最重鏈規則的優勢與隱患-ODAILY_比特幣

編者按：本文來自Conflux中文社區，作者楊光，Odaily星球日報經授權轉載。

本期，我們來聊聊最重鏈規則。

在上一期，我們提到，最長鏈規則對孤塊的出現頻率非常敏感，具體文章可見：Conflux為什么沒有選擇比特幣所采用的最長鏈規則？。

每次誠實節點生成一個“孤塊”，就意味著誠實節點付出了算力，但沒能成功地將鏈的長度增加一，也就沒有為系統的安全性做出貢獻。

如果孤塊出現過于頻繁，最長鏈增長的速率就會降低。

一旦這個速率低于攻擊者生成區塊的速率，攻擊者就可以從任意早的地方發起攻擊，最終追上最長鏈，從而改寫區塊鏈上的歷史。

Dragonfly創始人馮波：DeFi將成為未來人類文明最重要的金融手段:4月12日消息，在 2023 香港 Web3 嘉年華的 Web1 到 Web3 的進化圓桌討論中，Dragonfly 創始人馮波發言表示，現在仍處于 Web3 發展的早期階段，最好的應用是比特幣和以太坊。一旦 DeFi 用起來像微波爐和冰箱一樣方便，將會成為未來人類文明最重要的金融手段，我們正在經歷人類文明的巨大進步。[2023/4/12 13:59:24]

最重鏈規則在設計的時候，刻意削弱了“孤塊”的影響。

在最重鏈規則下，如果從某一時刻開始，所有誠實者生成的區塊都將一個區塊A作為自己的祖先。

也就是說，這些新區塊都在以區塊A為根節點的子樹中。那么，無論這些新生成的塊中有多少“孤塊”，區塊A的子樹權重增長的速率都不會打折扣。

BitMEX創始人：美聯儲緊急貸款計劃是自COVID以來最重要的金融事件:3月16日消息，BitMEX創始人Arthur Hayes在社交媒體發文表示，我會發表關于BTFP紓困計劃的看法。在我看來，這是自COVID以來最重要的金融事件。如果你能正確交易，你將為自己準備一個非常有利可圖的Crypto牛市。

此前報道，3月13日，美聯儲宣布將向符合條件的儲蓄機構提供額外資金，以確保銀行有能力滿足所有儲戶的需求。這些資金將通過新設立的、簡稱BTFP的銀行定期融資計劃提供，最長可提供一年。摩根大通今日表示，美聯儲的緊急貸款計劃可能會向美國銀行系統注入多達2萬億美元的資金，并緩解流動性危機。[2023/3/16 13:08:10]

對于區塊A所有兄弟區塊，只要攻擊者的總算力低于誠實者的總算力，那么無論攻擊者做什么，它的子樹權重增長速率都很難趕上子樹A的權重增長速率。最終攻擊者沒有能力改變“區塊A打敗了它的所有兄弟”這一事實。

央行行長易綱：隱私保護是央行數字貨幣最重視的問題之一:10月31日消息，央行行長易綱參加“2022年香港金融科技周”活動時表示，隱私保護是央行數字貨幣最重視的問題之一。易綱提到，在設計數字人民幣時，央行通過“雙層運營”和“可控匿名”的方式，在保護個人隱私的同時維護金融安全。具體來說，在數字人民幣運營體系中，央行作為第一層，實施中心化管理，僅處理跨機構交易，不處理個人交易信息；指定運營機構作為第二層，按照“最小、必要”原則收集個人信息，面向公眾提供數字人民幣兌換流通服務。（央視新聞）[2022/10/31 12:01:07]

對于A的父親區塊、祖父區塊等等，類似的結論同樣成立。這樣，區塊A就成為了一個進入“最重鏈”的區塊，且這個事實無法被攻擊者逆轉。

澳本聰：比特幣系統里最重要一件事就是競爭:澳本聰（Craig Wright）近日撰文《運行比特幣節點的權利》（The Right to Run a Node），他指出「你無權運行比特幣節點」和「你有權嘗試運行比特幣節點」不是同一回事，這就像在一個社會中每個人都擁有追求幸福的權利，但你并不一定能獲得幸福。雖然這種所謂「平等崇拜」的神話讓每個人都感覺良好，但卻貶低實際成就，企圖讓失敗者、或產生更少價值的人自我膨脹。

澳本聰指出，比特幣是按照資本主義規則和激勵機制設計的，這套系統里最重要一件事就是競爭，運行比特幣協議軟件并保持完整區塊鏈記錄的ASIC礦工只有靠競爭才能創建區塊，他進一步表示：“比特幣節點必須要具有競爭力，因為沒有競爭，人們就沒有動機投資比特幣系統。比特幣網絡上的任何節點都可以被替換，換句話說，就算你今天是頭部公司，并不意味著你明天仍會是頭部公司。”（coingeek）[2020/6/8]

從以上分析可以看出，最重鏈規則完全不關心新生成的區塊中有多少孤塊，并具有這樣的性質：“無論出塊速度多快，最重鏈規則的攻擊閾值都是>50%”。

允許出塊速度任意快，配合“樹圖結構”，可以將TPS提高到非常高。

但這次我們不想再重復強調TPS了，我們來談點新鮮的——交易確認時間。

出塊速度和交易確認時間有什么關聯呢？讓我們從一個簡單的概率實驗談起。

如果你有一枚硬幣，但是這枚硬幣不均勻，它有2/3的概率拋出正面，1/3的概率拋出反面，但是每次拋出的結果是相互獨立的。

如果某個時刻，你已經拋出的正面總數比拋出的反面總數多了21個，那么根據概率論的知識，即便你繼續拋下去，有超過99.9999%的概率，拋出正面的總數永遠比反面多。

這個結論不會因為拋擲硬幣次數多而改變——即便是一直拋到地老天荒，結論都是一樣的。有興趣的讀者可以自己計算一下這個概率。

其實，交易確認與拋硬幣的例子非常相似：硬幣拋出正面對應著誠實節點生成了一個區塊，拋出反面對應著攻擊者生成了一個區塊。如果攻擊者和誠實節點生活在一個沒有網絡延遲的世界中，區塊A以多大概率被確認完全取決于：

區塊A的子樹權重-區塊A競爭兄弟的子樹權重

(更嚴格的說，在“最重鏈規則”里，對于區塊A到創世塊這條鏈上的每一個區塊，它和它的競爭兄弟的權重差值都會影響確認概率)

這個數值越大，意味著交易所在區塊相對于競爭區塊有更大的權重優勢，也就更不容易被攻擊者逆轉。

假設誠實節點新生成的區塊都在區塊A的子樹中，有33%活躍攻擊者，則無論在什么出塊速度下，上面說的權重優勢大于21都可以保證99.9999%概率不被逆轉。

而出塊速度越快，就可以在越短的時間內積累起足夠的子樹權重差值，也就意味著確認時間更短。

在有網絡延遲的世界里，網絡延遲會對上面這個規則有一些影響。在最差的情況下，攻擊者生成的區塊總能在第一時間傳遍全網，而誠實節點生成的區塊廣播時卻總是慢半拍。如果我們把這一因素考慮進去，上面的式子就會變成：

交易區塊的子樹權重?-競爭兄弟的子樹權重?-還沒有傳遍全網的區塊

在這種情況下，提高出塊速度依然有助于交易的確認。

以上僅僅是從直觀概念上解釋出塊速度和確認時間之間的關系，并非嚴格的數學推導與計算。包含確認時間和安全性的完整推導和證明的學術論文目前正在撰寫中，不日即將發布。

根據我們推導出的確認規則和所做的實驗，在出塊速度為4區塊/秒時，Conflux可以在30秒之內得到等同于比特幣6個確認塊的安全性！

雖然這只是實驗環境下測得的結果，但是依然展示了將PoW鏈確認時間壓縮進一分鐘內的可行性。

不過，在區塊鏈運行的過程中，實際情況往往比理想情況要復雜得多。

在前面的討論中，我們實際上假設了誠實節點新生成的區塊都在區塊A的子樹中。我們暫且稱這樣一個被所有誠實節點都承認在主鏈上的區塊A是他們的公共祖先。

根據我們的實驗結果，在沒有攻擊的情況下，主鏈上的區塊確實很快都會成為公共祖先，然后就可以應用確認規則判斷交易的安全性。

但是，目前沒有任何一項研究表明主鏈上的所有區塊都一定會成為公共祖先。

而這個“不確定”的背后，就藏著最重鏈規則無法回避的隱患。

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