您寻找答案。

区块扩容的历史

我们都知道,在比特币创世时,采用了 1MB 区块大小的限制。在最初的几年,比特币受到的关注有限, 1MB 大小被填满的次数也不多,大家似乎没有觉得 1MB 有很大问题。

随着比特币受到的关注越来越多,比特币的吞吐率局限性日益凸显。按平均一笔交易 250 字节计算,比特币每秒只能处理不到 7 笔交易。

为了缓解效率问题,隔离见证,2M 区块大小的等方案被提出。

2017年8月,BCH 从比特币分叉,并且将区块定到了 8MB 大小,今年 5 月将区块大小调整到 32MB。

在本次分叉中,Bitcoin SV 更是提出了 128MB 的巨大区块

区块大小对安全性的影响

早在2015年的时候,学术界就对区块大小和出块时间对安全性的影响进行了研究。其结论简单来说,在最长链规则下,区块大小和出块速度的对安全性的影响可以用一个比值概括:

区块传遍全网时间 / 出块间隔时间

这个比值会影响双花攻击需要的算力。比值越大,进行双花攻击需要的算力越大,安全性越低。

(注:如果诚实的矿工们算力相对集中,也会提高安全性。区块传遍全网的时间可以把长尾切掉,比如说,传遍95%的算力节点视为传遍全网。)

比特币对提高传播速度的不懈努力

和十年前的网络环境相比,如今的网速大大提高。发送同样大小的数据需要的时间更少。

不仅如此,在2016年的时候,比特币还通过实现紧凑区块(Compact Block)来降低传输时间。

与保留全部交易信息的完整区块不同,紧凑区块中只保留交易的短 ID(仅6个字节)。当一个节点挖出区块时,只在网络中传播紧凑区块。收到紧凑区块的节点先尝试从自己的交易池中恢复完整区块,当恢复失败时,再尝试向邻居节点请求冲突或丢失的交易。

对于 1MB 大小的完整区块,紧凑区块仅有 15KB 的大小。据报道,直接恢复完整区块的成功率高达 86%. 这大大降低了比特币区块传遍全网的时间。

统计数据显示,2016 年 12 月的区块传播时间只有 1 月的不到六分之一。

那么,调大区块到底安全吗?

和比特币运行初期相比,如今区块传遍全网时间已经大大降低。就安全性而言,1M 的区块大小已经非常地保守了。

即使将区块大小增加到 8MB , 也可以获得近似于 3 到 5 年前比特币的安全性。

然而,对于 32MB 这样大的区块,其安全性就需要谨慎考量了

虽然使用紧凑区块技术依然可以做到大约 500KB 大小的实际传输量。但当网络中的交易越来越多的时候,可能有大量交易堵在路上,导致完整区块的恢复成功率大大降低,最终导致传输时间过长。

而 128MB 区块大小就近乎疯狂了,更可怕的是,这个方案的拥护者们似乎完全没有考虑过上述问题。

笔者粗略估计,除非算力集中,否则 128MB 区块可能面临严重的安全性问题。但如果算力真的集中起来,它和一个中心化系统的区别又有多少呢?

概括来说,适当地调大区块可以缓解吞吐率问题,但是无底线地调大区块,势必会造成严重的安全性问题。

最重链规则:降维打击式解决安全与效率两难问题

上面所述的问题,只局限在最长链规则之下,所以我们可以从另一个维度去考虑。

GHOST 共识协议设计了最重链规则,无论区块大小和出块速度怎么调整,双花攻击都需要 50% 的算力。

Conflux 基于 GHOST 协议改进和实现,通过有向无环图结构,在保证安全性的前提下,在跨大洲模拟实验中实现了每秒 1.6MB 数据的吞吐,相当于 6400 笔交易。这一表现为打造高效率的 PoW 公链提供了坚实的共识基础。

参考文献:

[1] Sompolinsky, Yonatan, and Aviv Zohar. "Secure high-rate transaction processing in bitcoin." International Conference on Financial Cryptography and Data Security. Springer, Berlin, Heidelberg, 2015.

[2] Li, Chenxing, et al. "Scaling Nakamoto Consensus to Thousands of Transactions per Second." arXiv preprint arXiv:1805.03870 (2018).

作者:李辰星(lylcx2007@gmail.com), 公链项目 Conflux 研究成员

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