2.2 軟分叉——技術的延伸

2.2.1 共識機制（公鏈）

公鏈，也稱非許可鏈，是指在無須許可或者第三方信任的分布式開放系統環境下運作的區塊鏈技術系統。共識機制是區塊鏈技術的核心，不同的共識機制會生成不同的區塊鏈系統，具有不同的技術特征。下面是幾種常見公鏈共識機制的簡單總結與對比。

1）工作量證明（POW）：基于哈希函數計算的競爭機制，優勝者獲得記賬權和挖礦獎勵。

優點：機制簡單；挖礦即共識；作惡成本高（51%攻擊）。

缺點：耗費能源；效率低；礦場&專用芯片（ASIC）^[1]會導致算力寡頭化。

2）權益證明（POS）：在POW基礎上加入節點權重，引入代幣作為權重依據，根據每個節點所占權重的比例和時間，等比例地降低權益證明（POS）難度，從而加快找隨機數的速度。

優點：減少參與驗證和記賬節點的數量，可縮短共識周期。

缺點：依賴代幣，仍然會浪費計算資源，且使得“富者更富”。

3）委托權益證明（DPOS）：在POS的基礎上，每個節點根據權重投票選出一定數量的“超級節點”，由這些節點輪流產生區塊，代理它們進行驗證和記賬。

優點：不再需要通過“挖礦”來產生區塊，可以大幅縮短交易確認的時間，能夠達到秒級的共識驗證。

缺點：還是依賴代幣，不適用于一般的商業應用。

4）其他混合機制（DPOW）：在上述機制的基礎上混合。

2.2.2 記賬方式

區塊鏈技術也被稱為分布式賬本技術，賬本的設計即每一個區塊內的交易記錄內容。目前區塊鏈應用中，交易記錄內容主要為區塊鏈系統上的交易及賬戶信息。實際上任何事物都可抽象成交易，區塊鏈技術在更廣泛行業應用設計的主要工作是定義行業交易行為及賬本記錄內容。

1）僅記錄交易，以比特幣UTXO模式為樣板。

優點：存儲數據簡單，量小，交易上鏈的先后次序不敏感。

缺點：每次計算賬戶余額需要遍歷所有交易匯總計算。

2）同時記錄交易和賬戶余額，以以太坊的模式為樣板。

優點：可以快速讀取賬戶當前狀態；賬戶狀態與交易記錄可以交叉驗證。

缺點：同時處理交易與賬戶，效率較低；交易上鏈與賬戶更新需要同步操作，確保一致性。

在數據隱私性方面，目前所有區塊鏈技術系統的記錄內容都是完全公開的，任何節點都可以查詢所有交易記錄。但是對于隱私敏感型數據和行業應用，需要設計賬本的加密方式，信息公開的級別和訪問權限要求。關于數據隱私管理，本書第16章“數據資產化時代的生產關系確權”中“自主權數據管理”相關部分將會予以詳細論述。

2.2.3 智能合約

1995年，計算機科學家尼克·薩博（Nick Szabo）給出了智能合約的定義：“一個智能合約是一套以數字形式定義的承諾（promises），合約參與方可以在上面執行這些承諾。”

智能合約在區塊鏈技術的逐步發展中變得越來越強大和完善。

智能合約1.0：比特幣在系統設計中引入了智能合約的理念，但是在系統實現過程中僅提供了基于函數調用方式的API接口，功能有限。這其實也是以中本聰為代表的比特幣開發者的初衷，過分強大的智能合約將給系統帶來不可預知的安全隱患。

智能合約2.0：以太坊把智能合約發揚光大，首次實現了圖靈完備的智能合約設計腳本語言，智能合約可以計算、存儲以及自動執行交易并修改賬戶約，智能合約一旦上鏈不可更改（Code is Law）。基于以太坊的智能合約應用，區塊鏈進入了瘋狂生長的ICO和通證經濟時代。

智能合約3.0：智能合約不僅限于交易及賬戶操作，Elastor、Qtum、Neo等新興的區塊鏈項目實現了更為復雜的智能合約功能，幾乎任何應用都可以使用智能合約實現。但是，上述區塊鏈項目市場影響有限，并未給區塊鏈行業帶來大的改變，其智能合約的安全性也沒有得到大規模的驗證。

2.2.4 加密及哈希算法

技術上，區塊鏈系統加密與哈希算法的升級主要源于已有算法的安全性受到威脅，如算法被破解等。

機制上，加密與哈希算法的選擇直接影響了挖礦的實現方式和效率，進而影響了礦工的收益，從而決定了以礦工為代表的區塊鏈社群生態的變化。

對于工作量證明機制POW而言，采用ASIC可以提高挖礦效率，造成礦工發展的不均衡，會導致事實上的中心生成。例如比特幣的挖礦已經出現了幾個事實上的寡頭，從而引發了2018年“澳本聰大戰吳忌寒”等寡頭競爭的行業熱門事件，導致比特幣社群出現了一次大分裂。以太坊和萊特幣則分別選擇了難以通過ASIC實現的哈希算法，以保證挖礦收益的公平性和礦工社群發展的均衡性。

2.2.5 區塊與鏈

比特幣在社會上日漸流行，比特幣網絡處理和檢驗交易的壓力加大，確認交易時間從10分鐘到最長超過40小時。因此，提高比特幣系統的處理能力成為區塊鏈技術領域的核心議題之一。

1．區塊擴容

比特幣現金（一種比特幣衍生出的虛擬貨幣，參見本書第3章“基于比特幣的衍生產品”）2017年8月成立，將比特幣的區塊容量由1M升級為8M，并計劃進一步升級為32M，升級后，比特幣現金的交易確認速度穩定為10分鐘左右。但是，區塊鏈擴容將增加礦工不均衡發展的機會，進一步導致礦工寡頭崛起。因此在比特幣社群中一直存在是否進行區塊擴容的爭議。

2．鏈與DAG

區塊鏈名字中的“鏈”意味著所有區塊通過鏈式結構連接在一起。鏈式結構可以確保區塊上鏈的準確唯一性，但鏈式結構的缺點是數據不能并行處理，導致系統效率較低。

有向無環圖（Directed Acyclic Graph，DAG）原本是計算機領域的一種數據結構，因為獨特的拓撲結構所帶來的優異特性，被用來嘗試優化區塊鏈系統的效率。DAG協議使用DAG數據結構維護區塊和系統狀態，DAG不要求節點從線性方式處理交易，可以并行挖DAG區塊，以實現更高的吞吐量和更短的交易處理時間。DAG仍處于初級階段，安全性和一致性尚待驗證，還不能成為可行的擴展方案。