区块链使用率怎么算(区块链的性能)

区块链能看到换手率吗

可以识别。

换手率：换手率是指单位时间内，某一币种累计成交量与可交易量之间的比率。换手率的数值越大，不仅说明交易的活跃，还表明交易者之间换手的充分程度。按时间参数的不同，在使用上又划分为日换手率、周换手率或特定时间区的日均换手率等等。很高的成交量，并不意味着很高的换手率。比特币和高价币种很容易出现较高的成交量，但考量其交投活跃度则需要借助换手率来进行判断，这就是换手率分析的重要意义。

BTC使用率有多高？

区块链的数据显示，比特币区块链网络的独立地址数量在68.7万个左右，比特币区块链网络上独立地址的数量与2018年比特币从创纪录高位暴跌后的水平相比，现阶段比特币的用户活动出现了显著增长。比特币正在发展成为一种公认的价值储存手段和潜在的通胀对冲工具。

当前，比特币的市值仍保持在2000亿美元左右。相比之下，作为最主要的避险资产，黄金的估值仍在9万亿美元以上。

深入了解区块链的共识机制及算法原理

所谓“共识机制”，是通过特殊节点的投票，在很短的时间内完成对交易的验证和确认；对一笔交易，如果利益不相干的若干个节点能够达成共识，我们就可以认为全网对此也能够达成共识。再通俗一点来讲，如果中国一名微博大V、美国一名虚拟币玩家、一名非洲留学生和一名欧洲旅行者互不相识，但他们都一致认为你是个好人，那么基本上就可以断定你这人还不坏。

要想整个区块链网络节点维持一份相同的数据，同时保证每个参与者的公平性，整个体系的所有参与者必须要有统一的协议，也就是我们这里要将的共识算法。比特币所有的节点都遵循统一的协议规范。协议规范（共识算法）由相关的共识规则组成，这些规则可以分为两个大的核心：工作量证明与最长链机制。所有规则（共识）的最终体现就是比特币的最长链。共识算法的目的就是保证比特币不停地在最长链条上运转，从而保证整个记账系统的一致性和可靠性。

区块链中的用户进行交易时不需要考虑对方的信用、不需要信任对方，也无需一个可信的中介机构或中央机构，只需要依据区块链协议即可实现交易。这种不需要可信第三方中介就可以顺利交易的前提是区块链的共识机制，即在互不了解、信任的市场环境中，参与交易的各节点出于对自身利益考虑，没有任何违规作弊的动机、行为，因此各节点会主动自觉遵守预先设定的规则，来判断每一笔交易的真实性和可靠性，并将检验通过的记录写入到区块链中。各节点的利益各不相同，逻辑上将它们没有合谋欺骗作弊的动机产生，而当网络中有的节点拥有公共信誉时，这一点尤为明显。区块链技术运用基于数学原理的共识算法，在节点之间建立“信任”网络，利用技术手段从而实现一种创新式的信用网络。

目前区款连行业内主流的共识算法机制包含：工作量证明机制、权益证明机制、股份授权证明机制和Pool验证池这四大类。

工作量证明机制即对于工作量的证明，是生成要加入到区块链中的一笔新的交易信息(即新区块)时必须满足的要求。在基于工作量证明机制构建的区块链网络中，节点通过计算随机哈希散列的数值解争夺记账权，求得正确的数值解以生成区块的能力是节点算力的具体表现。工作量证明机制具有完全去中心化的优点，在以工作量证明机制为共识的区块链中，节点可以自由进出。大家所熟知的比特币网络就应用工作量证明机制来生产新的货币。然而，由于工作量证明机制在比特币网络中的应用已经吸引了全球计算机大部分的算力，其他想尝试使用该机制的区块链应用很难获得同样规模的算力来维持自身的安全。同时，基于工作量证明机制的挖矿行为还造成了大量的资源浪费，达成共识所需要的周期也较长，因此该机制并不适合商业应用。

2012年，化名Sunny King的网友推出了Peercoin，该加密电子货币采用工作量证明机制发行新币，采用权益证明机制维护网络安全，这是权益证明机制在加密电子货币中的首次应用。与要求证明人执行一定量的计算工作不同，权益证明要求证明人提供一定数量加密货币的所有权即可。权益证明机制的运作方式是，当创造一个新区块时，矿工需要创建一个“币权”交易，交易会按照预先设定的比例把一些币发送给矿工本身。权益证明机制根据每个节点拥有代币的比例和时间，依据算法等比例地降低节点的挖矿难度，从而加快了寻找随机数的速度。这种共识机制可以缩短达成共识所需的时间，但本质上仍然需要网络中的节点进行挖矿运算。因此，PoS机制并没有从根本上解决PoW机制难以应用于商业领域的问题。

股份授权证明机制是一种新的保障网络安全的共识机制。它在尝试解决传统的PoW机制和PoS机制问题的同时，还能通过实施科技式的民主抵消中心化所带来的负面效应。

股份授权证明机制与董事会投票类似，该机制拥有一个内置的实时股权人投票系统，就像系统随时都在召开一个永不散场的股东大会，所有股东都在这里投票决定公司决策。基于DPoS机制建立的区块链的去中心化依赖于一定数量的代表，而非全体用户。在这样的区块链中，全体节点投票选举出一定数量的节点代表，由他们来代理全体节点确认区块、维持系统有序运行。同时，区块链中的全体节点具有随时罢免和任命代表的权力。如果必要，全体节点可以通过投票让现任节点代表失去代表资格，重新选举新的代表，实现实时的民主。

股份授权证明机制可以大大缩小参与验证和记账节点的数量，从而达到秒级的共识验证。然而，该共识机制仍然不能完美解决区块链在商业中的应用问题，因为该共识机制无法摆脱对于代币的依赖，而在很多商业应用中并不需要代币的存在。

Pool验证池基于传统的分布式一致性技术建立，并辅之以数据验证机制，是目前区块链中广泛使用的一种共识机制。

Pool验证池不需要依赖代币就可以工作，在成熟的分布式一致性算法(Pasox、Raft)基础之上，可以实现秒级共识验证，更适合有多方参与的多中心商业模式。不过，Pool验证池也存在一些不足，例如该共识机制能够实现的分布式程度不如PoW机制等

这里主要讲解区块链工作量证明机制的一些算法原理以及比特币网络是如何证明自己的工作量的，希望大家能够对共识算法有一个基本的认识。

工作量证明系统的主要特征是客户端要做一定难度的工作来得到一个结果，验证方则很容易通过结果来检查客户端是不是做了相应的工作。这种方案的一个核心特征是不对称性：工作对于请求方是适中中的，对于验证方是易于验证的。它与验证码不同，验证码是易于被人类解决而不是易于被计算机解决。

下图所示的为工作量证明流程。

举个例子，给个一个基本的字符创“hello，world！”，我们给出的工作量要求是，可以在这个字符创后面添加一个叫做nonce（随机数）的整数值，对变更后（添加nonce）的字符创进行SHA-256运算，如果得到的结果（一十六进制的形式表示）以“0000”开头的，则验证通过。为了达到这个工作量证明的目标，需要不停地递增nonce值，对得到的字符创进行SHA-256哈希运算。按照这个规则，需要经过4251次运算，才能找到前导为4个0的哈希散列。

通过这个示例我们对工作量证明机制有了一个初步的理解。有人或许认为如果工作量证明只是这样一个过程，那是不是只要记住nonce为4521使计算能通过验证就行了，当然不是了，这只是一个例子。

下面我们将输入简单的变更为”Hello,World!+整数值”，整数值取1~1000，也就是说将输入变成一个1~1000的数组：Hello,World!1；Hello,World!2；...；Hello,World!1000。然后对数组中的每一个输入依次进行上面的工作量证明—找到前导为4个0的哈希散列。

由于哈希值伪随机的特性，根据概率论的相关知识容易计算出，预计要进行2的16次方次数的尝试，才能得到前导为4个0的哈希散列。而统计一下刚刚进行的1000次计算的实际结果会发现，进行计算的平均次数为66958次，十分接近2的16次方（65536）。在这个例子中，数学期望的计算次数实际就是要求的“工作量”，重复进行多次的工作量证明会是一个符合统计学规律的概率事件。

统计输入的字符创与得到对应目标结果实际使用的计算次数如下：

对于比特币网络中的任何节点，如果想生成一个新的区块加入到区块链中，则必须解决出比特币网络出的这道谜题。这道题的关键要素是工作量证明函数、区块及难度值。工作量证明函数是这道题的计算方法，区块是这道题的输入数据，难度值决定了解这道题的所需要的计算量。

比特币网络中使用的工作量证明函数正是上文提及的SHA-256。区块其实就是在工作量证明环节产生的。旷工通过不停地构造区块数据，检验每次计算出的结果是否满足要求的工作量，从而判断该区块是不是符合网络难度。区块头即比特币工作量证明函数的输入数据。

难度值是矿工们挖掘的重要参考指标，它决定了旷工需要经过多少次哈希运算才能产生一个合法的区块。比特币网络大约每10分钟生成一个区块，如果在不同的全网算力条件下，新区块的产生基本都保持这个速度，难度值必须根据全网算力的变化进行调整。总的原则即为无论挖矿能力如何，使得网络始终保持10分钟产生一个新区块。

难度值的调整是在每个完整节点中独立自动发生的。每隔2016个区块，所有节点都会按照统一的格式自动调整难度值，这个公式是由最新产生的2016个区块的花费时长与期望时长（按每10分钟产生一个取款，则期望时长为20160分钟）比较得出来的，根据实际时长一期望时长的比值进行调整。也就是说，如果区块产生的速度比10分钟快，则增加难度值；反正，则降低难度值。用公式来表达如下：

新难度值=旧难度值*（20160分钟/过去2016个区块花费时长）。

工作量证明需要有一个目标值。比特币工作量证明的目标值（Target）的计算公式如下：

目标值=最大目标值/难度值，其中最大目标值为一个恒定值0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF

目标值的大小与难度值成反比，比特币工作量证明的达成就是矿中计算出来的区块哈希值必须小于目标值。

我们也可以将比特币工作量的过程简单的理解成，通过不停变更区块头（即尝试不同nonce值）并将其作为输入，进行SHA-256哈希运算，找出一个有特定格式哈希值的过程（即要求有一定数量的前导0），而要求的前导0个数越多，难度越大。

可以把比特币将这道工作量证明谜题的步骤大致归纳如下：

该过程可以用下图表示：

比特币的工作量证明，就是我们俗称“挖矿”所做的主要工作。理解工作量证明机制，将为我们进一步理解比特币区块链的共识机制奠定基础。

区块链是什么？

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

区块链（Blockchain）是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性（防伪）和生成下一个区块。

含义

狭义来讲，区块链是一种按照时间顺序将数据区块以顺序相连的方式组合成的一种链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

区块链

广义来讲，区块链技术是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问的安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算方式。

基础架构模型

区块链基础架构模型

一般说来，区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。

区块链核心技术简介

区块链主要解决的交易的信任和安全问题，因此它针对这个问题提出了四个技术创新：

第一个叫分布式账本，就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。

跟传统的分布式存储有所不同，区块链的分布式存储的独特性主要体现在两个方面：一是区块链每个节点都按照块链式结构存储完整的数据，传统分布式存储一般是将数据按照一定的规则分成多份进行存储。二是区块链每个节点存储都是独立的、地位等同的，依靠共识机制保证存储的一致性，而传统分布式存储一般是通过中心节点往其他备份节点同步数据。

没有任何一个节点可以单独记录账本数据，从而避免了单一记账人被控制或者被贿赂而记假账的可能性。也由于记账节点足够多，理论上讲除非所有的节点被破坏，否则账目就不会丢失，从而保证了账目数据的安全性。

第二个叫做非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。

第三个叫做共识机制，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。

区块链的共识机制具备“少数服从多数”以及“人人平等”的特点，其中“少数服从多数”并不完全指节点个数，也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量。“人人平等”是当节点满足条件时，所有节点都有权优先提出共识结果、直接被其他节点认同后并最后有可能成为最终共识结果。

以比特币为例，采用的是工作量证明，只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下，才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候，这基本上不可能，从而杜绝了造假的可能。

最后一个技术特点叫智能合约，智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果说每个人的信息（包括医疗信息和风险发生的信息）都是真实可信的，那就很容易的在一些标准化的保险产品中，去进行自动化的理赔。

在保险公司的日常业务中，虽然交易不像银行和证券行业那样频繁，但是对可信数据的依赖是有增无减。因此，笔者认为利用区块链技术，从数据管理的角度切入，能够有效地帮助保险公司提高风险管理能力。具体来讲主要分投保人风险管理和保险公司的风险监督。

区块链的发展历程

区块链 – 原始区块链，是一种去中心化的数据库，它包含一张被称为区块的列表，有着持续增长并且排列整齐的记录。每个区块都包含一个时间戳和一个与前一区块的链接：设计区块链使得数据不可篡改 — 一旦记录下来，在一个区块中的数据将不可逆。

区块链的设计是一种保护措施，比如（应用于）高容错的分布式计算系统。区块链使混合一致性成为可能。这使区块链适合记录事件、标题、医疗记录和其他需要收录数据的活动、身份识别管理，交易流程管理和出处证明管理。区块链对于金融脱媒有巨大的潜能，对于引导全球贸易有着巨大的影响。

2008年由中本聪第一次提出了区块链的概念，在随后的几年中，成为了电子货币比特币的核心组成部分：作为所有交易的公共账簿。通过利用点对点网络和分布式时间戳服务器，区块链数据库能够进行自主管理。为比特币而发明的区块链使它成为第一个解决重复消费问题的数字货币。比特币的设计已经成为其他应用程序的灵感来源。

1991年，由Stuart Haber和W. Scott Stornetta第一次提出关于区块的加密保护链产品，随后分别由Ross J. Anderson与Bruce SchneierJohn Kelsey分别在在1996年和1998年发表。与此同时，Nick Szabo在1998年进行了电子货币分散化的机制研究，他称此为比特金。2000年，Stefan Konst发表了加密保护链的统一理论，并提出了一整套实施方案。

区块链格式作为一种使数据库安全而不需要行政机构的授信的解决方案首先被应用于比特币。2008年10月，在中本聪的原始论文中，“区块”和“链”这两个字是被分开使用的，而在被广泛使用时被合称为区块-链，到2016年才被变成一个词：“区块链”。在2014年8月，比特币的区块链文件大小达到了20千兆字节。

到2014年，“区块链2.0”成为一个关于去中心化区块链数据库的术语。对这个第二代可编程区块链，经济学家们认为它的成就是“它是一种编程语言，可以允许用户写出更精密和智能的协议，因此，当利润达到一定程度的时候，就能够从完成的货运订单或者共享证书的分红中获得收益”。区块链2.0技术跳过了交易和“价值交换中担任金钱和信息仲裁的中介机构”。它们被用来使人们远离全球化经济，使隐私得到保护，使人们“将掌握的信息兑换成货币”，并且有能力保证知识产权的所有者得到收益。第二代区块链技术使存储个人的“永久数字ID和形象”成为可能，并且对“潜在的社会财富分配”不平等提供解决方案。14 -15截至2016年，区块链2.0链下交易仍旧需要通过Oracle，使任何“基于时间或市场条件[确实需要]的外部数据或事件与区块链交互”。

在2016年，俄罗斯联邦中央证券所（NSD）宣布了一个基于区块链技术的试点项目。许多在音乐产业中具有监管权的机构开始利用区块链技术建立测试模型，用来征收版税和世界范围内的版权管理。2016年7月，IBM在新加坡开设了一个区块链创新研究中心。2016年11月，世界经济论坛的一个工作组举行会议，讨论了关于区块链政府治理模式的发展。据Accenture的一份关于创新理论发展的调查中显示，2016年区块链在经济领域获得的13.5%使用率，使其达到了早期开发阶段。在2016年，行业贸易组织共创了全球区块链论坛，这就是电子商业商会的前身。

该概念在中本聪的白皮书中提出，中本聪创造第一个区块，即“创世区块”。

2009年1月3日，比特币的创始人中本聪在创世区块里留下一句永不可修改的话：

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks（2009年1月3日，财政大臣正处于实施第二轮银行紧急援助的边缘）。”

当时正是英国的财政大臣达林被迫考虑第二次出手纾解银行危机的时刻，这句话是泰晤士报当天的头版文章标题。

区块链的时间戳服务和存在证明，第一个区块链产生的时间和当时正发生的事件被永久性的保留了下来。

比特币公司BTCC于2015年推出了一项服务“千年之链”即区块链刻字服务，就是采用的以上原理。用户可以将通过这项服务将文字刻在区块链上，永久保存。

数字货币的现状是百花齐放，列出一些常见的：bitcoin、litecoin、dogecoin、dashcoin，除了货币的应用之外，还有各种衍生应用，如Ethereum、Asch等底层应用开发平台以及NXT，SIA，比特股，MaidSafe，Ripple等行业应用。

2016年1月20日，中国人民银行数字货币研讨会宣布对数字货币研究取得阶段性成果。会议肯定了数字货币在降低传统货币发行等方面的价值，并表示央行在探索发行数字货币。中国人民银行数字货币研讨会的表达大大增强了数字货币行业信心。这是继2013年12月5日央行五部委发布关于防范比特币风险的通知之后，第一次对数字货币表示明确的态度。

可以用区块链的一些领域可以是：

▪ 智能合约

▪ 证券交易

▪ 电子商务

▪ 物联网

▪ 社交通讯

▪ 文件存储

▪ 存在性证明

▪ 身份验证

▪ 股权众筹

我们可以把区块链的发展类比互联网本身的发展，未来会在internet上形成一个比如叫做finance-internet的东西，而这个东西就是基于区块链，它的前驱就是bitcoin，即传统金融从私有链、行业链出发（局域网），bitcoin系列从公有链（广域网）出发，都表达了同一种概念——数字资产（DigitalAsset），最终向一个中间平衡点收敛。

区块链的进化方式是：

▪ 区块链1.0——数字货币

▪ 区块链2.0——数字资产与智能合约

▪ 区块链3.0——各种行业分布式应用落地

什么是区块链扩容?

普通用户能够运行节点对于区块链的去中心化至关重要

想象一下凌晨两点多，你接到了一个紧急呼叫，来自世界另一端帮你运行矿池 (质押池) 的人。从大约 14 分钟前开始，你的池子和其他几个人从链中分离了出来，而网络仍然维持着 79% 的算力。根据你的节点，多数链的区块是无效的。这时出现了余额错误：区块似乎错误地将 450 万枚额外代币分配给了一个未知地址。

一小时后，你和其他两个同样遭遇意外的小矿池参与者、一些区块浏览器和交易所方在一个聊天室中，看见有人贴出了一条推特的链接，开头写着“宣布新的链上可持续协议开发基金”。

到了早上，相关讨论广泛散布在推特以及一个不审查内容的社区论坛上。但那时 450 万枚代币中的很大一部分已经在链上转换为其他资产，并且进行了数十亿美元的 defi 交易。79％的共识节点，以及所有主要的区块链浏览器和轻钱包的端点都遵循了这条新链。也许新的开发者基金将为某些开发提供资金，或者也许所有这些都被领先的矿池、交易所及其裙带所吞并。但是无论结果如何，该基金实际上都成为了既成事实，普通用户无法反抗。

或许还有这么一部主题电影。或许会由 MolochDAO 或其他组织进行资助。

这种情形会发生在你的区块链中吗？你所在区块链社区的精英，包括矿池、区块浏览器和托管节点，可能协调得很好，他们很可能都在同一个 telegram 频道和微信群中。如果他们真的想出于利益突然对协议规则进行修改，那么他们可能具备这种能力。以太坊区块链在十小时内完全解决了共识失败，如果是只有一个客户端实现的区块链，并且只需要将代码更改部署到几十个节点，那么可以更快地协调客户端代码的更改。能够抵御这种社会性协作攻击的唯一可靠方式是“被动防御”，而这种力量来自去一个中心化的群体：用户。

想象一下，如果用户运行区块链的验证节点 (无论是直接验证还是其他间接技术)，并自动拒绝违反协议规则的区块，即使超过 90% 的矿工或质押者支持这些区块，故事会如何发展。

如果每个用户都运行一个验证节点，那么攻击很快就会失败：有些矿池和交易所会进行分叉，并且在整个过程中看起来很愚蠢。但是即使只有一些用户运行验证节点，攻击者也无法大获全胜。相反，攻击会导致混乱，不同用户会看到不同的区块链版本。最坏情况下，随之而来的市场恐慌和可能持续的链分叉将大幅减少攻击者的利润。对如此旷日持久的冲突进行应对的想法本身就可以阻止大多数攻击。

Hasu 关于这一点的看法：

“我们要明确一件事，我们之所以能够抵御恶意的协议更改，是因为拥有用户验证区块链的文化，而不是因为 PoW 或 PoS。”

假设你的社区有 37 个节点运行者，以及 80000 名被动监听者，对签名和区块头进行检查，那么攻击者就获胜了。如果每个人都运行节点的话，攻击者就会失败。我们不清楚针对协同攻击的启动群体免疫的确切阈值是多少，但有一点是绝对清楚的：好的节点越多，恶意的节点就越少，而且我们所需的数量肯定不止于几百几千个。

那么全节点工作的上限是什么？

为了使得有尽可能多的用户能够运行全节点，我们会将注意力集中在普通消费级硬件上。即使能够轻松购买到专用硬件，这能够降低一些全节点的门槛，但事实上对可扩展性的提升并不如我们想象的那般。

全节点处理大量交易的能力主要受限于三个方面：

算力：在保证安全的前提下，我们能划分多少 CPU 来运行节点？

带宽：基于当前的网络连接，一个区块能包含多少字节？

存储：我们能要求用户使用多大的空间来进行存储？此外，其读取速度应该达到多少？(即，HDD 足够吗？还是说我们需要 SSD？)

许多使用“简单”技术对区块链进行大幅扩容的错误看法都源自于对这些数字过于乐观的估计。我们可以依次来讨论这三个因素：

算力

错误答案：100% 的 CPU 应该用于区块验证

正确答案：约 5-10% 的 CPU 可以用于区块验证

限制之所以这么低的四个主要原因如下：

我们需要一个安全边界来覆盖 DoS 攻击的可能性 (攻击者利用代码弱点制造的交易需要比常规交易更长的处理时间)

节点需要在离线之后能够与区块链同步。如果我掉线一分钟，那我应该要能够在几秒钟之内完成同步

运行节点不应该很快地耗尽电池，也不应该拖慢其他应用的运行速度

节点也有其他非区块生产的工作要进行，大多数是验证以及对 p2p 网络中输入的交易和请求做出响应

请注意，直到最近大多数针对“为什么只需要 5-10%？”这一点的解释都侧重于另一个不同的问题：因为 PoW 出块时间不定，验证区块需要很长时间，会增加同时创建多个区块的风险。这个问题有很多修复方法，例如 Bitcoin NG，或使用 PoS 权益证明。但这些并没有解决其他四个问题，因此它们并没有如许多人所料在可扩展性方面获得巨大进展。

并行性也不是灵丹妙药。通常，即使是看似单线程区块链的客户端也已经并行化了：签名可以由一个线程验证，而执行由其他线程完成，并且有一个单独的线程在后台处理交易池逻辑。而且所有线程的使用率越接近 100%，运行节点的能源消耗就越多，针对 DoS 的安全系数就越低。

带宽

错误答案：如果没 2-3 秒都产生 10 MB 的区块，那么大多数用户的网络都大于 10 MB/秒，他们当然都能处理这些区块

正确答案：或许我们能在每 12 秒处理 1-5 MB 的区块，但这依然很难

如今，我们经常听到关于互联网连接可以提供多少带宽的广为传播的统计数据：100 Mbps 甚至 1 Gbps 的数字很常见。但是由于以下几个原因，宣称的带宽与预期实际带宽之间存在很大差异：

“Mbps”是指“每秒数百万 bits”；一个 bit 是一个字节的 1/8，因此我们需要将宣称的 bit 数除以 8 以获得字节数。

网络运营商，就像其他公司一样，经常编造谎言。

总是有多个应用使用同一个网络连接，所以节点无法独占整个带宽。

P2P 网络不可避免地会引入开销：节点通常最终会多次下载和重新上传同一个块 (更不用说交易在被打包进区块之前还要通过 mempool 进行广播)。

当 Starkware 在 2019 年进行一项实验时，他们在交易数据 gas 成本降低后首次发布了 500 kB 的区块，一些节点实际上无法处理这种大小的区块。处理大区块的能力已经并将持续得到改善。但是无论我们做什么，我们仍然无法获取以 MB/秒为单位的平均带宽，说服自己我们可以接受 1 秒的延迟，并且有能力处理那种大小的区块。

存储

错误答案：10 TB

正确答案：512 GB

正如大家可能猜到的，这里的主要论点与其他地方相同：理论与实践之间的差异。理论上，我们可以在亚马逊上购买 8 TB 固态驱动 (确实需要 SSD 或 NVME；HDD 对于区块链状态存储来说太慢了)。实际上，我用来写这篇博文的笔记本电脑有 512 GB，如果你让人们去购买硬件，许多人就会变得懒惰 (或者他们无法负担 800 美元的 8 TB SSD) 并使用中心化服务。即使可以将区块链装到某个存储设备上，大量活动也可以快速地耗尽磁盘并迫使你购入新磁盘。

一群区块链协议研究员对每个人的磁盘空间进行了调查。我知道样本量很小，但仍然...

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此外，存储大小决定了新节点能够上线并开始参与网络所需的时间。现有节点必须存储的任何数据都是新节点必须下载的数据。这个初始同步时间 (和带宽) 也是用户能够运行节点的主要障碍。在写这篇博文时，同步一个新的 geth 节点花了我大约 15 个小时。如果以太坊的使用量增加 10 倍，那么同步一个新的 geth 节点将至少需要一周时间，而且更有可能导致节点的互联网连接受到限制。这在攻击期间更为重要，当用户之前未运行节点时对攻击做出成功响应需要用户启用新节点。

交互效应

此外，这三类成本之间存在交互效应。由于数据库在内部使用树结构来存储和检索数据，因此从数据库中获取数据的成本随着数据库大小的对数而增加。事实上，因为顶级 (或前几级) 可以缓存在 RAM 中，所以磁盘访问成本与数据库大小成正比，是 RAM 中缓存数据大小的倍数。

不要从字面上理解这个图，不同的数据库以不同的方式工作，通常内存中的部分只是一个单独 (但很大) 的层 (参见 leveldb 中使用的 LSM 树)。但基本原理是一样的。

例如，如果缓存为 4 GB，并且我们假设数据库的每一层比上一层大 4 倍，那么以太坊当前的 ~64 GB 状态将需要 ~2 次访问。但是如果状态大小增加 4 倍到 ~256 GB，那么这将增加到 ~3 次访问。因此，gas 上限增加 4 倍实际上可以转化为区块验证时间增加约 6 倍。这种影响可能会更大：硬盘在已满状态下比空闲时需要花更长时间来读写。

这对以太坊来说意味着什么？

现在在以太坊区块链中，运行一个节点对许多用户来说已经是一项挑战，尽管至少使用常规硬件仍然是可能的 (我写这篇文章时刚刚在我的笔记本电脑上同步了一个节点！)。因此，我们即将遭遇瓶颈。核心开发者最关心的问题是存储大小。因此，目前在解决计算和数据瓶颈方面的巨大努力，甚至对共识算法的改变，都不太可能带来 gas limit 的大幅提升。即使解决了以太坊最大的 DoS 弱点，也只能将 gas limit 提高 20%。

对于存储大小的问题，唯一解决方案是无状态和状态逾期。无状态使得节点群能够在不维护永久存储的情况下进行验证。状态逾期会使最近未访问过的状态失活，用户需要手动提供证明来更新。这两条路径已经研究了很长时间，并且已经开始了关于无状态的概念验证实现。这两项改进相结合可以大大缓解这些担忧，并为显著提升 gas limit 开辟空间。但即使在实施无状态和状态逾期之后，gas limit 也可能只会安全地提升约 3 倍，直到其他限制开始发挥作用。

另一个可能的中期解决方案使使用 ZK-SNARKs 来验证交易。ZK-SNARKs 能够保证普通用户无需个人存储状态或是验证区块，即使他们仍然需要下载区块中的所有数据来抵御数据不可用攻击。另外，即使攻击者不能强行提交无效区块，但是如果运行一个共识节点的难度过高，依然会有协调审查攻击的风险。因此，ZK-SNARKs 不能无限地提升节点能力，但是仍然能够对其进行大幅提升 (或许是 1-2 个数量级)。一些区块链在 layer1 上探索该形式，以太坊则通过 layer2 协议 (也叫 ZK rollups) 来获益，例如 zksync, Loopring 和 Starknet。

分片之后又会如何？

分片从根本上解决了上述限制，因为它将区块链上包含的数据与单个节点需要处理和存储的数据解耦了。节点验证区块不是通过亲自下载和执行，而是使用先进的数学和密码学技术来间接验证区块。

因此，分片区块链可以安全地拥有非分片区块链无法实现的非常高水平的吞吐量。这确实需要大量的密码学技术来有效替代朴素完整验证，以拒绝无效区块，但这是可以做到的：该理论已经具备了基础，并且基于草案规范的概念验证已经在进行中。

以太坊计划采用二次方分片 (quadratic sharding)，其中总可扩展性受到以下事实的限制：节点必须能够同时处理单个分片和信标链，而信标链必须为每个分片执行一些固定的管理工作。如果分片太大，节点就不能再处理单个分片，如果分片太多，节点就不能再处理信标链。这两个约束的乘积构成了上限。

可以想象，通过三次方分片甚至指数分片，我们可以走得更远。在这样的设计中，数据可用性采样肯定会变得更加复杂，但这是可以实现的。但以太坊并没有超越二次方，原因在于，从交易分片到交易分片的分片所获得的额外可扩展性收益实际上无法在其他风险程度可接受的前提下实现。

那么这些风险是什么呢？

最低用户数量

可以想象，只要有一个用户愿意参与，非分片区块链就可以运行。但分片区块链并非如此：单个节点无法处理整条链，因此需要足够的节点以共同处理区块链。如果每个节点可以处理 50 TPS，而链可以处理 10000 TPS，那么链至少需要 200 个节点才能存续。如果链在任何时候都少于 200 个节点，那可能会出现节点无法再保持同步，或者节点停止检测无效区块，或者还可能会发生许多其他坏事，具体取决于节点软件的设置。

在实践中，由于需要冗余 (包括数据可用性采样)，安全的最低数量比简单的“链 TPS 除以节点 TPS”高几倍，对于上面的例子，我们将其设置位 1000 个节点。

如果分片区块链的容量增加 10 倍，则最低用户数也增加 10 倍。现在大家可能会问：为什么我们不从较低的容量开始，当用户很多时再增加，因为这是我们的实际需要，用户数量回落再降低容量？

这里有几个问题：

区块链本身无法可靠地检测到其上有多少唯一用户，因此需要某种治理来检测和设置分片数量。对容量限制的治理很容易成为分裂和冲突的根源。

如果许多用户突然同时意外掉线怎么办？

增加启动分叉所需的最低用户数量，使得防御恶意控制更加艰难。

最低用户数为 1,000，这几乎可以说是没问题的。另一方面，最低用户数设为 100 万，这肯定是不行。即使最低用户数为 10,000 也可以说开始变得有风险。因此，似乎很难证明超过几百个分片的分片区块链是合理的。

历史可检索性

用户真正珍视的区块链重要属性是永久性。当公司破产或是维护该生态系统不再产生利益时，存储在服务器上的数字资产将在 10 年内不再存在。而以太坊上的 NFT 是永久的。

是的，到 2372 年人们仍能够下载并查阅你的加密猫。

但是一旦区块链的容量过高，存储所有这些数据就会变得更加困难，直到某时出现巨大风险，某些历史数据最终将……没人存储。

要量化这种风险很容易。以区块链的数据容量 (MB/sec) 为单位，乘以 ~30 得到每年存储的数据量 (TB)。当前的分片计划的数据容量约为 1.3 MB/秒，因此约为 40 TB/年。如果增加 10 倍，则为 400 TB/年。如果我们不仅希望可以访问数据，而且是以一种便捷的方式，我们还需要元数据 (例如解压缩汇总交易)，因此每年达到 4 PB，或十年后达到 40 PB。Internet Archive (互联网档案馆) 使用 50 PB。所以这可以说是分片区块链的安全大小上限。

因此，看起来在这两个维度上，以太坊分片设计实际上已经非常接近合理的最大安全值。常数可以增加一点，但不能增加太多。

结语

尝试扩容区块链的方法有两种：基础的技术改进和简单地提升参数。首先，提升参数听起来很有吸引力：如果您是在餐纸上进行数学运算，这就很容易让自己相信消费级笔记本电脑每秒可以处理数千笔交易，不需要 ZK-SNARK、rollups 或分片。不幸的是，有很多微妙的理由可以解释为什么这种方法是有根本缺陷的。

运行区块链节点的计算机无法使用 100％的 CPU 来验证区块链；他们需要很大的安全边际来抵抗意外的 DoS 攻击，他们需要备用容量来执行诸如在内存池中处理交易之类的任务，并且用户不希望在计算机上运行节点的时候无法同时用于任何其他应用。带宽也会受限：10 MB/s 的连接并不意味着每秒可以处理 10 MB 的区块！也许每 12 秒才能处理 1-5 MB 的块。存储也是一样，提高运行节点的硬件要求并且限制专门的节点运行者并不是解决方案。对于去中心化的区块链而言，普通用户能够运行节点并形成一种文化，即运行节点是一种普遍行为，这一点至关重要。

区块链技术概念

区块链技术概念，现如今，区块链已经成为大部分人关注的领域，很多企业也早已深入其中研究该技术情况，但是还有人对于它不是很了解，下面我分享一篇关于区块链技术概念的相关信息。

区块链技术概念1

区块链的基本概念和工作原理

1、基本概念

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法。

区块链Blockchain、是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性防伪、和生成下一个区块。

2、工作原理

区块链系统由数据层、网络层、共识层、激励层、合约层和应用层组成。其中，数据层封装了底层数据区块以及相关的数据加密和时间戳等基础数据和基本算法；网络层则包括分布式组网机制、数据传播机制和数据验证机制等；共识层主要封装网络节点的各类共识算法；激励层将经济因素集成到区块链技术体系中来，主要包括经济激励的发行机制和分配机制等；合约层主要封装各类脚本、算法和智能合约，是区块链可编程特性的基础；应用层则封装了区块链的各种应用场景和案例。该模型中，基于时间戳的链式区块结构、分布式节点的共识机制、基于共识算力的经济激励和灵活可编程的智能合约是区块链技术最具代表性的创新点。

区块链主要解决的交易的信任和安全问题，因此它针对这个问题提出了四个技术创新：

1、分布式账本，就是交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。

2、非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。

3、共识机制，就是所有记账节点之间怎么达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。区块链提出了四种不同的共识机制，适用于不同的应用场景，在效率和安全性之间取得平衡。

区块链的共识机制具备“少数服从多数”以及“人人平等”的特点，其中“少数服从多数”并不完全指节点个数，也可以是计算能力、股权数或者其他的计算机可以比较的特征量。“人人平等”是当节点满足条件时，所有节点都有权优先提出共识结果、直接被其他节点认同后并最后有可能成为最终共识结果。以比特币为例，采用的是工作量证明，只有在控制了全网超过51%的记账节点的情况下，才有可能伪造出一条不存在的记录。当加入区块链的节点足够多的时候，这基本上不可能，从而杜绝了造假的可能.

4、智能合约，智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。以保险为例，如果说每个人的信息包括医疗信息和风险发生的信息、都是真实可信的，那就很容易的在一些标准化的保险产品中，去进行自动化的理赔.

3、其它

互联网交换的是信息，区块链交换的是价值。人类历史和互联网历史可以用八个字理解：分久必合合久必分，到了分久必合的时代，网络信息全部散在互联网上面，大家要挖掘信息非常不容易，这时会出现像谷歌和脸书等的平台，它做的唯一的事情就是把我们所有的信息重新组合了一下。互联网时代垄断巨头们重组的就是信息，并不是产生自己的信息，产生的信息完全是我们个人。一旦信息重组，就会出现一个新的垄断巨人，所以就到了分久必合的时代。现在由于区块链技术产生又到了合久必分时代，又是新的多中心化，新的多中心化之后赋能产生新的价值，这些数据会在我们自己的手上，个人数据产生价值是归自己所有，这是这个时代最最激动人心的时代。

区块链的价值有哪些？低成本建立信任的机制，确立数权，解决数据的.产权。

目前区块链技术不断发展，包括现在的单链向多链发展，而且技术能够在进一步扩展，我想未来还是可能会出现，特别是在交易等方面出现颠覆性的，特别是对现有产业的很多颠覆性的场景。

区块链的本质是在不可信的网络建立可信的信息交换。

一带一路+一链。区块链更大的不是制造信任，而是让信任产生无损的传递，整个降低社会的摩擦成本，从而提高整个效益。

现在区块链本身还是初始阶段，所以包括区块链的信息传递、加密，这个过程中出现量子加密和其他加密，实际上对区块链本身所采用的加密算法攻击现象也时有发生。包括区块链也是作为一种资产的认定，数字资产的一个认定，但是现在我们很多都是用密码算法，或者是作为我们来解密的钥匙，但是如果密码忘记了，很可能你现在的资产就丢掉了，你不能够在得到你原来的这些资产，所以在资产管理，包括信息传递和一些安全这些方面，应该说都还是存在着一些隐患。当然那么从技术角度，现在我们区块链本身处理的速度，或者说本身的扩展性，因为从工作机理的角度来看，是要把整个账本要复制给所有的参与人员，所以在区块链本身的运作效率和扩展性方面还是比较受限的。这些我们觉得都还是需要进一步在技术方面有进一步的发展。

区块链平台这些底层技术，又形成包括区块链钱包、区块链浏览器、节点竞选、矿机、矿池、开发组件、开发模块、技术社区及项目社群等一系列的生态系统，这些生态系统的完善程度直接决定着区块链底层平台的使用效率和效果。

4、蒙代尔的不可能三角

去中心化、高效、安全，不可能实现三者全部同时达到极致。

区块链技术概念2

区块链的本质是一种分布式记账技术，与之相对的是中心式记账技术，中心式记账技术在我们目前的生活中广泛存在。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。

区块链Blockchain、，是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一批次比特币网络交易的信息，用于验证e69da5e887aa7a6431333431343061其信息的有效性防伪、和生成下一个区块。

区块链技术通俗的理解就是：把“物”的前、后、左、右区块用一种技术连接成一个链条，但每个区块的原始数据不可篡改，是一种物联网范畴的、可以让参与者信任的“各个模块链动”的技术。区块链技术的应用，离不开互联道网，也离不开物联网，是建立在二者融合互动基础上的、但又让参与者各自保持独回立的去中心化、、并共同拥有这套价值链共建共享、的技术。

区块链的特征：去中心化、开放性、自治性、信息不可篡改，匿名性。

区块链是一个能够传递价值的网络，对可以传递价值的网络的需求是推动区块链技术产生的重要原因。在对于保护带有所有权或者其他价值的信息需求的推动下，区块链出现了。区块链通过公私钥密码学、分布式存储等技术手段，一方面保证了带有价值的信息的高效传递，另一方面保证了这些信息在传递的过程中不会被轻易的复制篡改。

从区块链诞生的必然性来理解区块链的内涵，区块链是解决了中心化记账缺点、解决了分布式一致性问题的分布式记账技术，同时也是连接互联网升级为保证带有价值的信息安全高效传递的价值网络。

区块链技术概念3

区块链：区块链就像是一个全球唯一的帐簿，或者说是数据库，记录了网络中所有交易历史。

以太坊虚拟机(EVM)：它让你能在以太坊上写出更强大的程序比特币上也可以写脚本程序、。它有时也用来指以太坊区块链，负责执行智能合约以及一切。

节点：你可以运行节点，通过它读写以太坊区块链，也即使用以太坊虚拟机。完全节点需要下载整个区块链。轻节点仍在开发中。

矿工：挖矿，也就是处理区块链上的区块的节点。这个网页可以看到当前活跃的一部分以太坊矿工：stats.ethdev.com。

工作量证明：矿工们总是在竞争解决一些数学问题。第一个解出答案的(算出下一个区块)将获得以太币作为奖励。然后所有节点都更新自己的区块链。所有想要算出下一个区块的矿工都有与其他节点保持同步，并且维护同一个区块链的动力，因此整个网络总是能达成共识。(注意：以太坊正计划转向没有矿工的权益证明系统(POS)，不过那不在本文讨论范围之内。)

以太币：缩写ETH。一种你可以购买和使用的真正的数字货币。这里是可以交易以太币的其中一家交易所的走势图。在写这篇文章的时候，1个以太币价值65美分。

Gas：在以太坊上执行程序以及保存数据都要消耗一定量的以太币，Gas是以太币转换而成。这个机制用来保证效率。

DApp: 以太坊社区把基于智能合约的应用称为去中心化的应用程序(Decentralized App)。DApp的目标是(或者应该是)让你的智能合约有一个友好的界面，外加一些额外的东西，例如IPFS可以存储和读取数据的去中心化网络，不是出自以太坊团队但有类似的精神)。DApp可以跑在一台能与以太坊节点交互的中心化服务器上，也可以跑在任意一个以太坊平等节点上。(花一分钟思考一下：与一般的网站不同，DApp不能跑在普通的服务器上。他们需要提交交易到区块链并且从区块链而不是中心化数据库读取重要数据。相对于典型的用户登录系统，用户有可能被表示成一个钱包地址而其它用户数据保存在本地。许多事情都会与目前的web应用有不同架构。)

以太坊客户端，智能合约语言

编写和部署智能合约并不要求你运行一个以太坊节点。下面有列出基于浏览器的IDE和API。但如果是为了学习的话，还是应该运行一个以太坊节点，以便理解其中的基本组件，何况运行节点也不难。

运行以太坊节点可用的客户端

以太坊有许多不同语言的客户端实现即多种与以太坊网络交互的方法、，包括C++, Go, Python, Java, Haskell等等。为什么需要这么多实现？不同的实现能满足不同的需求例如Haskell实现的目标是可以被数学验证、，能使以太坊更加安全，能丰富整个生态系统。

在写作本文时，我使用的是Go语言实现的客户端geth (go-ethereum)，其他时候还会使用一个叫testrpc的工具, 它使用了Python客户端pyethereum。后面的例子会用到这些工具。

关于挖矿：挖矿很有趣，有点像精心照料你的室内盆栽，同时又是一种了解整个系统的方法。虽然以太币现在的价格可能连电费都补不齐，但以后谁知道呢。人们正在创造许多酷酷的DApp, 可能会让以太坊越来越流行。

交互式控制台:客户端运行起来后，你就可以同步区块链，建立钱包，收发以太币了。使用geth的一种方式是通过Javascript控制台。此外还可以使用类似cURL的命令通过JSON RPC来与客户端交互。本文的目标是带大家过一边DApp开发的流程，因此这块就不多说了。但是我们应该记住这些命令行工具是调试，配置节点，以及使用钱包的利器。

在测试网络运行节点: 如果你在正式网络运行geth客户端，下载整个区块链与网络同步会需要相当时间。你可以通过比较节点日志中打印的最后一个块号和stats.ethdev.com上列出的最新块来确定是否已经同步。) 另一个问题是在正式网络上跑智能合约需要实实在在的以太币。在测试网络上运行节点的话就没有这个问题。此时也不需要同步整个区块链，创建一个自己的私有链就勾了，对于开发来说更省时间。

Testrpc:用geth可以创建一个测试网络，另一种更快的创建测试网络的方法是使用testrpc. Testrpc可以在启动时帮你创建一堆存有资金的测试账户。它的运行速度也更快因此更适合开发和测试。你可以从testrpc起步，然后随着合约慢慢成型，转移到geth创建的测试网络上 - 启动方法很简单，只需要指定一个networkid：geth --networkid "12345"。这里是testrpc的代码仓库，下文我们还会再讲到它。

接下来我们来谈谈可用的编程语言，之后就可以开始真正的编程了。写智能合约用的编程语言用Solidity就好。

要写智能合约有好几种语言可选：有点类似Javascript的Solidity, 文件扩展名是.sol. 和Python接近的Serpent, 文件名以.se结尾。还有类似Lisp的LLL。Serpent曾经流行过一段时间，但现在最流行而且最稳定的要算是Solidity了，因此用Solidity就好。听说你喜欢Python? 用Solidity。

solc编译器: 用Solidity写好智能合约之后，需要用solc来编译。它是一个来自C++客户端实现的组件又一次，不同的实现产生互补、，这里是安装方法。如果你不想安装solc也可以直接使用基于浏览器的编译器，例如Solidity real-time compiler或者Cosmo。后文有关编程的部分会假设你安装了solc。

web3.js API. 当Solidity合约编译好并且发送到网络上之后，你可以使用以太坊的web3.js JavaScript API来调用它，构建能与之交互的web应用。