從比特幣到波卡：比特幣如何解決雙重支付和貨幣發(fā)行問題？
在當今數(shù)字經(jīng)濟迅速發(fā)展的背景下，加密貨幣的崛起引發(fā)了人們對傳統(tǒng)金融體系的深刻思考。其中，比特幣作為第一個去中心化的數(shù)字貨幣，憑借其獨特的技術(shù)架構(gòu)和經(jīng)濟模型，成功解決了雙重支付和貨幣發(fā)行等關(guān)鍵問題。接下來，我們將深入探討比特幣的工作原理，并與波卡等后續(xù)項目進行對比，分析它們在數(shù)字貨幣領(lǐng)域中的重要性與創(chuàng)新性。
比特幣的核心價值在于其能夠有效防止雙重支付，這一問題在數(shù)字貨幣的早期發(fā)展階段顯得尤為突出。雙重支付是指同一筆數(shù)字貨幣被重復(fù)使用的現(xiàn)象，這在沒有中心化信任機制的情況下，極易導(dǎo)致金融欺詐。比特幣通過利用區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建了一個去中心化的、不可篡改的公共賬本，確保每一筆交易的唯一性。
具體來說，比特幣的網(wǎng)絡(luò)由全球分布的節(jié)點構(gòu)成，這些節(jié)點共同維護著區(qū)塊鏈的完整性。當用戶發(fā)起交易時，該交易會被廣播到網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點。每個節(jié)點都會對交易進行驗證，通過共識機制確保交易的有效性。一旦交易被確認并打包到區(qū)塊中，就會被永久記錄在區(qū)塊鏈上，任何試圖進行雙重支付的行為都將被拒絕。這一機制不僅有效防止了雙重支付的風(fēng)險，也增強了比特幣網(wǎng)絡(luò)的安全性。
與此同時，比特幣的貨幣發(fā)行機制同樣值得關(guān)注。比特幣的總量被限制在2100萬枚，這一設(shè)計使得比特幣具備了稀缺性，類似于黃金等傳統(tǒng)貴金屬。這種稀缺性不僅為比特幣賦予了價值，也使其成為一種抗通脹的資產(chǎn)。比特幣的發(fā)行過程采用了“挖礦”的方式，礦工通過計算復(fù)雜的數(shù)學(xué)題來競爭新區(qū)塊的打包權(quán)，并獲得相應(yīng)的比特幣作為獎勵。這一過程確保了比特幣的發(fā)行是有序的，避免了貨幣貶值的風(fēng)險。
隨著比特幣的成功，越來越多的加密貨幣應(yīng)運而生，其中波卡（Polkadot）是一個備受矚目的項目。波卡的設(shè)計理念在于實現(xiàn)不同區(qū)塊鏈之間的互操作性，解決了比特幣無法擴展以及缺乏靈活性的問題。波卡的核心是其分層架構(gòu)，通過主鏈和多個平行鏈的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的交易處理和信息共享。
在波卡的生態(tài)系統(tǒng)中，各個平行鏈可以根據(jù)自身需求，選擇不同的共識機制和治理模型，極大地提高了區(qū)塊鏈的靈活性和可擴展性。這種架構(gòu)不僅提升了網(wǎng)絡(luò)的性能，還為開發(fā)者提供了更多的創(chuàng)新空間。與比特幣的單一功能相比，波卡則旨在構(gòu)建一個多元化的區(qū)塊鏈生態(tài)，促進不同應(yīng)用場景的落地。
在探討比特幣與波卡的關(guān)系時，我們不能忽視它們在技術(shù)和理念上的區(qū)別。比特幣作為一種價值存儲工具，更加注重安全性和去中心化，而波卡則強調(diào)互操作性和可擴展性。這種差異使得它們在區(qū)塊鏈領(lǐng)域各自占據(jù)了獨特的地位，滿足了不同用戶的需求。
比特幣的成功也推動了其他數(shù)字貨幣的發(fā)展。例如，以太坊（Ethereum）作為一種智能合約平臺，繼承了比特幣的去中心化特性，同時引入了更為復(fù)雜的編程能力。這一創(chuàng)新使得開發(fā)者可以在以太坊上構(gòu)建去中心化應(yīng)用（DApps），從而拓展了區(qū)塊鏈的應(yīng)用場景。以太坊的成功證明了區(qū)塊鏈技術(shù)不僅限于數(shù)字貨幣，還能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的功能。
然而，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷演進，新的挑戰(zhàn)也隨之而來。比如，交易速度和成本問題一直困擾著比特幣和以太坊等主流網(wǎng)絡(luò)。比特幣的交易確認時間較長，且在網(wǎng)絡(luò)擁堵時，交易費用可能急劇上升。而以太坊在處理大量交易時也存在類似的問題。這些問題促使開發(fā)者們不斷探索更高效的解決方案。
在這一背景下，波卡的出現(xiàn)為解決這些問題提供了新的思路。通過其獨特的分層架構(gòu)，波卡能夠?qū)崿F(xiàn)高吞吐量的交易處理，并且各個平行鏈之間可以進行有效的資源共享。這種模式不僅提高了網(wǎng)絡(luò)的效率，還降低了用戶的交易成本。波卡的設(shè)計理念充分體現(xiàn)了區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展的方向，即通過互聯(lián)互通來提升整體性能。
在總結(jié)比特幣與波卡的不同之處時，我們可以看到，雖然它們在技術(shù)實現(xiàn)和應(yīng)用場景上各自有著不同的側(cè)重點，但二者的共同點在于都旨在解決傳統(tǒng)金融體系中的痛點。比特幣通過去中心化的方式解決了雙重支付和貨幣發(fā)行問題，而波卡則通過互操作性提升了區(qū)塊鏈的靈活性和可擴展性。
展望未來，隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，比特幣和波卡等項目將繼續(xù)引領(lǐng)數(shù)字貨幣的變革。它們不僅為金融領(lǐng)域帶來了新的機遇，也為其他行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了借鑒。在這個過程中，我們每個人都可以成為變革的一部分，參與到這一場技術(shù)革命中。
在這個信息爆炸的時代，我們需要保持對新興技術(shù)的敏感性，積極探索其帶來的機遇與挑戰(zhàn)。比特幣和波卡的成功經(jīng)驗為我們提供了寶貴的啟示：創(chuàng)新與合作是推動技術(shù)進步的兩大動力。未來，區(qū)塊鏈技術(shù)將繼續(xù)深化與傳統(tǒng)行業(yè)的融合，催生出更多具有顛覆性的應(yīng)用場景。
通過深入了解比特幣與波卡的演變歷程，我們不僅可以更好地把握數(shù)字貨幣的發(fā)展趨勢，還能夠在這場技術(shù)革命中找到自己的立足點。無論是作為投資者、開發(fā)者，還是普通用戶，我們都應(yīng)積極關(guān)注這一領(lǐng)域的動態(tài)，抓住時代賦予我們的機會。
從比特幣到波卡：比特幣如何解決雙重支付和貨幣發(fā)行問題?為了更好地理解為什么我們需要在區(qū)塊鏈技術(shù)中引入共識算法，我們需要了解比特幣的區(qū)塊鏈技術(shù)都解決了哪些問題?最為關(guān)鍵的問題有兩個：雙重支付、中心化的貨幣發(fā)行，本文首先介紹比特幣解決上述問題的方法，其次討論共識的一些精妙之處，如容錯性和最終性(最終確定性的簡稱)，最后以一些項目為例子進行討論，以及探討未來的方向。
比特幣如何解決雙重支付和貨幣發(fā)行問題?
要理解為什么容錯性對區(qū)塊鏈如此重要，有必要解釋一下比特幣解決的兩個問題(雙花和中心化貨幣發(fā)行)。換句話說，為了防止任意超發(fā)，比特幣以一種可預(yù)測、透明且去中心化的方式發(fā)行貨幣。管理貨幣轉(zhuǎn)賬和發(fā)行過程的機制的就是共識算法，能夠確保整個交易歷史的一致性(共識)。
共識算法在區(qū)塊鏈技術(shù)時代并不是新玩意兒，強調(diào)比特幣為什么具有創(chuàng)新性是很重要的：因為在公有的無須許可的網(wǎng)絡(luò)中，即使有潛在的惡意行為者出現(xiàn)，比特幣也可以達成共識。
PoW 的共識算法
眾所周知，像比特幣這種 PoW
的區(qū)塊鏈，節(jié)點通過獲得創(chuàng)建新區(qū)塊所產(chǎn)生的新幣獎勵，來維護整個網(wǎng)絡(luò)的安全。該獎勵提供了一種激勵機制，使礦工在盡可能快速創(chuàng)造新區(qū)塊的同時，始終表現(xiàn)誠實。
獲勝的關(guān)鍵在于，創(chuàng)造新區(qū)塊需要解出一個獨特且計算困難的數(shù)學(xué)難題。它數(shù)學(xué)題的難度從根本上限制了新區(qū)塊產(chǎn)生的速度，且答案的唯一性可以使網(wǎng)絡(luò)識別出獲勝節(jié)點(通過他們的地址)。雖然惡意行為不會受到特意懲罰，但并沒有動力去做，因為不誠實的行為存在機會成本。
存在的一個問題是，節(jié)點之間的通信不是即時的，因此處于網(wǎng)絡(luò)中不同地理區(qū)域的節(jié)點可能會收到自稱已解出難題的不同區(qū)塊(網(wǎng)絡(luò)分區(qū) / 分叉)。兩個不同的節(jié)點
(礦工)有可能碰巧都合法地解出了難題，但是由于全網(wǎng)不同區(qū)域間不是即時通信，網(wǎng)絡(luò)中的不同分區(qū)就會選擇基于不同的獲勝區(qū)塊來構(gòu)建區(qū)塊鏈(臨時性)。這會導(dǎo)致臨時分叉，但由于總有新區(qū)塊被添加到每個分支上，最終總會出現(xiàn)一個較長的分支。
選擇最長的區(qū)塊分支，實際上是比特幣為實現(xiàn)共識而制定的規(guī)則，該規(guī)則被稱為最長鏈規(guī)則。較短分支上的區(qū)塊則會被丟棄，并且所有不在主分支上的交易最終都會被添加到主分支的區(qū)塊中。請注意，非法交易(例如：那些試圖進行雙重支付的交易)則不會被包含在構(gòu)成最長鏈的區(qū)塊中。包含此類交易的區(qū)塊也將被丟棄，因為任何「貨幣」都只能被花費一次。這里需要注意的是，大多數(shù)節(jié)點都是誠實的(至少
51%)，并且這些節(jié)點不會嘗試去破壞協(xié)議。
理論上講，一條新的最長鏈可以通過擁有更強的挖礦算力創(chuàng)造出來。但是這對于靠近「鏈的頭部」的區(qū)塊(最新產(chǎn)生的區(qū)塊)來說，風(fēng)險是最大的。區(qū)塊在整個鏈上的深度越深，它被逆轉(zhuǎn)的可能性就越小。
這說明 PoW 鏈上的區(qū)塊總是會有被逆轉(zhuǎn)的可能，那么這些區(qū)塊中的交易也就可能都沒發(fā)生。在一條被惡意創(chuàng)造的鏈上，交易是不會被保存進新區(qū)塊中，原因如上所述。
比特幣白皮書中建議，等待 6
個區(qū)塊的時間便足以確保交易不會被拒絕，因為此時區(qū)塊被丟棄的可能性非常小。我們可以從這里認識「最終確定性」(以下簡稱最終性)：無法被逆轉(zhuǎn)的區(qū)塊可以被稱作是「最終確定的」。在比特幣及其他
PoW 區(qū)塊鏈中，最終性并不是那么完美，因為區(qū)塊總有被逆轉(zhuǎn)的可能。
以上說明，比特幣具有強大的抵抗故障的魯棒性，并且可以在公共和無須許可的網(wǎng)絡(luò)中以去中心化的方式發(fā)行貨幣。通過探索確保最終性的方法，能夠確保更高水平的安全性。這一觀點將在后文的容錯部分中進行探討。
PoS 區(qū)塊鏈
還應(yīng)該注意的是，一些權(quán)益證明(PoS) 區(qū)塊鏈的運行方式與比特幣類似。大多數(shù) PoS 鏈用選舉產(chǎn)生區(qū)塊來代替挖礦。與 PoW
鏈讓獲勝礦工創(chuàng)建下個區(qū)塊不同，PoS 鏈的新區(qū)塊是由隨機選擇的節(jié)點(「領(lǐng)導(dǎo)者」)來創(chuàng)建。
被選中(創(chuàng)建新區(qū)塊)的概率是由權(quán)益的數(shù)量來決定的。這個理念是，持有的幣越多，說明更希望區(qū)塊鏈取得成功，因此這樣的節(jié)點將獲得更大概率來創(chuàng)建下個區(qū)塊。
NXT 是最早的 PoS 鏈之一，使用這種隨機(選舉)領(lǐng)導(dǎo)者的方法來創(chuàng)建新區(qū)塊。NXT
的共識機制與比特幣相同：創(chuàng)建的新區(qū)塊都會被添加到最長鏈上。通過遵守這個規(guī)則，任何分叉問題都能夠被解決，節(jié)點則繼續(xù)在最長鏈上創(chuàng)建區(qū)塊。
拜占庭協(xié)議與容錯性
當參與者出現(xiàn)違反協(xié)議的操作時，(網(wǎng)絡(luò))就會出現(xiàn)錯誤。對區(qū)塊鏈來說，因為可能存在惡意行為者試圖利用協(xié)議的弱點，所以我們希望協(xié)議足夠安全，可以抵御任何故障。任何可抵御任意故障的協(xié)議，也足夠安全去防范隨機故障及惡意行為者。
即使有一小部分參與者的行為表現(xiàn)異常，拜占庭容錯(BFT)協(xié)議也能正常工作。行為不當?shù)墓?jié)點，可能是發(fā)生了意外故障，也可能是惡意行為。當然，這里假設(shè)大多數(shù)參與者都是遵守協(xié)議的。這種觀點在一篇名為「拜占庭將軍問題」的研究論文中提到。該問題討論的是，多個參與者如何就一個簡單的信息達成一致。(藍狐筆記注：拜占庭問題可以參考藍狐筆記之前的文章《簡單讀懂拜占庭容錯》)
當在拜占庭協(xié)議中達成共識時，商定好的結(jié)果一定是正確的。也就是說，商定的結(jié)果可以被看作是確定性的正確，而不是概率性的。當應(yīng)用在區(qū)塊鏈時，拜占庭算法保證了交易的最終性。這意味著一旦在區(qū)塊中達成協(xié)議，區(qū)塊就會最終確定，其中的交易也不能被逆轉(zhuǎn)。
顯然這與比特幣和其他 PoW
鏈不同。如上所述，那些鏈僅能達成一定概率的確定性。比特幣的共識類型通常被稱為「中本聰共識」，很容易看出來，為什么它會和拜占庭容錯混淆，因為二者都是可容錯的，但只有后者才能保證最終確定性。更深層次的混淆，來自于比特幣的區(qū)塊創(chuàng)建與共識算法高度重疊。但事實上并不需要這樣。
以太坊未來路線的提案之一，就是像現(xiàn)在一樣繼續(xù)由礦工生產(chǎn)區(qū)塊，但會讓一些節(jié)點充當驗證者來提供最終確定性，從而加強共識。驗證者在已創(chuàng)建的區(qū)塊上進行投票。通過給某個區(qū)塊投票，即表示他們認為該區(qū)塊是正確的。一旦有三分之二的驗證者投票，那么這個區(qū)塊就可以被認為是最終確定的了。這種在挖礦后的拜占庭共識機制被稱為「最終確定性組件」。
發(fā)展探索
大多數(shù)正在開發(fā)的新項目都將區(qū)塊創(chuàng)建與共識進行分離。未來的一些區(qū)塊鏈也將采用混合共識算法。這一部分將介紹一些正在探索的未來方向。
Cosmos (ATOM)
Cosmos 的區(qū)塊創(chuàng)建也是由(通過權(quán)益的權(quán)重比例)隨機選擇的領(lǐng)導(dǎo)者完成，但是 Cosmos 的共識中沒有最長鏈規(guī)則。相應(yīng)地，它采用了被稱為
Tendermint 的拜占庭算法。這意味著每個區(qū)塊都能保證最終確定性。此外，如果驗證者不能就單個區(qū)塊達成共識，按照 Cosmos 的設(shè)計，Cosmos
將會暫時停下來，以防止分叉。
Polkadot 波卡(DOT)
Polkadot 采用混合共識算法。區(qū)塊將由隨機領(lǐng)導(dǎo)者創(chuàng)建，該領(lǐng)導(dǎo)者會將下個區(qū)塊添加到最長鏈上。Polkadot
還將采用拜占庭協(xié)議，但不是每輪投票只產(chǎn)生一個區(qū)塊，而是在一次投票中最終確定多個區(qū)塊。
采用混合共識機制的一個好處是，區(qū)塊鏈可以在最長鏈上連續(xù)生產(chǎn)區(qū)塊，同時在不影響鏈活性(即鏈永遠不會被停止)的情況下，最終實現(xiàn)拜占庭最終確定性。
目前在 Polkadot 當前的測試網(wǎng)絡(luò) PoC-2 (也叫做 Krumme Lanke) 中，其共識類似于
Cosmos。區(qū)塊由隨機選擇的驗證者節(jié)點生成，在通過拜占庭協(xié)議將其最終確定后，再生產(chǎn)下個區(qū)塊。
Cardano (ADA)
簡單來說，Cardano 的共識算法類似于比特幣(最長鏈規(guī)則)。與 NXT 相同，區(qū)塊的生產(chǎn)由隨機選擇的領(lǐng)導(dǎo)者完成。Cardano
團隊已竭盡全力解決了一些在隨機選擇領(lǐng)導(dǎo)者時出現(xiàn)的問題。他們已經(jīng)確保選擇領(lǐng)導(dǎo)者的隨機性與目前比特幣出塊方式一致。
然而比特幣是沒有領(lǐng)導(dǎo)者的，區(qū)塊由隨機礦工生產(chǎn)。挖礦難題的解集將分布在擁有最大哈希算力的礦工附近。
Ethereum 以太坊
以太坊也曾經(jīng)嘗試通過加入一個在出塊后保證最終確定性的步驟，來加強共識算法的方式。區(qū)塊仍舊通過 PoW
生成，但是會有一組驗證者節(jié)點對已出區(qū)塊的正確性進行投票。這就是所謂的「最終確定性組件」。也就是說，該方法結(jié)合了最長鏈規(guī)則和拜占庭容錯算法：即兩種共識算法的混合。
最近似乎有跡象表明，以太坊將可能使用權(quán)益證明(PoS) 取代
PoW，使以太坊與正在開發(fā)的新鏈保持一致。區(qū)塊將由一個隨機領(lǐng)導(dǎo)者來創(chuàng)建，然后由一個最終確定化組件來最終確定。
優(yōu)化方法
區(qū)塊鏈的「舊時代」主要圍繞使用 PoW 挖礦及使用最長鏈規(guī)則，來增強網(wǎng)絡(luò)共識。后來為了用更節(jié)能的方式，開始嘗試使用 PoS 取代挖礦。過去的 PoS
鏈仍然使用最長鏈規(guī)則;然而，近年來的趨勢是將拜占庭容錯協(xié)議也納入共識機制：而不使用最長鏈規(guī)則(Cosmos)， 或者讓兩者共存(以太坊和
Polkadot)。
此外，波卡的治理機制也為其生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供了保障。波卡采用了鏈上治理的方式，允許持幣者參與網(wǎng)絡(luò)決策，確保生態(tài)系統(tǒng)的透明性和公平性。這種去中心化的治理模式使得波卡能夠快速適應(yīng)市場變化，推動技術(shù)創(chuàng)新和生態(tài)建設(shè)。
在未來的數(shù)字經(jīng)濟中，區(qū)塊鏈技術(shù)將成為不可或缺的一部分。比特幣和波卡等項目的成功，預(yù)示著一個更加開放、透明和高效的金融世界即將到來。讓我們共同期待，數(shù)字貨幣將如何繼續(xù)改變我們的生活，重塑我們的未來。
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