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【基础科普】比特币能承载全人类的交易吗?

江卓尔版主发布在 BTC/比特币
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作者:江卓尔
利益相关:莱比特矿池(占莱特币全网40%算力)创始人,BTC/LTC矿工,BTC/LTC屯币者
在扩容争议中,有一种观点认为区块大小不能无限增加,否则最后只有Google才能运行全节点(full node),这将导致比特币的中心化。听起来似乎很有道理,但这个观点其实是机械且片面的。


1、比特币需要的终极带宽并不高
很多人都忽视了一点,就算全人类都使用比特币,产生的交易对计算机来说也是极其有限的

假设在遥远的未来(比如30年后),有25亿人使用比特币,每人每天产生2笔交易,每笔交易225字节,那么每个区块大小就是25亿人*2笔*225字节/每天144区块=7.45GB。


7.45GB区块需要7.45GB/600秒(10分钟1个区块)=12.7MB/S=101Mbps的平均传输带宽,假设比特币使用带宽不超过10%,那就需要1Gbps的带宽。这即使在今天,也不是特别夸张的宽带,更不用说在30年后了。


我们从1990年代拨号的K级别带宽,到2000年代ADSL的M级别带宽,再到2010年代光纤的G级别带宽。即使不考虑未来技术,现在实验室中单条光纤最大速度也达到了43T(腾讯《43Tbps网速新纪录诞生》)。我们有充足的理由展望,未来30年内有很大可能普及T级别带宽

因此我们可以得出

结论1:在未来T级别带宽面前,比特币需要的终极带宽(0.1G)微不足道。

2、现有带宽领先比特币需求十倍以上
现在比特币区块刚填满1MB,而带宽领先比特币需求十倍以上,即使是被防火墙阻挡的中国矿池,都认为可以接受8MB区块大小。(2015年6月《矿池技术研讨会——区块扩容草案》)

并且这个8MB是有很大提升潜力的,矿池现在不愿接受更大区块,是因为更大区块将导致矿池挖块孤立率上升。如果新块传遍全网需要12秒(区块间隔600秒的2%),那在新块传播的过程中,还没收到新块的矿池就有1%的几率挖出另一个冲突块,这两个冲突块中必然有一个被孤立,这将导致0.5%的孤立率。


矿池一般按理论产出给矿工付款(PPS模式),仅收取3%左右的矿池费,这3%中还要承担孤立和攻击损失,支付服务器和人工成本。假设这些成本占2%,那矿池利润只有1%,只要轻微的1%孤立率上升,就将导致矿池亏本


虽然现在普及的10M网络在1分钟内可以传输75MB的区块,但矿池实际上只能用前几秒到十几秒来传输新块,因此只能接受8MB的区块。但我们通过改进挖矿协议,削峰填谷,解决区块需要突发传输的问题后,可以十倍地提高区块大小潜力,改进方法有:


① 区块头先行(headers-first)方案 :矿池在收到80字节的区块头后,就可以根据区块头挖下一个块,在挖的过程中再慢慢等整个区块传输完成。


② 瘦区块(Thin Blocks):每个交易实际上在全网被广播了两次,交易发出时一次,新区块传播时又一次。通过可逆式布鲁姆查找表(IBLT)等技术,区块在广播时可以利用节点中已存储的交易信息,这将减少90%新区块传播时所需的数据量。


③ 弱区块(Weak blocks):矿池在开始挖块时就先广播正在挖的区块数据,挖成功后只要广播挖块证明,大大减少延迟。


这些改进方案在《Bitcoin Classic2016年路线图》 中均已列出,技术上不存在难点,其中的“区块头先行方案”国内矿池甚至已经联合使用了一段时间


因此我们可以得出

结论2:现有带宽可承受8-80MB的区块大小,比现有的区块大小领先10-100倍。

3、在中期目标上,带宽增速明显领先于用户增速
在现在和未来的两个端点,带宽都远远领先区块大小,但在中间的某个时间点,区块增速有可能超过带宽增速吗?我们用数据说话:

区块大小的年增长率从长期来看逐步下降,早期一年能增加500%~800%,现在一年只能增加50%~100%,几年后可能最多就20%~30%了。全球人口是有限的,在快速膨胀期过后,越到后期的用户增速必然越慢。

而技术的步伐是不会放慢的,在过去的二十年中,带宽平均每年增长50%(尼尔森定律),CPU平均每年增加60%(摩尔定律)。在可以预见的未来,我们还有大量的技术储备可用,从T级别光纤到石墨烯处理器再到量子计算机,我们没有理由认为带宽会在现在10-100倍领先的基础上,反而被用户增长超过。


我们可以举一个中期目标:比特币交易达到VISA 2014年409亿笔的级别,那么每个区块大小就是409亿笔*225字节/365天/每天144区块=170MB。

矿池通过协议优化,对区块传输进行削峰填谷,可以将可承受区块从8MB扩大到80MB,再加上带宽增加,170MB是一个几年之内就能达到的目标。而比特币几年内是肯定不可能到VISA级别的,最乐观估计恐怕也得20年。

因此我们可以得出

结论3:在中期目标(VISA级别)上,带宽增速明显领先于用户增速。

4、除了带宽,CPU和存储会是瓶颈吗?
首先存储肯定不是瓶颈,虽然8GB的区块看起来很大,但中本聪在白皮书第7章Reclaiming Disk Space(回收硬盘空间)中已经给出了解决方法,节点可以删除旧区块,这对比特币安全不会造成任何影响。

Bitcoin Core 0.12.0版就提供了修剪模式,用户可以删除无用的旧区块,把现在区块数据从60GB缩减到2GB甚至更低。


CPU更不是瓶颈了,领先幅度更大,即使是4年前的CPU都足以处理20年后VISA级别的区块。Gavin在20MB大区块测试中,使用2012年产电脑处理194MB的区块用了250秒。听起来好像挺勉强,但最近升级的libsecp256k1签名验证库能把签名验证提速7倍,也就是说优化后只需要35秒。


并且Gavin在测试里指出:一个“新”区块里的绝大部分交易其实都是“旧”交易,节点在收到交易广播时就验证过签名,因此这35秒CPU使用是平均分布在10分钟的区块间隔中。也就是说,20年后VISA级别的区块大小,仅仅占用了4年前电脑5% CPU使用率,这还有什么好担心的呢?


5、万一暂时出现了用户增加到超过带宽的情况,怎么办?
这并没有什么问题,主链网络确实装不下这么多交易时,交易就会被挤到闪电网络、离链结算等其他渠道,这是正常的市场行为。就好比车堵到一定程度,就会有一部分人被挤去坐地铁。
但不能反过来说,将来用户增速有可能超过带宽,所以比特币现在就先自我阉割,大幅修改中本聪设计的,经过6年验证的成熟架构,把日常交易强行赶到闪电网络上,把主链阉割成一个结算网络,这是极其荒谬的。

6、区块扩容与牛市
最后说点题外话。价值决定价格,比特币要有人用才有价值,用比特币的人越多,比特币价值就越高。只有中本聪自己玩的比特币是没有价值的,如果全人类都使用比特币,比特币的总市值或将比肩黄金,把7万亿美元的黄金总市值除以2100万币,就是一币200万元。
把这图再贴一次

① 2011年4月的暴涨,内因是前一年区块增速从103%暴涨到866%。

② 2013年1月的塞浦路斯行情,内因是前一年区块增速不减反增到702%。塞浦路斯事件只是个引子,就算没有塞浦路斯事件,也会有通浦路斯事件来引爆牛市。

③ 2016年2月,我们可能已经站在一次牛市的起点——不减反增的104%区块增速(需求增加)和产出减半(供给减少)的叠加,其意义不言而喻。

我们和牛市之间,只剩下一块绊脚石。



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  • idgui.com 船长 2016-03-11 22:10:05 只看该作者沙发
    楼主好文,赞一个。

    有个逻辑漏洞,提出来,请楼主思考一下。


    楼主有个假设就是每人每天产生2笔交易,且固定不变。


    是否有可能个人的交易笔数,也指数式增长呢?尤其是将来物联网,和智能支付增加下,是否会越来越多,成为交易量增加的主要因素。


    另外我们与和牛市之间,只剩下一块绊脚石。


    我认为绊脚石是Classic。若大家均认同香港共识,那么币圈统一,没有分裂币圈风险和担忧。币价在产量减半下必然大升。
  • 在平均带宽允许的前提下应该尽量提升核心处理能力
  • lyf20617 副船长 2016-03-11 22:18:16 只看该作者地板
    idgui.com 发表于 2016-3-11 22:10 楼主好文,赞一个。
    有个逻辑漏洞,提出来,请楼主思考一下。
    有25亿人使用比特币,每人每天产生2笔交易,一年就是25*2*365=18250亿笔交易
    VISA在2014年的的交易量也才409亿笔
    BTC有那么巨大的潜力可以挖掘,core却着急开始自我阉割,你还整天跪舔?
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  • 玛_雅 版主 2016-03-11 22:27:13 来自App只看该作者5楼
    大绅士奇奇怪 发表于 2016-3-11 22:14 在平均带宽允许的前提下应该尽量提升核心处理能力
    应该是在比特币能维持“去中心化”的前提下。 而不是看带宽允许多少就多少提升多少。
    现在1MB一些电脑开着核心钱包都有些影响网速,有些太占CPU占空间了。 当然2MB也可以接受。
    但是按Classic路线图,不久后的未来会浮动上限,即矿工可打包越来越大的区块。等每个区块都几十MB甚至几百MB时,就是逼迫普通人的核心钱包关闭之时,不是无法运行,而是太占网速太占CPU太占硬盘。
    到那时发现核心钱包越来越少,而比特币中心化时,就开始后悔已经晚了。
    而采用【主链+侧链】【链上+链下】才是长久的维持比特币主链简洁的方案。才能保证比特币的优势去中心化。
  • lyf20617 副船长 2016-03-11 22:37:39 来自App只看该作者6楼
    玛_雅 发表于 2016-3-11 22:27 应该是在比特币能维持“去中心化”的前提下。 而不是看带宽允许多少就多少提升多少。
    请像楼主一样给出具体的数据来证明你的观点
    还有,就回个贴还换着马甲来,你累不累?你整天跪舔core不会招粉,只会让越来越多的人觉得你恶心
  • jb9802 副船长 2016-03-11 22:42:55 只看该作者7楼
    idgui.com 发表于 2016-3-11 22:10 楼主好文,赞一个。
    有个逻辑漏洞,提出来,请楼主思考一下。
    你的问题楼住已经回算了,我们支持Classic,但并不反对闪电网络和侧链,物联网中的微小交易完全可以由链下来完成,我们反对的是:
    “但不能反过来说,将来用户增速有可能超过带宽,所以比特币现在就先自我阉割,大幅修改中本聪设计的,经过6年验证的成熟架构,把日常交易强行赶到闪电网络上,把主链阉割成一个结算网络,这是极其荒谬的。”
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  • idgui.com 船长 2016-03-11 22:45:54 只看该作者8楼
    lyf20617 发表于 2016-3-11 22:18 有25亿人使用比特币,每人每天产生2笔交易,一年就是25*2*365=18250亿笔交易
    VISA在2014年的的交易量 ...
    “VISA在2014年的的交易量也才409亿笔” 但是比特币按标题说的是全人类的交易,并不是仅仅信用卡的交易。想想自己一年才几次VISA交易??世界上还有很多人是连银行卡都没有的。
    再说交易是会增加的,之前每人每天足够是因为不方便,将来方便会,甚至很多活动都可以构成交易。 如:网上看到好文打赏,群里发红包,支付买个下载资料,自动售货机买瓶水…… 新的支付场景会越来越多,这些多而杂的小额支付就应该交给比特币侧链,或者第三方链下钱包。比特币主链不应该贪多。 楼主给的下面那个图,非交易量多到价格高的因果关系,又可能是仅仅是因价格高而交易活跃从而导致交易多的因果关系。 “BTC有那么巨大的潜力可以挖掘,core却着急开始自我割?”
    【答】 Core是同意2MB扩容的,见楼主评价的《香港圆桌共识》。 BTC主链是可以继续扩,但是没扩一次就是对“去中心化”的伤害一次。是流血的挖掘主链。 因此需要其他方式来挖掘比特币主链潜力。通过侧链技术,才能到更高效地激活比特币主链的最大潜力。

    补充内容 (2016-3-12 12:29): 楼主点评:“对一对k线图,到底是先价格高,还是先交易多”。我觉得,可能是先粉忠因事件或科普推广大量增加,然后买卖比特币频繁,最后才是引起炒作资本注意进入拉高。因此交易多只是粉忠多的表现,非是粉忠多原因
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  • jb9802 副船长 2016-03-11 22:47:18 只看该作者9楼
    玛_雅 发表于 2016-3-11 22:27 应该是在比特币能维持“去中心化”的前提下。 而不是看带宽允许多少就多少提升多少。
    “现在1MB一些电脑开着核心钱包都有些影响网速,有些太占CPU占空间了。 当然2MB也可以接受。”
    不要乱讲好不好,我的笔记本每天都开,网速、CPU有个毛影响,原来区块没有压缩硬盘真是个大问题,停运了很长时间,现在硬盘也不是问题了,笔记本运行完全没有问题。
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  • idgui.com 船长 2016-03-11 23:01:56 只看该作者10楼
    jb9802 发表于 2016-3-11 22:42 你的问题楼住已经回算了,我们支持Classic,但并不反对闪电网络和侧链,物联网中的微小交易完全可以由链 ...
    “但不能反过来说,将来用户增速有可能超过带宽,所以比特币现在就先自我阉割,大幅修改中本聪设计的,经过6年验证的成熟架构,把日常交易强行赶到闪电网络上,把主链阉割成一个结算网络,这是极其荒谬的。” 【答】既然支持闪电网络和侧链,那么就应该对主链区块大小有所限制。1MB和2MB差不太多,都可以。但不能Classic路线图近期未来出现超大区块。
    注意并不是因为“用户增速有可能超过带宽”才限制区块大小的。而是从最普通的人,是否对多大的区块有压力,从这个角度来看,多大区块。 否则大到一定程度,所有的普通人的节点都没有了,只剩下一些矿池节点了,那比特币还“去中心化”吗?还是比特币吗? “经过6年验证的成熟架构” 【答】成熟架构是小于1MB的构架。远超1MB的构架是否能继续良好运行不出问题是说不准的。 “把日常交易强行赶到闪电网络上,把主链阉割成一个结算网络”。 【答】这个只是楼主自己想的,比特币主链从来就不会立刻变成纯结算网络,仅仅是预期交易手续费可能会越来越高而已。而这个过程与未来用户和交易量的增速有关。 另外注意也不是仅仅赶到闪电网络,而是第三方链下钱包,比特币侧链,LN等多个渠道分流,从而使整个比特币体系能具备与VISA,支付宝等相匹敌的处理能力,而仅仅靠扩容根本不太可能。 闪电网络和侧链是Core团队的强项,在只有几人Classic团队也就只能无限扩容调整参数。
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  • 玛_雅 版主 2016-03-11 23:08:48 来自App只看该作者11楼
    jb9802 发表于 2016-3-11 22:47 “现在1MB一些电脑开着核心钱包都有些影响网速,有些太占CPU占空间了。 当然2MB也可以接受。”
    你的笔记本电脑可能配置较高,你的网速较快,感觉不到,但是你怎么保证其他运行核心钱包的个人电脑都没有问题呢?
    现在1MB或2MB,当然关系不大,但万一在Classic路线下,100MB,200MB一个区块了,你是否会再次停运呢?
    注意个人电脑的运行核心钱包,是没有任何收益的免费贡献。必须以不怎么影响他们电脑为目标。而Classic的路线图显然与这个相违背。到时可能就没有多少个人电脑运行而中心化了。
    补充内容 (2016-3-12 18:06): 楼主点评:“你不运行核心钱包,你怎么用比特币?这和免费奉献有什么关系?”确实一个单独的人,运行与不运行核心钱包,确实无关紧要。但注意是一类人,假设因过大区块或太卡等原因,导致几乎所有个人都不运行呢?
  • bincoin 海盗王 2016-03-11 23:13:33 来自App只看该作者12楼
    到时候比特币已经不是比特币
  • jb9802 副船长 2016-03-11 23:25:11 只看该作者13楼
    idgui.com 发表于 2016-3-11 23:01 “但不能反过来说,将来用户增速有可能超过带宽,所以比特币现在就先自我阉割,大幅修改中本聪设计的,经 ...
    ”【答】既然支持闪电网络和侧链,那么就应该对主链区块大小有所限制。1MB和2MB差不太多,都可以。但不能Classic路线图近期未来出现超大区块。“
    美的和格力都卖空调,所有美的就要限制格力卖空调,靠,你的想法太霸道了吧,这还是市场经济,这还是比特币倡导的自由?
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  • nodouble 副船长 2016-03-11 23:34:26 只看该作者14楼
    玛_雅 发表于 2016-3-11 23:08 你的笔记本电脑可能配置较高,你的网速较快,感觉不到,但是你怎么保证其他运行核心钱包的个人电脑都没有 ...
    现在1MB一些电脑开着核心钱包都有些影响网速,有些太占CPU占空间了。
    你有没数据支持?
    现在树莓派都可以很好支持比特节点,目前那个个人电脑不必树莓派强大得多?
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  • 玛_雅 版主 2016-03-11 23:48:01 来自App只看该作者15楼
    nodouble 发表于 2016-3-11 23:34 你有没数据支持?
    现在树莓派都可以很好支持比特节点,目前那个个人电脑不必树莓派强大得多?
    树莓派可能能支持那是因区块大小不超过1MB。而将来100MB时,你确定其依旧可以吗?
    上面说 “美的和格力都卖空调,所有美的就要限制格力卖空调,靠,你的想法太霸道了吧,这还是市场经济,这还是比特币倡导的自由?” 【答】 我没有说Classic不能做侧链技术和闪电网络等。但是Classic没有技术。就像美的可以做冰箱做洗衣机做电磁炉。但是格力只有技术做空调。 当年美的格力共存下去更好,但假设我们未来选择一个的话,当然是选美的。 你说选了格力,美的的那些做其他电器的人会跳槽过去,那真是搞笑。
  • 爱你别烦 副船长 2016-03-11 23:54:10 只看该作者16楼
    在没有已落实的可行性方案之前,可以先浮动至2M,但是不能无限上浮。区块体积太大,今后的优化方案都没办法做了,了。
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