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技術(shù)流評BCH分叉中的區(qū)塊大小之爭：調(diào)大區(qū)塊是提高效率的正確途徑嗎？

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摘要：和比特幣最初的大小相比，一年多來分叉鏈對區(qū)塊大小的調(diào)整就像是一場大躍進(jìn)一樣。年月，從比特幣分叉，并且將區(qū)塊定到了大小，今年月將區(qū)塊大小調(diào)整到。據(jù)報道，直接恢復(fù)完整區(qū)塊的成功率高達(dá)這大大降低了比特幣區(qū)塊傳遍全網(wǎng)的時間。

在2018年11月的BCH 分叉中，Bitcoin SV 陣營希望將區(qū)塊大小在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上繼續(xù)增加，增加到 128MB 大小。而 Bitcoin ABC 陣營認(rèn)為 32MB 大小已經(jīng)足夠。和比特幣最初的 1MB 大小相比，一年多來分叉鏈對區(qū)塊大小的調(diào)整就像是一場大躍進(jìn)一樣。這么做真的沒問題嗎？我們從學(xué)術(shù)研究的結(jié)論中為您尋找答案。

區(qū)塊擴(kuò)容的歷史

我們都知道，在比特幣創(chuàng)世時，采用了 1MB 區(qū)塊大小的限制。在最初的幾年，比特幣受到的關(guān)注有限， 1MB 大小被填滿的次數(shù)也不多，大家似乎沒有覺得 1MB 有很大問題。

隨著比特幣受到的關(guān)注越來越多，比特幣的吞吐率局限性日益凸顯。按平均一筆交易 250 字節(jié)計算，比特幣每秒只能處理不到 7 筆交易。

為了緩解效率問題，隔離見證，2M 區(qū)塊大小的等方案被提出。2017年8月，BCH 從比特幣分叉，并且將區(qū)塊定到了 8MB 大小，今年 5 月將區(qū)塊大小調(diào)整到 32MB。在本次分叉中，Bitcoin SV 更是提出了 128MB 的巨大區(qū)塊。

區(qū)塊大小對安全性的影響

早在2015年的時候，學(xué)術(shù)界就對區(qū)塊大小和出塊時間對安全性的影響進(jìn)行了研究。其結(jié)論簡單來說，在最長鏈規(guī)則下，區(qū)塊大小和出塊速度的對安全性的影響可以用一個比值概括：

區(qū)塊傳遍全網(wǎng)時間 / 出塊間隔時間

這個比值會影響雙花攻擊需要的算力。比值越大，進(jìn)行雙花攻擊需要的算力越小，安全性越低。

（注：如果誠實的礦工們算力相對集中，也會提高安全性。區(qū)塊傳遍全網(wǎng)的時間可以把長尾切掉，比如說，傳遍95%的算力節(jié)點視為傳遍全網(wǎng)。）

比特幣對提高傳播速度的不懈努力

和十年前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相比，如今的網(wǎng)速大大提高。發(fā)送同樣大小的數(shù)據(jù)需要的時間更少。不僅如此，在2016年的時候，比特幣還通過實現(xiàn)緊湊區(qū)塊(Compact Block)來降低傳輸時間。

與保留全部交易信息的完整區(qū)塊不同，緊湊區(qū)塊中只保留交易的短 ID（僅6個字節(jié)）。當(dāng)一個節(jié)點挖出區(qū)塊時，只在網(wǎng)絡(luò)中傳播緊湊區(qū)塊。收到緊湊區(qū)塊的節(jié)點先嘗試從自己的交易池中恢復(fù)完整區(qū)塊，當(dāng)恢復(fù)失敗時，再嘗試向鄰居節(jié)點請求沖突或丟失的交易。

對于 1MB 大小的完整區(qū)塊，緊湊區(qū)塊僅有 15KB 的大小。據(jù)報道，直接恢復(fù)完整區(qū)塊的成功率高達(dá) 86%. 這大大降低了比特幣區(qū)塊傳遍全網(wǎng)的時間。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016 年 12 月的區(qū)塊傳播時間只有 1 月的不到六分之一。

那么，調(diào)大區(qū)塊到底安全嗎？

和比特幣運行初期相比，如今區(qū)塊傳遍全網(wǎng)時間已經(jīng)大大降低。就安全性而言，1M 的區(qū)塊大小已經(jīng)非常地保守了。即使將區(qū)塊大小增加到 8MB , 也可以獲得近似于 3 到 5 年前比特幣的安全性。

然而，對于 32MB 這樣大的區(qū)塊，其安全性就需要謹(jǐn)慎考量了。雖然使用緊湊區(qū)塊技術(shù)依然可以做到大約 500KB 大小的實際傳輸量。但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的交易越來越多的時候，可能有大量交易堵在路上，導(dǎo)致完整區(qū)塊的恢復(fù)成功率大大降低，最終導(dǎo)致傳輸時間過長。

而 128MB 區(qū)塊大小就近乎瘋狂了，更可怕的是，這個方案的擁護(hù)者們似乎完全沒有考慮過上述問題。筆者粗略估計，除非算力集中，否則 128MB 區(qū)塊可能面臨嚴(yán)重的安全性問題。但如果算力真的集中起來，它和一個中心化系統(tǒng)的區(qū)別又有多少呢？

概括來說，適當(dāng)?shù)卣{(diào)大區(qū)塊可以緩解吞吐率問題，但是無底線地調(diào)大區(qū)塊，勢必會造成嚴(yán)重的安全性問題。

最重鏈規(guī)則：降維打擊式解決安全與效率兩難問題

上面所述的問題，只局限在最長鏈規(guī)則之下，所以我們可以從另一個維度去考慮。GHOST 共識協(xié)議設(shè)計了最重鏈規(guī)則，無論區(qū)塊大小和出塊速度怎么調(diào)整，雙花攻擊都需要 50% 的算力。

Conflux 基于 GHOST 協(xié)議改進(jìn)和實現(xiàn)，通過有向無環(huán)圖結(jié)構(gòu)，在保證安全性的前提下，在跨大洲模擬實驗中實現(xiàn)了每秒 1.6MB 數(shù)據(jù)的吞吐，相當(dāng)于 6400 筆交易。這一表現(xiàn)為打造高效率的 PoW 公鏈提供了堅實的共識基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[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).

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作者：李辰星(lylcx2007@gmail.com), 公鏈項目 Conflux 研究成員

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