比特币是如何平均10分钟出一个区块的 支付时代什么时候到来?

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  比特币从2008年诞生以来,多数时候为人所津津乐道的,还是比特币作为“数字黄金”的储值功能。

  大部分比特币的持有者都坚信,比特币设计巧妙,并且总量固定,数量稀有,所以价值会攀升,具有很高的收藏价值。

  所以,比较主流的观点,都认为持有比特币是一种价值信仰。
尤其是比特币这十年之间,最疯狂的时候,从1美分最高涨到接近2万美元,价值一路狂飙。

  虽然现在降到了4000美元左右,那也比最初翻了很多倍。

  再加上已经沦为笑柄的2010年披萨事件,比特币用来做日常交易似乎是“杀鸡用牛刀”的浪费典范了。
除了持有者的心理价值预估,比特币本身难以挖掘,挖矿成本高,高昂的交易费用和较低的处理速度,也从技术层面让比特币很难用于日常支付。

  比特币大约10分钟,打包记账一次,每个区块是1M,那么比特币10分钟内上限笔数就是约4000笔,那么也就意味着每秒7笔的交易量。

  这个速度,在交易频率小的情况下,能够保证运行速度。

  

  然而,自从2013年,比特币价格节节攀升,用户体量膨胀之后,比特币的交易费用已经达到几十美金,并且整个网络中还有几十万笔交易处于待确认状态。

  这样的交易速度和交易成本用于交易支付,显然是缺乏竞争力的。
可是,只能用于收藏的比特币,显然又是违背中本聪创造比特币初衷的。

  比特币的白皮书里,明确的提到,比特币是一种点对点的电子现金体系,是一种电子支付系统。

  而现在,除了持币收藏,比特币的支付场景目前更多的出现在灰色黑色的暗网地带。
而比特币本身的构想,是要建立共识机制,改变整体社会的支付环境的。

  那么,很显然,如果只是用于收藏,那注定比特币只能是一小群人的狂欢,一群技术宅的自娱自乐,要到达中本聪理想中的世界,可能性微乎其微。

  如果还想让比特币和区块链成为真正意义上的共识,就必须不断强化比特币的支付功能,扩展比特币的应用场景。

  1

  什么是难度目标?

  比特币系统给矿工出的难题就是让矿工找出符合要求的随机数。

  矿工构造区块,确定区块头中其他5个字段,另一个需要不断试错的变量就是随机数。

  只有符合要求的随机数才能召唤“神龙”。符合要求的意思是:对整个区块头取哈希值,使得该哈希值小等于难度目标(准确的说是小于目标值Target)。
我们今天主要来回答比特币系统挖矿难度目标是什么,它是怎么调整的?

  难度目标是比特币系统中调控挖出区块所用平均时间的参数,是区块头中6个字段之一。
比特币挖矿难度(Difficulty),是对挖矿困难程度的度量,挖矿难度越大,挖出区块就越困难。

  目标值(Target)与挖矿难度成反比。难度越高,目标值越小。

  而难度目标是目标值通过转化得到,是一个只有4个字节的字段(为了便于理解,本文将难度目标等同目标值处理)。

  比特币系统正是通过调整区块头中难度目标来控制挖出区块所需平均时间的。
目标值是个长度为256比特的字符串,换句话说目标值约有2^256种可能的取值。

  调整难度目标就是调整目标值在整个输出空间的占比。
举例说明:挖矿就如射击,所有射出去的子弹都会落在一个很大的靶子上。

  难度目标就是这个大靶子上圈出一个范围,这个范围越小,被射中的难度就越高。

  调节难度目标,就是调节这个圈在整个靶子上的占比。

  挖矿算力增大,单位时间射击的次数就越多,目标范围被射中所需的时间就越短。

  反之,挖矿算力减小,目标范围被击中所需的时间就越长。

  而比特币系统追求的平均出块时间为10分钟,这时候就需要调整难度目标来实现。

  

  2

  如何调整难度目标?

  比特币系统每过2016区块(大约为14天时间),会自动调整一次难度目标。

  所有区块高度为2016整数倍的区块,系统就会自动调整难度目标。

  如果上一个难度目标调整周期(也就是之前2016个区块),平均出块时间大于10分钟,说明挖矿难度偏高,需要降低挖矿难度,增大难度目标(准确地说是目标值)。

  反之,前一个难度目标调整周期,平均出块时间小于10分钟,说明挖矿难度偏低,需要缩小难度目标。

  比特币系统设定,难度目标上调和下调的范围都有4倍的限制。

  举例说明:假设上一个难度目标调整周期内的2016个区块,由于算力暴涨,只用7天就全部挖出来了,通过难度目标调整,将难度目标缩小一倍。

  可以将平均出块时间维持在10分钟左右,但如果算力暴涨,前2016个区块全部挖出只用了1天,那么难度目标最小只能调整为原来的四分之一。

  
比特币的算力是持续波动的,比特币系统通过难度目标的调整,使得平均出块时间维持在10分钟左右。

  难度目标和挖矿难度成反比,挖矿难度越大,难度目标越小。

  当区块高度为2016的整数倍时,比特币系统就会在该区块上,自动调整难度目标。

  如果上一个难度目标调整周期内,平均出块时间超过10分钟,那么降低挖矿难度,增大难度目标。

  反之则提高挖矿难度,减小难度目标。难度目标上调和下调的范围都有4倍的限制。
比特币每2016个区块(大约14天)调整一次挖矿难度,相比于BCH每个区块都调整(大约10分钟调整一次),有明显的滞后性。

  

  

  3

  比特币的扩容问题

  解决方法可以大致分为两派,一方可以被称为“扩张派”,另一方可以称之为“减压派”。
“扩张派”希望扩大区块大小,通过区块体积的增加来扩充容量。从一个区块1M到2M,再到8M,甚至到32M,在比特币链上进行容量扩展。

  这种方式直接提高了比特币网络的吞吐量。这就好比道路修的越来越宽,自然也就不容易发生堵塞。
然而,这种方式的弊端也很明显。随着区块体积的不断扩张,要求的算力就会越来越高,普通的计算机和矿机都会逐渐难以支撑运行压力,那么整个比特币的算力就将高度集中于矿工。

  这样一来,矿工就很有可能依靠手中的算力来集中权力,这就不符合区块链去中心的核心思想。

  要知道,比特币的初衷是要依靠全节点共同维护的最小化用户间信任,因为这样才能保证权力最大可能的去中心化,从而达到最安全的交易模式。

  而扩大区块体积的做法是和比特币的核心思想相矛盾的。
因此,这种扩大区块大小的“扩张派”,一直没有在比特币社区得到广泛认可,也始终没有形成全面共识机制。

  新的扩容共识发布之后,意见有分歧的双方都各自延续自己认为正确的链,这也就导致了比特币出现了多次硬分叉。

  其中最著名的就是BCH(比特币现金),这便是比特币扩大到8M大区块的硬分叉产物。
而在比特币和区块链最虔诚的信仰者眼里,BCH更像是矿工的“私生子”,是矿工们追求更大私利的产物。

  这群信仰者对于解决比特币扩容问题,提出了更符合比特币原教旨的方案,那便是“闪电网络”。
如果说“扩张派”是在原有的公路上,依靠拓展宽度解决;那“减压派”提出的闪电网络就是在原有道路的基础上,建高架,修立交来解决拥堵问题。

  

  闪电网络在不对比特币主链本身进行修改的情况下,利用比特币的智能合约,实现比特币链下的安全交易。

  闪电网络属于比特币的附加网络层,只要有交易需要,交易双方可以在这个附加层上,随时建立通道,用完即走。

  由于这样的交易方式不需要每笔都在链上记账,而只需要在最终交易完成之后再到链上进行广播,因此可以省下很多的交易费用,甚至没有费用。

  而且系统将自动为交易双方找到最短的交易路径。交易双方的交易通道由点成线,由线及网,就像天空中的闪电一样,快速出现,快速消失,闪电网络,由此得名。
当然,除了这些显而易见的优点:快,省钱,不需要第三方介入,为比特币主链减压等等,闪电网络的缺点也很清晰:它不够安全。

  起码不如在比特币主链上交易安全。因此,闪电网络更适合的应用场景是小额交易。

  从小额支付着手,逐渐建立起比特币用于支付的信用体系,一步步扩展比特币的应用场景,滴水成河,聚沙成塔,也是一个循序渐进的过程。

  
“闪电火炬”,也就在此时,恰如其分的出现了。2019年1月开始,比特币闪电火炬接力活动开始风靡区块链。

  闪电火炬通过闪电网络进行比特币支付接力。每个新的火炬手在会收到上一个火炬手的收到的比特币,自己再添加1万聪(比特币的单位、大约0.34美元),传递给下一位。

  无论谁拥有火炬都需要选择一个人传递,作为接棒的火炬手需要继续选择一人传递下去。

  目前,闪电接力还在继续。截至目前,闪电火炬已接力近200次,历经几十个国家,总额达到3个多比特币,区块链界的大拿人物也陆续参与其中。
这场行为艺术,将闪电网络推向了一个高峰,也让更多人了解到了比特币信任,克制,利他的精神内核。

  而这次闪电接力中,比特币闪电网络的易用性也让更多人开始思考比特币用于日常支付的可能性。

  这次闪电接力,交易金额不大,风险系数也较低,整个支付速度也与传统中心化支付平台速度相差无几。
娱乐圈里,有个词叫做“出圈”,指的是某个偶像的走红热度在自己固定粉丝圈中传播之后,终于被更多圈子外的路人所知晓。

  这次的闪电火炬接力,也可以看做是比特币,这个区块链界的“头号明星”“出圈”的契机。

  也是时候让更多“圈外人”和比特币亲密接触了。比特币巧妙的设计构思,以及其中蕴含的先进的经济政治理念,难道就不值得它像人民币,美元一样,人见人爱么?比特币,在支付体统中,应该要有姓名了!
就在前几天,星巴克宣布和bakkt合作,允许顾客用比特币进行支付,美国零售巨头Kroge旗下的Smith连锁店也声称正在考虑使用比特币闪电网络。

  也许,比特币的“支付时代”序幕正在拉开。
当然,这其中还有很多需要被及时解决的问题。如果比特币开始大量用于日常支付,比特币的流动性将随之剧增,那么,
比特币储值和支付功能如何更好的分层?比特币价值和使用价值之间如何平衡?如何调节闪电网络带来更多的小额支付交易和比特币矿工利益减少之间的矛盾?
比特币是否需要增发提高供应量来抵御51的算力攻击?以及,比特币社区能达成何种共识?
总之,比特币可能还将面临一系列“鱼”和“熊掌”的问题,“出圈”注定不可能一帆风顺。

  毕竟操之过急,就很可能是一场德不配位的悲剧。那就让我们期待,比特币早日拥有“德”与“位”相配的那一天吧。

  END

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