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出块时间和分叉率

小吕同志蕴
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可以看到,PoW机制最大的好处是用一个简洁的算法,实现了完全非许可(premissionless)的出块权随机指定,竞争节点之间完全不需要协同和通讯,可以轻松支持任意数量的出块节点共同竞争,具有极佳的去中心特性。也正是由于这一点,这个算法导致了区块广播延迟和出块间隔之间的矛盾。当出块间隔较短时,一个新的区块尚未充分全网广播之前,就有另一个矿工在同样的高度出了另一个新的区块,即发生了所谓的分叉(Fork)。这种情况下,最终其中一个区块会被抛弃掉(ophaned)。发生这种情况的概率不能太高,否则会显著降低原为51%的算力攻击基准(Selfish Mining),极端情况甚至会导致分叉始终无法到达稳定收敛。
    区块广播延迟主要由区块大小和全网各个节点间的带宽决定。当前的互联网环境,大致需要 10 秒可以广播到 90% 以上的节点。所以在比特币网络中,10分钟左右的出块间隔使得区块分叉的概率极其低。2018 年整个上半年,仅出现两次分叉。而在以太坊网络中,15 秒左右的出块间隔使得区块分叉的概率始终保持在 10% 左右,即使其区块远小于比特币的区块。要注意一点,PoW的出块间隔是统计意义上的,实际情况是出块间隔时大时小,而统计期望是10分钟。这个并不是全网算力波动造成的,而是因为搜索Nonce的过程是个随机刺探过程(撞大运),所以很多矿池都给出了自身的运气值曲线,(笑...)。——王嘉平
        有研究表明,开发者社区对比特币提出了上千项的各种改进建议,包括降低出块时间,提高区块容量等等。因为比特币非常显著的一个问题,就是交易的并发量太低。这些都是非常显而易见的问题,但是如果从一个完整的系统的角度来看。中本聪对比特币这个系统的设计历经时间的考验,绝对是堪称完美。虽然在局部不算最优,但是达到了一个整体的最优。就好比前苏联人制造的米格25,连导弹都追不上。美国人一直很好奇是怎么做到的?当前苏联的飞行员别连科夫驾驶叛逃到土耳其的时候,美国人把这架飞机拆解之后,发现里面用的竟然还是电子管系统。飞机的材料用的竟然是钢,因为这样在高速飞行的时候就可以对抗高温,还能保持足够的强度。坏处就是它的转弯半径非常大。这些看起来不可思议的组合,达到了一个全局上的最优。
        而比特币十分钟的出块时间,确保了区块在全网有足够多的广播时间。而以太坊15秒钟的出块时间平均大概有10%的分叉率。作为改进的bch,莱特币等也都在实际的运用过程中出现了分叉的情况。
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