你的加密货币真的属于你吗？详解PoW协议所有权的重要性

编译：Jhonny

假设您登录到您的支票银行账户：您可以立即看到您的支票账户余额、您的储蓄、您的信用卡欠款额等等。 当您关闭应用程序时，您会确信这笔钱是“您的”，并且您卡上的任何电汇或交易都将由银行和商家“结算”，没有太大风险。 该系统“运行良好”，您信任该系统。 但你真的拥有这些资金吗？

资产的数字所有权是自互联网革命以来在我们社会中根深蒂固的概念。 数字密码和电子邮件地址作为我们身份的概念已被设想为以前具体的物理凭证的标准。 这种数字所有权现象不仅在本质上是人为的，而且是一种高度社会化的想法。 资产的所有权没有任何意义，除非资产的所有权得到其他人（即您希望与之交易的人）的认可。

区块链技术重塑了我们对数字所有权的理解。 我们能够控制个人自由的关键在于，我们可以使用强大的密码学，而不是将我们辛苦赚来的资产存入银行，这使我们能够通过钱包将加密资产存储在区块链分类账上。 但即便如此，我们真的拥有这些加密资产吗？ 与传统金融系统一样，答案是否定的。

区块链钱包的概念确实有点用词不当。 钱包仅存储密钥，这使您有权交易协议中其他所有人都认为属于您的数字价值。 用户确实拥有允许他们使用区块链生态系统进行交易的私钥，但这些密钥只是解锁对区块链网络中存在的资产（即去中心化分类账中的条目）的访问权限的一种手段。 ) 访问凭据。

本文将重点关注所有权在最低级别的 PoW 区块链协议中的含义，并探讨其局限性。

PoW 区块链（如比特币）的强大之处在于它的安全性会随着时间的推移而增加。 每个新生成的区块都代表矿工集体竞赛的结果，他们使用尽可能快的机器来寻找某个密码难题的答案：在这场竞赛中，通常那些花费最多、效率最高的矿工更有优势。 全球数以千计的机器和采矿设备花费数千万美元的电力和运营成本来开采比特币和其他加密货币以获得区块奖励。

年度比特币挖矿能耗趋势图，单位TWh（太瓦时）

矿工获得的资产（区块奖励）之所以有价值，是因为创造任何加密货币都需要大量的电力，加上加密技术保证了加密货币的稀缺性，这些资产是通过每个矿工获得的。 通过参与全球竞争创建。 矿工开采的每个后续区块都会累积先前区块和交易的安全性。 这种工作量证明模型是比特币和以太坊等区块链网络安全保障的基础。

交易结算：确定性的终结性

默认情况下，区块链网络中的所有参与者都认可最“困难”的链，或者其中包含最多区块的链，即“规范分类账”。 让每个人都同意这个“规范分类账”是区块链数字所有权背后的真正驱动因素。 如果明天一个新的分类账被接受为真正的规范分类账，上面没有记录你的交易或加密货币，那么你就会蒙受损失，不能再参与系统，因为系统不再承认你的“所有权”，即使你有一个本地副本。

以上情况适用于所有基于最长链规则的区块链协议（比如现在的比特币和以太坊）。 但是这些协议的安全保证并不是绝对的保证。 在这些协议中，不能保证您的交易永远不会被逆转，也不能保证新的、更长的链不会出现在比特币协议中**。 也就是说，工作量证明区块链中的安全概念是概率性的。 它运行的时间越长，生成的块越多，你的交易被撤销的可能性就越小。 工作量证明链（例如比特币）运行的时间越长，该链上存在的先前交易被撤销的可能性就越小。 这个概念成为结算的确定性（settlement finality）。

交易逆转或链分裂是区块链分叉更大现象的一部分：在区块链分叉中，部分网络参与者对哪个是“规范分类账”有不同的看法。 分叉会对数字所有权产生巨大影响，因为它是一个高度社会化的过程，可能因各种原因而发生。 在以太坊网络中比特币如何验证余额，为了升级网络和添加新功能，网络将经历预定的分叉。 有时会出现有争议的分叉，其中有人不同意对网络协议的更改，决定说服网络中的一些参与者分叉一条新链（例如，比特币现金从比特币核心链中分离出来。一个非常有争议的分叉连锁，链条）。

但是分叉并不是特殊情况。 事实上，由于网络状况，比特币几乎每隔一段时间就会分叉一次。 由于不是每个人都能同时看到传播的区块，两个矿工可能都创建了完全有效的区块，但最终只有一个区块会被比特币协议奖励。

区块链网络并不完美，因为世界上任何人都可以运行一个节点：由于各种互联网连接和延迟问题，块通常需要更长的时间才能在更大的区块链网络中传播，这为在时间间隔内发生潜在分叉提供了更多时间矿工之间就区块达成共识。

最近的区块在以太坊网络上传播所花费的时间

有效但未包含在大多数网络接受的分类帐中的块称为孤儿块，在以太坊网络中也称为叔块。 在以太坊网络中，那些创建叔块的矿工也会得到一点奖励。 这些创建的叔块占所有挖出的块的比例称为叔块率。

以太坊网络叔块率走势图，其中以太坊叔块率在2017年底迎来峰值

叔块率也是当时以太坊网络延迟和低效率的一个很好的指标。 换句话说，如果区块使用过多的gas（即使用过多的计算），这些区块的大小会更大，传播到整个网络的时间会更长，这会增加uncles的数量。 块概率。 在高使用率期间，区块链网络可能会变得拥堵，大量叔块的出现率高于平时。

分叉和链重组的可能性是 Coinbase 等交易所需要等待一段时间才能使用您收到的硬币或将您的硬币转出交易所的原因，通常大约 30 个区块。 安全的确认时间框架，因为交易所试图确保尽可能减少用户失去其资产所有权的机会。

备选方案和相应的权衡

因此，在比特币和以太坊中，参与者只能随着时间的推移增加他们的交易不会被逆转的概率，但永远不能 100% 确定他们不会被逆转。 这个概念融入了区块链协议本身，因为由区块链网络决定哪个“真正的”规范分类账是块最多、工作量最大的分类账。

区块链协议是交易可以实现最终性的地方吗？ 权衡是什么？

对于比特币等区块链，工作量证明的一个关键替代方案是权益证明 (PoS)：PoS 是一种参与者锁定并“抵押”部分加密资产以参与全球分类账共识的机制. 如果参与者恶意行为，他们将失去全部或部分质押资产，从而形成一种基于惩罚的机制。 以太坊长期以来一直希望转向权益证明，并且正在顺利创建以太坊协议的下一个迭代。

基于权益证明的协议将使用“最长链决策规则”的变体，它不需要使用电力来创建更长的链，因此当一笔交易可以被认为是“确定性的”时，没有密码保证; 选择股权证明协议的方式是，在生成 X 个区块后，交易永远无法逆转，并且每个人都遵守协议规则。

这也意味着在权益证明协议中，人们没有动力维护或存储整个交易记录，直到每个确定性时间到达（即在生成 X 个块之前），这是这种方法的一个主要权衡地方. 在工作量证明比特币中，新加入网络的节点将从第一个区块开始下载并验证整个账本，有效地实现与其他参与者相同的“真相”。

权益证明系统如何实现交易确定性？

股权证明机制（例如以太坊的 Casper FFG）依靠一组验证者的股权加权投票来决定特定区块系列何时在主链上最终确定。 也就是说，网络中的节点有一个内置协议，如果满足某些条件，协议将忽略这些块，直到主链达成共识为止。 通常，此投票阈值是拜占庭容错 (BFT)，确保至少 2/3 的验证者在一定时间内投票作为安全措施。

在基于权益证明的模型中有“最终检查点”。 在网络运行了很长时间后，新加入的节点只需要从最近完成的检查点开始验证账本的状态。 无需从第一个检查点开始验证。

也就是说，如果权益证明协议每 1,000 个区块指定一个检查点（每个区块都获得足够的选票）那些区块中的交易不能再被逆转，那么新节点只需要接受账本的“真相”从这个检查点开始，不需要关注之前的其他区块。 在这种情况下，全局状态的验证变得更加主观而不是客观。 事实上比特币如何验证余额，Vitalik Buterin 将权益证明的这种性质称为弱主观性（weak subjectivity），见下图：

这对普通用户意味着什么？

对于与区块链交互的普通用户而言，区块链上的资产只是账本上的记录，类似于目前存储在银行中的法定资产所有权的运作方式。

对于存储在银行的法定资产，您对资金的所有权是存在的，因为银行的中央数据库中有您的余额证明。 在区块链中，用户拥有他们的加密资产的所有权仅仅是因为大多数协议同意所有权是“规范分类账”的一部分。 如果明天链条被黑客攻击并且发生深度块重组，将您的交易从“规范分类账”中排除，那么您的私钥和钱包将毫无用处。 即使你“拥有”你的加密资产，大多数协议也不认可它们。 区块链上数字所有权的风险与底层协议的安全缺陷成正比。 协议的安全风险越大，数字所有权的风险就越大。

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