POW 的强力挑战者：Algorand 的算法 - 区块链前沿 - BitMere

POW受矿池控制中心化程度高，POW被攻击的第一个点，就是挖矿带来了矿机矿池，造成了算力垄断，客观造成了网络中心化程度变高。

在为POW辩驳之前，我们先来看看，Algorand的核心思路。目前业内有一个基本的共识就是要达成小范围的共识，那么BFT也就是拜占庭容错算法，是非常好用的，因为不涉及挖矿，所以速度会非常快。而对于大范围共识，或者说全球的无准入门槛的共识，POW是唯一一个被验证可行的算法，但是POW的确比较昂贵和低效。Alogorand要打破的就是这个矛盾，要做出又快又广的共识。共识要想快，基本思路就是要先选取出委员会，例如EOS项目就是靠事先选举好一个21个成员组成的委员会进行表决的，我们可以明显看到这种做法中心度是比较高的，需要我们对这21个公司有足够的信任，另外委员如果都是固定的，不管是去进行DOS攻击还是进行贿赂，其实都是比较容易的。而Algorand采用的是非固定委员会制度，号称能达成真正的去中心化。具体做法的核心就是通过随机数，这就难怪项目名字中就有rand，也就是“随机”这个词的简写了。每次出块前，网络会随机选举出一个很小的委员会来，没有任何人能够事先知道委员组成，然后在委员会内通过拜占庭容错算法达成共识。

我得声明我没有仔细看Algorand的白皮书。但是当我看到白皮书上：https://arxiv.org/pdf/1607.01341.pdf，写着他们的算法已经申请专利了，而且代码也不开源，我就知道这个项目不是我特别喜欢的那种，因为这种做法本身就是中心化极高的。但是不要紧，下面我们的讨论，不会基于我的无知来进行，而是我们对Algorand进行最优的假设，我们假设它真的能很快的在一个去中心化网络上达成安全的随机数，虽然这个任务其实非常非常难。同时Algorand其实是基于POS的，也就是如果攻击者持有了Algorand项目的三分之一的代币，那么拜占庭算法可能也就失效了，但是这个我们也暂时忽略。换句话说，我们假定Algorand就是一个很快，按照官方的说法就是一秒，就能达成全球共识的系统。那么其实在这个基础上，我依然不认为POW就一无是处。

铺垫有点长了，回到我们要讨论的第一个点，那就是Algorand真的能避免POW出现的算力集中问题吗？首先Peter认为反矿机是一个基本不可能的任务，不管软件的算法怎么设计，不管你是CPU挖矿，内存挖矿，带宽硬盘挖矿，还是用任何狗屁东西挖矿，只要有足够的经济利益，矿工总会能够设计出专门用来挖矿的设备的。再退一步，即使没有矿机，只要Algorand是一个公开的规则，任何参与的机器都有平等的机会被随机数选中而获得代币奖励，那矿池公司就干脆多买PC就行了，反正花了钱就有回报，具体花钱买矿机还是买PC，真的有区别吗？所以说矿池的算力垄断我觉得一方面是不可避免的，另外一方面也没有普通人说的那么危险。51%攻击的意思，不是说一个公司有51%的算力系统就不安全了，而是要同时保证这个公司的人都是疯子，可以不顾自己的投资，一心想干掉系统。同时，大矿池虽然存在，但是整个系统其实还是保留了强有力的去中心化特点的，比如个别矿池瘫痪了，其实不会太影响整个网络的安全，这只会意味着其他矿工会挖的更开心一些。

综上，我们可以总结一下第一个点。首先一方面，不管用什么算法，其实只要有利益驱动，就会有大矿池公司的产生，Algorand也不能避免这个问题。其次第二个方面，只要保证矿池作恶不会获得比不作恶更多的利益，那么整个网络就是安全的。而对于第二个方面，其实只有POW能保证，POS下是保证不了的，而Algorand就是基于POS的。

POW交易确认巨慢

接下来我们讨论第二个点，就是POW交易慢的问题。

先来说说POW为何会很慢。我在知乎的一个帖子上：https://www.zhihu.com/question/59648250，看到maxdeath同学的一个说法，觉得很有道理：不管是POW还是POS本质上就是找一个随机数。其实只要网络上能保证，没有任何人知道下一个生成区块的人是谁，那么就能保证网络是安全的。但是以比特币为例，为何系统要设定10分钟才能出一个块呢？答案就是系统要等待数据能够触及到尽可能多的网络上的节点。同时还是因为网络延时，其实一个块出来后，这个矿工对于出下一个块还是有先发优势的，所以要保证整个过程真正是公平随机的，还需要等六个确认。很多人认为比特币的共识时间是十分钟，其实不对的，真正的共识是需要一个小时才能达成。

说回Algorand的算法，它的1S达成共识，是如何做到的呢？Algorand文档上说，比特币慢是因为比特币设置了十分钟的猜谜时间，但是要知道比特币不是吃饱了撑的非要设置这个十分钟的，而是要等待数据的扩散。Algorand的随机数产生是算法直接生成的，这个肯定比较快，但是其实问题的根本不在这里，比特币要一个小时才能达成的真正的数据的扩展，Algorand真的能在1秒钟完成吗？难道大家不都是在同一互联网里运行吗？同时如果Algorand如此之快，那么真正上线后，处理的数据量必然也比比特币大很多倍，那么这样对网速岂不是要求更高。

好，因为Peter的事先功课做的并不扎实，我们还是对Algorand做最善意的假设。我们认定它1S内就能完美的完成交易的确认，但是即使这样，难道就能满足企业级的速度要求了吗？明显依然不够。所以区块链项目要想真正的快起来，真正满是实际项目的需求，答案明显不在自身。而应该从第二层方案去考虑解决。还是以比特币的POW为例，难道就没有优化的空间了吗？当然有，首先可以通过缩短猜谜时间来提高处理速度，实际中的例子就是莱特币，或者可以通过增大每个区块的容量，来提高单位时间内的处理能力，例子就是比特币现金。但是为什么比特币没有采用这两种方式进行扩容呢？这是因为，强行提高处理速度，就会降低整个系统的安全性。而有全球共识能力的区块链，应该把自己看做是整个网络的第一层，全力关注安全。而对于性能的提升，应该放到第二层去做，例如通过闪电网络，或者其他的侧链方案，这个我们就不展开了。目前世界上，通过第二层来解决处理速度这个思路基本上是个共识了，很多公司和项目都采用了这样的思路。例如国内的Nervos项目，它的CTOJan同学，原来是以太坊项目核心开发者，专门研究POS共识算法的，但是到了自己创业开发Nervos的时候，依然选择了POW作为第一层公链的算法，全力保证安全，而把性能提升的工作放到了第二层去进行。

第二点，关于POW慢的问题，我们也来总结一下。不管用什么算法，其实真正公平的全球共识本身就会很慢，这是网络速度决定的。即使优化后，也不可能达成真实世界中需要的毫秒级的响应速度。所以说POW的慢也不是错，因为要保证全球共识的安全，而快的问题，应该放到第二层去解决。

POW耗能是浪费

最后进入第三点，这个是Peter自己最喜欢跟朋友讨论的一个点，也是Algorand以及其他POS项目最乐于用来攻击POW的一个点：POW的能源消耗问题。引用Nervos团队的CEOTerry的一句话来表明我自己的态度：我们认为挖矿的能耗不是浪费，是有意义的。

我自己有一个观点，只要是自由的市场，那么生产成本跟价格永远会无限趋近的。以目前比特币为例，一枚比特币的价格是6000美金左右，那么用来挖矿的电力和硬件成本，其实也差不多就是这个数。Algorand会说这就是POW最大的问题啊，电力资源都用来算一些无聊的数学题了。但是其实实际情况是，这个生产一枚加密币的成本，跟算法没有一毛钱关系。比特币不值钱的时候，同样是这套算法，一个人用自己的手提电脑就能挖出很多比特币来。而试想当比特币的价格到了1000美金一枚，而挖矿成本低于这个价格，那自由的市场中，就会涌入很多新的矿工，大家比拼算力，挖矿难度于是就会自动调整，挖矿成本也就一路提升直到趋近一千美金。回到Algorand的情况，只能有两种可能，一种是系统只干活，不发币，这样的结果就是大家都会把自己的电脑关掉，没有人会参与共识。另外一种可能就是算法会公平的随机的给每一台机器发放代币奖励，这样，只有还有利润空间，大家肯定会买更多的机器前来提高获得代币的概率，最终也会达成跟挖矿一样的成本平衡。所以说，只要是想在一个无准入门槛的网络中达成全球共识，资源的消耗就不可避免。

另外，前面说了矿池并没有想象的那么邪恶，这里同样的道理，耗能这个事情其实也没有很多环保主义暴徒所宣扬的那样邪恶。首先说挖矿花的钱跟我们去饭店吃顿饭是一样的，都拉动了消费。吃饭的钱，让种菜的农民和餐馆服务员都有了收入。而挖矿花的钱，其实很多都让芯片生产商赚去了，对硬件技术进步是有推动作用的。然后再说电能。其实矿场永远是建设在边远地区，什么四川啊西藏啊蒙古啊。因为这些地方人少，但是自然资源丰富，如果矿场不来，那么其实每年水库都要开闸放水，把很多能源废弃掉，也就是所谓的弃能。挖矿过程会利用起这些能源，给当地带来了税收和就业。底层的逻辑相当于把用不了的电能的价值，存储到了加密货币中。币圈的宝二爷提到过一个词叫“能源货币”，我想大概就是这个意思。

好，关于比特币被攻击的第三点，总结起来我的观点就是：只要你想通过全球共识来生产一种有价格的货币，那么消耗区块链以外的能量和价值是一个必要条件。斯坦福大学教授，华人物理学家张首晟有一个观点：系统内的熵减，必然伴随着系统外的熵赠，说的就是这个意思。

总结

最后来总结一下全文。Algorand项目提出了一个基于随机数共识算法，号称可以不耗能，同时快速安全的达成全球共识。我个人觉得是不可能的，但是整个的思路还是非常能激发我们的思考的，于是伴随着Algorand和POW两种算法的争论，我们有认真思考了POW中心化程度高，处理速度慢以及耗能高三个问题的本质。我个人认为以后这三个问题肯定会随着技术的进步而不断的优化，但是想要一下子彻底消失是不可能的，因为全球共识本身就应该是相对比较慢并且昂贵的。