觀點| 別光看TPS，看交易結算的保證

Winkrypto

特邀专栏作者

2019-08-25 16:00 (UTC+8)

本文約12346字，閱讀全文需要約18分鐘

一個公鏈在單位時間內所累積的價值越高，這個公鏈安全性和結算效率才會更高。

AI總結

一個公鏈在單位時間內所累積的價值越高，這個公鏈安全性和結算效率才會更高。

編者按：本文來自鏈聞ChainNews編者按：本文來自Medium鏈聞ChainNews

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，譯者真好吃haichao；原文來自

主流區塊鏈的狀態達到最終性需要多長時間？我需要等多久才能確認一筆比特幣交易真正完成結算？有哪些風險因素可能會導致我需要額外的交易確認？交易確認的數量是如何影響交易結算的？

令人驚訝的是，即使是在2019 年，也就是在第一個比特幣區塊被開採後的10 年後的今天，這些問題目前仍沒有很好的答案。

但這些問題是至關重要的。如果您認為具有開放驗證節點集和分佈式收斂機制的公鏈將在可預見的未來將持續為價值轉移提供服務，那這些問題就是絕對值得深思的。如果您是一個交易所，您的生計將依賴於正確評估各種區塊鏈所需的交易確認的數量，這些問題會對您至關重要。

比特幣有趣在哪？

正如任何在2015-2017 關注過區塊鏈的人都知道的那樣，這兩個陣營就比特幣的目標這一話題進行了激烈的內戰，這其中區塊大小是兩方爭論的主要戰場。

我認為也許這些觀點可以統一。我傾向於認為比特幣的有趣之處在於它能夠使用通信媒介來進行價值轉移，並且提供極強的交易保證。（我曾經在

另外一篇文章

中嘗試展開解釋和評估交易保證的意義），我認為比特幣是一種新穎的製度技術，它提供了高度被保證的財富儲存和轉移功能且不依賴於任何國家或金融體系。這將會為人類的組織模式開啟新的篇章，並且將會讓那些財產所有權制度得不到保障的地方有可能實現有效率的商業模式。

因此，如果您認為交易的結算保證是這個系統中最有趣的事情，那我們應該如何評估它呢？我們應該如何在開放驗證的前提下，在比特幣和其他系統之間進行標準一致的比較呢？

結算的評估

那麼究竟什麼是結算保證呢？它指的是對於系統所收到的一筆交易，系統能夠讓該交易的接收方確信這筆交易不會被篡改的能力。使用像SWIFT 這樣的消息傳遞系統的電匯非常主流，這是因為它們處理的交易實際上是無法被篡改的。對於收件人來說SWIFT 是安全的，因為只有在確認了發件人的帳戶中的資金完整後，始發銀行才會釋放資金。

這就是為什麼孟加拉國銀行盜竊案背後的小偷們選擇了使用SWIFT 和銀行電匯：他們想要利用這些系統的交易結算保證。換句話說，他們是選擇了使用一種難以被篡改的系統來實施他們的盜竊。這麼做的結果是涉案的6100 萬美元至今仍然下落不明。

這並不是用來表明SWIFT 和銀行轉賬是失敗的證據，相反這證明了這些系統所擁有的優勢。即使在這種情況下，幾乎每個參與者都希望能夠逆轉交易，但他們卻依然無法做到。這說明該系統可以抵抗回滾，自由更改和事後編輯等操作。這並不會使它成為一個糟糕的系統。這反而使得它成為一個能夠為交易對手提供了很好的保證的系統，保證交易最終必定將會被結算。crypto51.app比特幣是一個類似的很有用的系統，因為它同樣為用戶提供了強大的結算保證。只不過究竟有多好，我們還並不完全知道。

LaurentMT 在他出色的「Gravity 系列」中寫出了也許是目前為止最為科學的一些探索。但總的來說，比特幣PoW 的特性仍然尚未得到充分的研究。它在歷史上曾有過一些區塊重組的事件，但據我們所知，這其中並沒有以惡意偷盜為目的的重組發生過。並且我們知道礦工們將大量的現實世界的資源輸入給了交易的挖礦。

這意味著比特幣交易的接收者可以懷有極高的信心，相信一旦其交易被埋在幾個區塊之下，交易就不可能被逆轉。

但對於許多競爭加密貨幣而言，情況並非如此。雖然在許多情況下它們看起來與比特幣類似，但其實他們其中並沒有一個和比特幣具有相同的結算保證。這不一定是因為任何設計缺陷，而僅僅是因為比特幣的每個區塊在每單位時間上累積了更多的成本（也就是攻擊成本），並且也是因為比特幣對於它的哈希函數來說是一個近乎壟斷的角色，並且還擁有專用的硬件。Understanding (and Mitigating) Reorgs。
有些令人驚訝的是，許多較弱的鏈還尚未被嘗試攻擊過，即使這樣做的成本很低。這很可能是因為51％攻擊後的套現需要利用交易所，這會帶來些額外的複雜性。而且坦率地說，大多數比較小的幣在一開始的幣價都比較低（並且也沒有多少流動性可以用來做空），這就限制了攻擊的收益。Beyond the doomsday economics of「proof-of-work」in cryptocurrencies。
如果你想要了解眾多加密貨幣的脆弱程度，你可以看看A Lower Bound on Miner Rewards。

那麼評估公鏈系統中的結算效率的關鍵變量是哪些呢？讓我們把它們分成易於量化的變量和難以量化的變量兩部分來討論。

若想獲得對於這個問題的更加簡潔的描述，請閱讀Anthony Lusardi 的

有關比特幣工作量證明的全面調查，請參閱：國際清算銀行的Raphael Auer 寫的

有關於包含一些變量的模型的具體實現，可以參考來自BKCM 的Kevin Lu 寫的

可量化的結算相關變量
The Anatomu of Proof of Work

可量化的結算相關變量

記賬成本

你可以把它想像成一個學校作業，比如必須閱讀一本書並製作書籍報告。你需要向你的老師證明你讀過這本書，所以你要製作一份讀書報告（一個前綴中有足夠數量的零的有效塊哈希），只有當你實際讀過這本書（計算出足夠的哈希值），你才能創建它。因為你的老師是個刻板的人，你還必須正確地格式化你的讀書報告（產生一個結構正確且有效的塊）。如果你閱讀了整本書但只提交一個格式錯誤的報告，並以你得到F 的分數作為收場，那將是非常悲劇的。工作量證明機制也是如此的：工作是需要預先進行的，收益只能在之後獲得。既然你已經承擔了實際成本，而你的業務又需要你於你執行最後的幾個死板的步驟來獲取你的獎勵，你並不會希望搞砸這部分。最近就出現過類似的事情，有一名礦工完成了所有必要的工作並獲得了提交一個區塊的資格，但是在最後一道關卡中卻創造了一個無效區塊。

圖片描述

那麼為什麼更高的每單位時間的記賬成本意味著更高的安全性呢？因為如果（誠實的）礦工的工資更高，則意味著你需要雇傭個更多的唯利是圖的人才能打敗他們。這些要消耗的資源必須來自某個地方：您需要管理能夠產生哈希算力的硬件，電力等等。（有一種觀點認為，由於攻擊者在進行51％攻擊時會獲得區塊獎勵，因此只有隻有交易費才可以提供為PoW 安全性。在這裡我沒有足夠的時間來充分討論這一點，目前來說，我會認為區塊鏈獎勵，尤其是專用挖礦硬件，本身就是一個巨大的門檻，是必須在進行51％攻擊理論討論之前就要解決的問題。）

圖片描述BitConf總而言之，要想出價高於在比特幣上盡職盡責地生產區塊的誠實礦工們是非常困難的。他們現在每年產生著69 億美元的收入，並且其中許多人可能會投資他們的產業中的其他業務以預期在未來獲利（這意味著礦機可能有溢價，即區塊鍊網絡上正在挖礦的礦機的價格甚至可能高於其產生的價值）。

圖片描述

-比特幣礦工收入/美元，數據：Coinmetrics.io-

因此，比特幣不僅接受來自比特幣協議向礦工支付的日薪的保護，還會受到這些礦工期望在未來獲得的折價收益的保護。這意味著比特幣不僅受到當今現狀的保護，而且還受到礦工對未來獎勵的期望的保護。

這裡我們並沒有找到一種簡單的方法來模擬預期，所以最簡單的方法是獲取每單位時間的礦工收入並在此基礎上來比較不同的區塊鏈系統。到這裡為止，如果你選擇現在就停止閱讀這篇文章並且只記住上一句話，那相比大多數人，你已經獲得了對安全性更好的理解。很少有團隊，即使是那些像交易所一樣高風險的項目，也很少像這樣來評估區塊鏈。

幸運的是，Anthony Lusardi 已經就這個主題做了一些很好的說明性工作。他介紹了

。這個工作展示了，對於比特幣上的一次交易確認來說，其他的區塊鏈（比如萊特幣）需要做多少次交易確認才能達到同樣的價值。

但是，我敢說大多數人並不會使用BitConfs，或嘗試將對各區塊鏈需要的交易結算成本進行索引。恰恰相反，「民科」們認為結算是交易確認數量的線性函數。更令人遺憾的是，這其實是一個非常普遍的觀點。即使是萊特幣基金會網站也隱晦的表達這個觀點：

萊特幣交易的確認比其他加密貨幣更快，比如比特幣，因為它每2.5 分鐘產生一個塊，而比特幣是10 分鐘。這意味著您的資金可以更快地被送達。

如果是比較最初的從內存交易池中選取交易並包含到鏈中的時刻的速度，那萊特幣是要快的多，但在加密貨幣中，概率性的交易結算效率是必須被納入考慮的。換句話說，如果你只關心第一次確認，那麼萊特幣「更快」，但是當你關心長期意義上的結算（多次確認）時，很明顯它會慢得多。

但這是錯誤的。萊特幣上每單位時間會產生更多的塊，但它累積記賬成本的速度會更慢。實際上，比特幣會為其礦工們提供更高的收入，因此他們每分鐘會以哈希的形式提供更多的安全性。

與萊特幣相比，比特幣區塊累積的成本會「更重」。即使萊特幣擁有10 分鐘的出塊間隔，一個比特幣的區塊塊仍然比一個萊特幣的區塊貴14.5 倍。確認的數量其實無關緊要，礦工們每單位時間的機會成本才是最重要的。

我們可以嘗試將這個記賬成本增加的過程可視化，隨著區塊的堆疊，交易會被埋在越來越多的區塊之下，也就越來越接近它最終被結算的狀態。隨著更多的區塊被加進來，這筆交易也變得越來越難被逆轉，交易結算也就更加接近完成的狀態。在這個圖中，我按照記賬成本的相對大小關係對區塊的寬度進行了縮放，並畫出了塊的粒度。逆轉交易的收益：交易的金額

文章中

記賬成本並不是影響交易結算效率的唯一因素。同樣重要的是逆轉交易成功後可能得到的收益。衡量這種激勵的最純粹的方法就是依據交易的金額。如果你是一筆50,000 BTC 交易的接收人，你可能需要等待超過六個塊的才會確認交易完成。如果你是正在接收1000 聰，那一次確認就足夠了。簡而言之，每筆交易的結算都會或多或少受到其涉及的金額的影響。

文章中

圖片描述

Elaine 的公式巧妙地結合了區塊鏈結算中兩個最重要的可量化的變量：記賬成本和逆轉交易的收益。如果你想在BTC 結算價值1000 萬美元的收款交易，根據其規則，你需要等待60 個區塊，或者說10 個小時。（這是一個很巧妙的巧合，以13,330 美元的價格計算的話，比特幣會以100 萬美元/小時的速度累積記賬成本）。接下來，我會將這個簡單的公式稱為Ou 規則。How Many Confs?圖片描述

現在我們已經列舉了兩個最關鍵的結算相關的變量，讓我們來進行一些計算並比較一下這些主流的PoW 網絡。

圖片描述

毋庸置疑，比特幣是迄今為止結算最快的區塊鏈（僅考慮這兩個變量而言，且不考慮其他不太主流的區塊鏈）。在許多區塊鏈上，即使是100 萬美元的收款交易，也可能非常緩慢。除了比特幣，以太坊和萊特幣之外，其他的分佈式賬本們都需要花費至少一天的時間（在這些例子中我不包括Ripple 和Stellar，因為它們並沒有實際意義上的分佈式驗證）。較小的鏈們則根本沒有足夠的礦工獎勵來讓結算能夠在合理的時間內被完成。

提供了部分該表的動態的更新版本。

這也是一個關於比特幣如何抵制被模仿的有趣案例研究。你可以創建一些看起來與比特幣類似的東西，但是你無法複製基於記賬成本產生的結算保證。礦工們遵從現實的經濟情況，他們不會被哄騙去支持一個不能很好地為他們提供收入的協議。事實上，正如我們將要了解的那樣，由於第三個變量的存在，BCH 和BSV 的表現甚至比這個表展示的更加糟糕。

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壟斷其哈希函數

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到目前為止，我還沒有提到第三個關鍵變量，它將直接影響某個區塊鏈的結算保證：即它是否對能夠進行其哈希計算的硬件具有壟斷性。正如我上面所提到的那樣，BCH 和BSV 相對於比特幣來說處於一個巨大的劣勢，因為它們只擁有所有SHA-256 ASIC 的一小部分。這意味著，即使是一個中型或小型的比特幣礦池，也有可能會暫時將其算力指向比特幣的較小分叉之一，並且隨心所欲的對它進行51％攻擊。

-礦工收入的相對份額，BTC（橙色）、BCH（綠色）、BSV（紅色），來源：Coinmetrics.io-

這些區塊鏈尚未受到攻擊的事實並不能成為其安全性的證據。可能的情況是，比特幣上沒有礦工願意惡意騷擾今天的少數派，但是僅僅依賴於礦工的善意會導致其擁有一個極其脆弱的安全模型。由於這種風險始終存在，因此可以認為，無論確認數量多少，這些區塊鏈都不會產生有效的交易結算。這是因為，例如，在比特幣上就有著足夠的礦池，可以輕鬆的對BSV 進行一次深度為100 多的區塊重組。

在這個例子中，即使區塊鏈B 擁有更多的記賬成本，我仍然將假設區塊鏈A 的安全性低於B，因為理論上找到足夠的硬件來攻擊A 將會更加容易。

所以我考慮認定這個變量是一個布爾值：即該區塊鍊是否是其哈希函數的算力的壟斷者。如果它很不幸的與眾多其他區塊鏈共享挖礦硬件，並且只擁有很少一部分的礦機的支持，那它很可能從根本上來說就是不安全的。但很難確定它究竟有多不安全，攻擊的風險將取決於攻擊者聚集足夠的電力和硬件的能力。

不太可量化的結算變量

上面所涉及的三個變量並非詳盡無遺，它們只是最容易量化的變量而已。有了這些變量，你可能就已經可以建立一個比今天許多交易所使用的更好的模型。但仍有許多因素需要考慮。

逆轉交易的收益：金手指攻擊

金手指攻擊的名字取自邦德電影，電影中的惡棍計劃輻射諾克斯堡的所有金幣來使他自己所擁有的金幣更值錢。這個名詞用來描述一些攻擊者受到一些協議之外的激勵的這類攻擊。 Joseph Bonneau 更科學地將其描述為「攻擊者有著破壞共識過程的外在動機」的攻擊。

這種攻擊的風險幾乎無法量化，因為攻擊者有各種不同的動機，並且往往不是先驗的（在攻擊之前透露）。在這裡，我將進一步給出兩個例子，它們會讓逆轉交易的收益率會急劇增加，並且使得結算保證變得不那麼確定。

上層過重

這是指在一些基礎層協議之上創建大量價值很高的資產作為Token 的情況，例如比特幣上的Omni 資產或以太坊上的ERC20 資產。由於這些Token 的安全性來源於其Layer 1 並且完全依賴於Layer 1 來運轉，因此它們在Layer 1 上會很容易受到攻擊。

隨著底層協議的攻擊成本和上層資產價值這兩者之間的不對稱性的日漸凸顯，上層過重的問題也會開始顯現出來。當這種不對稱性變得足夠大，攻擊者可能會尋求機會做空在上層的某些資產並同時攻擊底層協議，挖取空塊並對相關Token 進行DOS 攻擊，或者進行重組和混淆。

現實世界中是有著有關上層過重問題的後果的例子的。最近已經有攻擊者嘗試了一些方法可以用來攻擊BitMEX 上的衍生品的參考價格。由於BitMEX （上層）的抵押品和底層參考市場（底層）之間存在很大的不對稱性，因此可以通過在Bitstamp 上傾銷現貨，使BitMEX 上的保證金頭寸被清算，並以此獲利。（譯者註：即在BitMEX 上開100 倍的空單，然後在Bitstamp 上砸現貨，以此在BitMEX 上獲利）

有流動性的衍生品市場

這個就比較直觀了。衍生品，特別是期權，使金融市場參與者能夠獲得槓桿並放大他們的回報，即使底層證券僅有小幅波動也是如此。在上層過重的問題下，當實施攻擊的成本與攻擊的收益之間存在顯著的不對稱時，區塊鏈金融的風險就會出現。

當然，這裡的一個平衡因素是，如果交易所懷疑某交易的交易者在與攻擊者協助共同幹擾區塊鏈，那麼他們可能不願意輕易的去冒險縱容這筆交易。

硬件相關的考慮

之前提到的關於挖礦專用硬件的討論也已經充分的說明了GPU 挖礦的幣是不可能成為硬件上的壟斷者的，這是因為世界上有著足夠多的GPU （得益於遊戲和一些其他非加密貨幣的應用）。我在此不會特別強調這一點，因為David Vorick 已經清楚地闡明了為什麼GPU 挖礦的區塊鏈基本都會面臨風險，以及為什麼設置長期激勵（以ASIC 形式）是如此重要。

案例研究：Kraken 的交易確認要求

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令人驚訝的是，即使對於交易所來說，這類交易結算規則制定上的失誤會讓他們產生較大的損失。但從我與他們的談話中來看，他們好像對於交易確認的相關機制並不怎麼關心。我沒有找到很多的關於交易所在交易被結算前需要等待多少個確認的相關信息。但還好Kraken 將他們的標準公開了出來。

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-數據機構Coin Metrics 預測的交易所Kraken 處理各幣種存款的確認時間-

我的猜想是也許六次確認對於比特幣來說有些太多了，而Kraken 對其他鏈的較少結算要求其實會更加合理。但不管怎麼說，控制了記賬成本這個變量了之後得到的這個結果還是有點搞笑的。比如如果QTUM 與比特幣採用同樣的評價標準，則需要67,000 個區塊確認才行，這相當於115 天的等待時間。（QTUM 可能會有一些其他我不太熟悉的結算模式，我這裡的數字僅僅是根據它給區塊驗證人支付的錢數所計算出來的）。

當然這僅僅是該模型的一個非常簡單的實現。一個更加複雜的版本應該包含對於「非壟斷鍊」的高安全要求，GPU 挖礦的幣以及接收金額較大的交易等等。我會建議像Kraken 這樣還沒有開始系統性的考慮交易結算準則的交易所們做出一些改變。但無論選擇怎樣的標準，它們都應該會對比特幣要求更少的交易確認數量，而對其餘更小的鏈要求更多的交易數量。

一些關鍵點

1. 出塊間隔是變動的，但變化很小

出塊間隔減短唯一會影響的事情，就是交易獲得其首次確認的時間。如果你並不那麼有耐心，你可能會更喜歡2.5 分鐘的出塊間隔，但這並不代表交易的結算更快。作為一個幣的發行數量和單價的函數，記賬成本始終還是按照那個速度在累積。

對於一些小額交易來說，第一次確認確實有點用，因為只有當你的交易被包含在了一個區塊中被挖出後，才能被後續區塊壓在身下。而且較小的出塊間隔可以減少每日增發量的浮動。但除此之外，出塊間隔可以是完全任意的。對於結算來說，每單位時間的安全支出才是除了記賬成本質量之外的關鍵問題。較小的出塊間隔只是把安全性累積的過程的顆粒度分割的更小而已。它並不會讓結算完成更快。

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2. 要么是比特幣提供的安全性過多了，要么是其他區塊鏈正處於危險之中

這是能從本文的各種比較之中能看出的最明顯的結論了。如果你只是按照每單位時間支付給交易選擇者們（礦工或區塊驗證者）的薪水來衡量區塊鏈安全性的話，那麼在大多數情況下，它們與比特幣相比是非常脆弱的。這從這張圖表就能看的出來。除了比特幣，以太坊和萊特幣，圖表上幾乎看不清其他任何鏈。這是因為他們的在安全性方面的支出實在是太少了。

圖片描述

-各幣種礦機每日美元收入（7 日移動平均線），來源：Coin Metrics-

當然這不一定是致命的。也有可能是比特幣在安全方面的支出有點過多了，工作量證明機制比我們想像的「還好」。這實際上是我目前的看法，考慮到目前的區塊獎勵和高幣價，比特幣也許在安全性方面的支出有些「過量」了。但這的確讓它被包裹在了一個溫暖的毯子裡，讓它在進入它的青年時期時有一個很好的保護。

所以對於較小的區塊鏈來說，這些數據不一定代表了末日降臨。畢竟，儘管Satoshi 制定了六塊法則，但對於大多數交易來說，1 個或2 個塊就已經足夠了。這將減輕那些試圖趕上比特幣的安全支出的區塊鏈的重負荷。

3. 結算始終是概率性的

我承讓每當新的區塊鏈吹噓他們交易「絕對最終性」的時候我都會稍微懟那麼一下。真正能夠獲得交易最終性的方法是讓某個組織進行交易擔保並有效的支持交易。但是當這種情況發生時，那些希望交易回滾的主權機構（比如當他們懷疑其中涉及犯罪活動時）通常都會要求該擔保組織對交易進行回滾，在看起來已經達到的最終態上戳一個洞出來。

根據EOS Network Monitor 顯示，目前的LIB 區塊前面有330 個區塊, 相當於大概2 分40 秒。這表示EOS 所聲稱的結算時間非常短。

但這裡有一個問題。 EOS （曾經？）有一個這樣的政府流程：個人可以通過該流程向「EOS 核心仲裁委員會（ECAF）」申請凍結或者返還被偷的幣。這個流程可以有效的逆轉很久以前就被結算了的交易。這樣的交易逆轉在2018 年6 月的時候曾發生過一批。由於當時只有21 個實體（出塊人）負責處理交易，並且他們都有可被追責的領導人，所以這個流程在當時是可能的。

相比之下，其他的區塊鏈通過對其設計的含糊其辭，或者是一些不透明的最終性機制，來將其安全模型隱藏在其複雜性之下。比如Verge 在它的工作量證明機制中集成的五種哈希函數就成了壓死駱駝的最後一根稻草。一個攻擊者發現可以通過針對其中的一個哈希函數「定時攻擊」進行來將挖礦難度降低到1。相比於為系統提供更高的安全性，引入的複雜性反而為系統帶來更多的攻擊面。