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区块链深度技术分析(一):PoWBlock时间

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区块链深度技术解析(一):PoW&Block Time

本系列分享了一些关于区块链的深入的技术见解。

区块链作为分布式系统的一种形式,通过区块高度来建立区块链的秩序。在几乎所有基于PoW共识的公链系统中,在全网计算能力动态变化的情况下,需要一个动态的难度调整机制来控制一个固定的阻塞时间。比如比特币,阻断时间是10分钟。

那么,中本聪当初设计比特币的时候,为什么选择10分钟作为区块时间呢?为什么不选择较短的分段时间来加快分段生产速度呢?如果是这样的话,比特币交易的处理速度会快很多。

中本聪(比特币的发明者)自己决定,区块生产速度要保持稳定的平均每10分钟1个区块的速度。这是因为区块链将最新的块传播到世界上的所有节点估计需要10分钟,以便区块链可以保持适当的同步。

如果以更快的速度生成块,地球另一端的一些节点可能无法足够快地赶上最新的事务数据,这可能导致节点不再正确对齐,从而导致“块叔叔”(链分裂),这基本上是区块链为了保持安全必须尽可能避免的事情。换句话说,它的目的是防止主链频繁分叉。

好奇的读者可能会问,它也是PoW共识算法的以太坊。为什么能做到17秒的阻断时间?

以太坊通过GHOST协议加速阻塞时间。Ghost协议,英文为“ghost(greedy ghost observed subtree)协议”,由Yonatan Sompolinsky和Aviv Zohar于2013年12月提出。GHOST是一种主链选择协议,经典的PoW共识协议以最长的链为主链选择下一个块。GHOST协议基于子树个数最大的原则,选择下一个块,这是GHOST和POW协议最大的区别,也是唯一的区别。

据统计,以太坊的分叉率为10%。因此,尽早合并以太网主网,维护主网同意,显得尤为重要。

下图假设一个大型矿池A包了一个黑色的3号块,发出3号块的洪水通知其他矿工3号块已经被A挖开了,以太坊的快出时间是15秒。在15秒内,这个block 3还没有完全扩散到整个区块链网络,所以其他没有收到这个block的节点会继续挖掘block 3。

3号块发布后,A继续挖4号块。在此过程中,A陆续收到其他节点挖走第3块的通知。在上图中,假设A已经从其他四个节点(在上图中以灰色显示,它们是3A、3B、3C和3D(代表第三个块而不是父块))接收了块3。A收到这四个块后,意识到要尽快挖出块4来证明自己的链是主链,要求他们在A释放的黑块3上继续挖块4,有没有办法让其他节点识别合并到A释放的块3中?

a会在正在挖掘的4号块上打包两个硬币交易(因为以太坊规定每个块最多包含两个大叔块的奖励)。这两笔交易会分别奖励给放出3A和3B的矿工,这两笔交易的价值是提供区块奖励的7/8,也就是3A和3B被A招募,除了提供区块奖励之外,还可以额外获得1/32的提供区块奖励。

这样,3A和3B在获得邀请公共安全的奖励后,将停止在3A和3B的开采,但将在A的4号区块后面挖掘,因为他们已经获得了叔叔的奖励,继续开采的意义不大。

3C和3D几乎与3A和3B同时发布区块,后者得到了回报,那么前者会被主网抛弃吗?显然,这是不合理的。所以以太坊设计了第二代三级区块的概念,考虑到一个区块会出现多个分支,也就是4号区块之后5号区块的发布者可以继续邀请3C和3D,但是因为区块中间有3号区块,3C和3D只能得到6/8的区块奖励。而街区5的发布者除了发布街区的奖金之外,还可以额外获得邀请公共安全奖金的1/32。

通过GHOST协议,未纳入主链的三级区块和二代三级区块也可以获得挖矿奖励。但值得注意的是,这些大叔块后面继续挖掘的块是不会得到任何奖励的。这是为了鼓励其他块在找到最长的区块链后尽快合并。

作为系列的第一部分,我们解释了块时间的意义和作用,以及PoW共识中处理比特币和以太坊的不同方式。在下一篇文章中,我们将关注时间戳,并讨论它在调整块的难度方面的作用,以及它的潜在缺点。

(作者:链博科技,其内容来自开放内容平台“GetNo。”链条的;本文仅代表作者观点,不代表链家官方立场)

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