技術流評BCH分叉中的區塊大小之爭：調大區塊是提升效率的正確途徑嗎？

在2018年11月的BCH 分叉中，Bitcoin SV 陣營但願將區塊大小在現有的基礎上繼續增長，增長到 128MB 大小。而 Bitcoin ABC 陣營認爲 32MB 大小已經足夠。和比特幣最初的 1MB 大小相比，一年多來分叉鏈對區塊大小的調整就像是一場大躍進同樣。這麼作真的沒問題嗎？咱們從學術研究的結論中爲您尋找答案。

區塊擴容的歷史

咱們都知道，在比特幣創世時，採用了 1MB 區塊大小的限制。在最初的幾年，比特幣受到的關注有限， 1MB 大小被填滿的次數也很少，你們彷佛沒有以爲 1MB 有很大問題。

隨着比特幣受到的關注愈來愈多，比特幣的吞吐率侷限性日益凸顯。按平均一筆交易 250 字節計算，比特幣每秒只能處理不到 7 筆交易。

爲了緩解效率問題，隔離見證，2M 區塊大小的等方案被提出。2017年8月，BCH 從比特幣分叉，而且將區塊定到了 8MB 大小，今年 5 月將區塊大小調整到 32MB。在本次分叉中，Bitcoin SV 更是提出了 128MB 的巨大區塊。

區塊大小對安全性的影響

早在2015年的時候，學術界就對區塊大小和出塊時間對安全性的影響進行了研究。其結論簡單來講，在最長鏈規則下，區塊大小和出塊速度的對安全性的影響能夠用一個比值歸納：

區塊傳遍全網時間 / 出塊間隔時間

這個比值會影響雙花攻擊須要的算力。比值越大，進行雙花攻擊須要的算力越小，安全性越低。

（注：若是誠實的礦工們算力相對集中，也會提升安全性。區塊傳遍全網的時間能夠把長尾切掉，好比說，傳遍95%的算力節點視爲傳遍全網。）

比特幣對提升傳播速度的不懈努力

和十年前的網絡環境相比，現在的網速大大提升。發送一樣大小的數據須要的時間更少。不只如此，在2016年的時候，比特幣還經過實現緊湊區塊(Compact Block)來下降傳輸時間。

與保留所有交易信息的完整區塊不一樣，緊湊區塊中只保留交易的短 ID（僅6個字節）。當一個節點挖出區塊時，只在網絡中傳播緊湊區塊。收到緊湊區塊的節點先嚐試從本身的交易池中恢復完整區塊，當恢復失敗時，再嘗試向鄰居節點請求衝突或丟失的交易。

對於 1MB 大小的完整區塊，緊湊區塊僅有 15KB 的大小。據報道，直接恢復完整區塊的成功率高達 86%. 這大大下降了比特幣區塊傳遍全網的時間。統計數據顯示，2016 年 12 月的區塊傳播時間只有 1 月的不到六分之一。

那麼，調大區塊到底安全嗎？

和比特幣運行初期相比，現在區塊傳遍全網時間已經大大下降。就安全性而言，1M 的區塊大小已經很是地保守了。即便將區塊大小增長到 8MB , 也能夠得到近似於 3 到 5 年前比特幣的安全性。

然而，對於 32MB 這樣大的區塊，其安全性就須要謹慎考量了。雖然使用緊湊區塊技術依然能夠作到大約 500KB 大小的實際傳輸量。但當網絡中的交易愈來愈多的時候，可能有大量交易堵在路上，致使完整區塊的恢復成功率大大下降，最終致使傳輸時間過長。

而 128MB 區塊大小就近乎瘋狂了，更可怕的是，這個方案的擁護者們彷佛徹底沒有考慮過上述問題。筆者粗略估計，除非算力集中，不然 128MB 區塊可能面臨嚴重的安全性問題。但若是算力真的集中起來，它和一箇中心化系統的區別又有多少呢？

歸納來講，適當地調大區塊能夠緩解吞吐率問題，可是無底線地調大區塊，勢必會形成嚴重的安全性問題。

最重鏈規則：降維打擊式解決安全與效率兩難問題

上面所述的問題，只侷限在最長鏈規則之下，因此咱們能夠從另外一個維度去考慮。GHOST 共識協議設計了最重鏈規則，不管區塊大小和出塊速度怎麼調整，雙花攻擊都須要 50% 的算力。

Conflux 基於 GHOST 協議改進和實現，經過有向無環圖結構，在保證安全性的前提下，在跨大洲模擬實驗中實現了每秒 1.6MB 數據的吞吐，至關於 6400 筆交易。這一表現爲打造高效率的 PoW 公鏈提供了堅實的共識基礎。

參考文獻：

[1] Sompolinsky, Yonatan, and Aviv Zohar. "Secure high-rate transaction processing in bitcoin." International Conference on Financial Cryptography and Data Security. Springer, Berlin, Heidelberg, 2015.

[2] Li, Chenxing, et al. "Scaling Nakamoto Consensus to Thousands of Transactions per Second." arXiv preprint arXiv:1805.03870 (2018).

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做者：李辰星(lylcx2007@gmail.com), 公鏈項目 Conflux 研究成員

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