比特币十周年刊:致敬信仰,致敬比特币!!

雷神  2018-10-30  比特币/比特币(BitCoin)栏目  

  2008年10月31日至2018年10月31日比特币历经了整整十年

  期间有过低谷,有过彷徨,有过十年的巅峰,但它始终是一些先行者,信仰者,探索者心中的一盏火光,或许会摇曳 但始终不灭!!

  矿工的信仰,极客的信仰,想改变世界的人们的信仰!!

  比特币是站在了学术研究的肩膀上,中本聪的创新在于综合了这些技术细节。对于数字现金面临的信任问题、金融交易的双花问题、工作量分配以及激励都形成了较为优秀的解决方案。

  故事开始于一场实验开始于1983年

  1983年David Chaum发明了数字现金(digital cash),但从David Chaum开始,数十年来数字现金(digital cash)并未获得商业上的成功。在数字现金的使用场景中,需要同货币一样,有具备信任背书能力的第三方机构为其背书。比特币的出现,具备了不需要第三方机构提供信任背书的能力,数字现金的理念终得以实践。

  比特币的数据结构借用了总账本概念,目标是设计一个安全便捷的资金系统。还在总账本的概念中融合了链式时间戳、工作量证明及拜占庭容错等,这三项分别来源于1990年到1997年间Stuart Haber和Scott Stornetta撰写的论文、1992年Cynthia Dwork和Moni Naor提出的邮件防攻击方式和1999年Miguel Castro和Barbara Liskov发表的PBFT论文。

  在比特币未出现的几十年中,这些边边角角的技术论证和研究只存在于某些学者的学术研究中,未能发挥出应用的最大价值,尤其是每一个技术点需要很严格意义的环境才具备价值,例如,工作量证明,在仅应用在防止邮件攻击过程中,并未能发挥出在安全、激励、共识等问题上的巨大作用,但通过比特币在密码学、货币原理和工作量证明的结合下,比特币的作用开始了巨大的展现。

在比特币中,计算“随机值”成为获取比特币世界中“货币”的方式,而计算的算力则用来保护总账本。计算的工作则由矿工来完成的,矿工们需要不断地相互竞争,寻找下一个“随机值”。

  每个矿工都要求计算随机值,而成功计算的几率并非恒定的同时也与矿工控制的全球采矿能力的一部分成正比。通过算力的计算可以确认下一笔交易区块的产生和确认,成功打包下一个区块的矿工将会获得一个新挖到货币的一份奖励。如果一名矿工贡献了一个无效的区块或交易,将会被大多数其他贡献下一区块的矿工拒绝,从而使无效区块的奖励失效。这样,利用挖矿奖励的激励,确保矿工们彼此都遵循同样的协议。

  安全的总账本防止双花问题,得以确保货币有价值。有价值的货币可以奖励矿工,矿工利用算力保证挖矿的强度保证总账本的安全。比特币是自治的,在总账本,货币,矿工这三个角色之间形成了生态中的闭环关系。

  显然,中本聪这样的设计是成功的,至少在分布式的初期是成功的。

  矿工的信仰

  在比特币白皮书发布的3个月后,中本聪挖出了创世区块,时间是2009年1月12日,同是这一天,中本聪将10枚比特币发送给开发者、密码学活动分子哈尔·芬尼。这是比特币历史上的第一笔交易。随后,越来越多的矿工开始参与到比特币的挖矿、投资、以及社区建设中。

  在比特币白皮书中介绍到,当比特币区块的确认数量增加越多时,挖矿难度将增加。2009年12月30日,比特币挖矿难度首次增加,由1增长至1.182。在过去的一年中,比特币价格迎来了稳健增长,在10月5日至10月13日仅仅一周时间内,比特币价格涨幅为20%。

  一年后,比特币价格开始了巨大涨幅,价格增长的背后,是挖矿难度等综合因素的结果,这一次涨幅后,普遍的CPU挖矿开始转变为GPU挖矿。

  在比特币飞快发展的第一年中,不断的攻击行为试图攻击比特币网络,最严重的一次攻击发生2010年8月15日,在区块74638中包含一个交易记录,该记录为两个不同的地址创建了超过1840亿比特币,也就是说在比特币生态中一次性增发的1840亿枚比特币,这是严重的通货膨胀。

  相关的记录显示,是因为用交易打包确认的代码设计并未考虑到在计算值非常巨大时存在求和溢出的漏洞。比特币社区为此对比特币协议进行了更新。更新区块链将会导致分叉,虽然许多未修补的节点继续建立在“坏”区块链上,但幸运的是“好”区块链在块高度74691上高于了出错的区块,这一次的漏洞安然度过。

  2010年12月16日 比特币矿池出现,标志着采矿成为一项团队运动,一群矿工于2010年12月16日一起在slush矿池挖出了它的第一个区块。根据其所贡献的工作量,每位矿工都获得了相应的报酬。此后的两个月间,slush矿池的算力从1400 Mhash/s增长到了60Ghash/s。

  就这样,挖矿行业逐渐发展起来,比特币的挖矿难度仍在不断增加,时间推进到2012年11月,区块奖励首次减半,比特币挖矿的奖励从之前的每10分钟50枚比特币减至25枚比特币,区块#210000是首个奖励减半的区块。

  按进度计算的话,2016年7月20日为比特币奖励二次减半,第420000个比特币区块被开采完毕,区块奖励降至12.5比特币。接下来的奖励减半将发生在第630000个区块,时间约为4年之后的2020年。

  比特币的挖矿进度已经超过了BTC正常的生态成长预期,这样的增长速度意味着比特币的开始是成功的,但同时也会快速暴露出比特币的不足。

  随着区块奖励的减半和挖矿难度的增加,关于比特币限制性的问题开始进入开发者的视野,实际上,在比特币白皮书发布后,中本聪随即在比特币社区中指出,在比特币的发展中,扩容必然会成为一个主要的问题。

  在当时,平均被打包的区块大小为 1-2KB,如果将区块链上限设定过高容易造成计算资源的浪费,还容易发生 DDOS 攻击。因此,为了保证比特币系统的安全和稳定,区块大小限制在 1MB。如果按照每笔交易占 250B,平均每十分钟产生一个区块的速度计算,比特币网络理论上每秒最多可以处理 7 笔交易。

  那时比特币的用户数量少,交易量也没有那么大,这个交易速度并不会造成区块链网络的拥堵。2013 年后半年,比特币价格直线飙升,用户体量越来越大,因为了交易确认,手续费越高交易更优先确认,因此,比特币网络拥堵导致的交易费用上升的问题才涌现出来。但针对扩容问题仍旧未有明确的指示性动作,2015年,比特币通过社区共识调整的方式才开始对扩容方案进行讨论和确认,这也成为这一年最重要的社区动作。

  从2015年开始,从具体的扩容方案到共识会议,大约进行了10次相应的商议和调整:

  2015年6月,Bitcoin core开发者Jeff Garzik提出BIP100,他建议移除 1MB 区块上限,上限为32MB,在这个基础上增加一个浮动的块大小限制,矿工们通过代码来投票决定区块的大小。该方案需连续 12000个区块中90%的矿工投票同意即可激活。

  同是6月,由前 bitcoin core 首席开发员兼比特币基金首席科学家 Gavin Andresen 提BIP101,他建议将区块的初始大小设为 8MB,之后随时间变化而线性改变区块大小。起始时间戳为 2016-01-11 00:00:00 UTC(1452470400),每63,072,000秒(2年) 增大一次区块,直到2036-01-06 00:00 UTC(2083190400),区块最大可增加到8,192MB。该协议的激活方式是,在主链中连续 1000个区块中有750块使用 BIP101规定的版本号(0x20000007)。执行方案的名称为Bitcoin XT,但并未在社区中通过。

  随后Jeff Garzik 又提出了BIP102,建议一次性将区块扩大到 2MB,只要主链中有超过 95%的区块表示支持该协议就能够被激活。

  2015年7月21日,bitcoin core开发者,Blockstream 联合创始人Pieter Wuille 提出BIP103,他的建议与之前的固定扩容大小不同,他建议将区块上限设为最近11个区块大小的中位数,或者利用代码来控制区块的大小,从2017年1月到2063年7月,每97天调整一次,幅度不超过 4.4%。

  2015年8月21,由 bitcoin core 开发员 BtcDrak 提出BIP105中,则更为复杂,他建议区块以现有1MB为起点,矿工每创建一个块他们通过投票决定增加或者减少这个块的大小,最大幅度是当前区块的 10%。期望增加区块大小的矿工投票时需要额外提高挖矿的难度。

  在下一个BIP106中,开发者 Upal Chakraborty 建议,每2000个区块为周期动态调整大小。如果90%的区块达到了上限的90%, 区块体积扩大两倍,如果90%的区块小于上限的 50%, 则区块体积减半。

  以上的调整都在于调整储存区块的内存大小,而在2015年12月,Ciphrex 联合创始人兼首席技术官Eric Lombrozo、比特币技术爱好者 Johnson Lau、BlockStream联合创始人 Pieter Wuille 一起提出BIP141,在普通的交易确认中,交易数据和验证人的签名是共同被传递储存的,他们建议移除比特币交易过程中的签名字段,将交易和签名分离开,仅储存交易数据或签名验证数据使用了减小储存物大小的方法。这一方式被称为隔离验证,目前隔离认证(segwit) 闪电网络的解决方案在区块链扩容中应用广泛。

  除以上几个协议外Blockstream还提出过通过开发侧链扩容的方法。在整个讨论拓容的过程中,我们发现,主要是对区块大小做出改变或在技术结构上做出改变。这正是扩容主导的社区支持者所争论的部分。

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作者:雷神
来源:星际闪电

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