區塊鏈:區塊空間競爭如何扭曲交易打包時間?_以太坊

撰文：Tripoli

編譯：0x11，Foresight News

本周早些時候，我在以太坊基金會舉辦的 Reddit AMA 上提出了一個問題，其中一個回答引起了我的注意：

比特幣區塊時間動態被研究得更多，數據可用性更高。因此，我將把以太坊的工作量證明轉移到比特幣上進行分析[1]。這兩個系統非常相似，主要區別在于難度調整將比特幣的平均出塊時間保持在 10 分鐘，而以太坊的平均出塊時間保持在 13 秒左右[2]。

然而，區塊時間平均值是一個巨大的簡化。媒體經常將比特幣礦工稱為一群解決復雜數學問題的計算機，但事實并非如此。解決這個詞隱含的意思是，這類主流類比表明采礦設備不斷接近解決方案，但這不是加密挖礦的工作方式。最簡單的散列類比是拋硬幣并嘗試連續 77 次正面朝上[3]。 不正確的散列不會提供有意義的進展，這是賭徒謬誤的一個版本：所有散列都是獨立的，當散列失敗時就沒有進展。

河南地方性金融機構跨境金融區塊鏈服務平臺首單融資業務在自貿區洛陽片區落地:5月25日，在外匯局河南省分局及洛陽市中心支局指導下，洛陽銀行洛陽自貿區支行通過跨境金融區塊鏈服務平臺，為自貿區內企業成功辦理了一筆出口應收賬款融資業務。這是河南省轄內法人銀行基于區塊鏈技術的首單跨境金融貿易融資業務，也是金融服務在河南自貿區先行先試，讓企業享受更多“線上”服務，助力企業復工復產的重要舉措。（外匯局官網）[2020/5/28]

嘗試的獨立性和由此導致的缺乏進展被描述為失憶。不管上一個區塊已經過去了多長時間，比特幣礦工發現下一個區塊的可能性總是一樣的：下一個區塊出現的平均時間總是在 10 分鐘后。

如果你對比特幣區塊間隔方差的數據感興趣，Jameson Lopp 幾年前寫了一篇很棒的文章。簡單來說就是，忽略源自非常快速出現的區塊的邊緣案例，區塊間隔遵循指數概率分布。

動態 | 沈陽未來產業體系建設瞄準區塊鏈鄧等17個重點方向:據遼寧日報消息，日前，沈陽市未來產業培育和發展規劃出爐，明確提出沈陽市將重點培育“3+2”未來產業生態體系，即未來生產、未來交通、未來健康三大主導產業，以及未來信息技術、未來材料兩大賦能產業，具體包括區塊鏈、智能機器人、智能制造系統集成、智能網聯汽車、人工智能、工業互聯網等17個重點方向，并力爭到2025年，建立達到國內領先水平的未來產業體系。[2019/1/4]

比特幣出塊時間方差：理論與現實；資料來源：Jameson Lopp

為了討論交易打包時間，我們需要在分析中添加另一層。天真的說法是，當比特幣交易被提交時，它應該被包含在下一個區塊中，該區塊平均會在 10 分鐘內完成；因此，打包時間應為 10 分鐘。在實踐中，區塊空間的競爭本質扭曲了打包時間并挑戰了可交換性的假設。

下圖顯示了 2022 年 9 月 2 日待處理交易的攀升。圖表中的每個斷崖或下降都表示發現了一個新區塊并處理了一批最有價值的交易。為了方便，網格豎線以 10 分鐘為間隔，既比特幣平均出塊時間。

人物丨V神：內置分散式治理機制的區塊鏈項目對許多應用程序有意義:據V神最新消息，他認為內置分散式治理機制的區塊鏈項目對許多應用程序有意義。但要花好幾年時間來弄清楚如何才能做得更好。[2018/6/25]

比特幣內存池

該圖顯示了區塊發現中的非典型但并非罕見的差距。從 10:20 到 12:18，只發現了兩個區塊，而不是預期的十二個。

雖然在 10:20 發送 12 sat/vB 交易似乎是安全的，但它可能直到 13:00 才被處理，至少 8 個，可能多達 11 個區塊。延遲的兩個來源是區塊時間方差和不對稱時間信息，即較晚提交的交易具有額外信息的優勢，并且能夠支付更大的費用以跳過交易隊列。

從緩慢發現的區塊中隨機抽取樣本并分析其中包含的交易，在交易提交時間和包含在下一個區塊中的交易相對密度之間出現了一個清晰的模式[4]。慢速區塊包含的交易來自緊接在發現區塊之前的時間倉，比來自緊接在前一個區塊之后的時間倉多出大約 50%。

金色財經現場報道北京領主科技創始人劉大鴻：不能以傳統互聯網的思維去看待區塊鏈:金色財經現場報道，在2018中國區塊鏈高峰論壇以“區塊鏈將帶給我們怎樣的未來”的圓桌論壇上，北京領主科技創始人劉大鴻表示，“對于如何判斷區塊鏈項目，我認為首先要回到需求上去看區塊鏈項目，要有應用場景，投資人也應該更加理性，未來區塊鏈的發展會進入到人們生活的方方面面，區塊鏈的投資人還是不夠多，需要投資人更多加入，推動行業發展。”[2018/5/20]

與此形成鮮明對比的是，如果我們查看快速區塊，則提交時間的分布要均勻得多[5]。這表明在快速區塊中的時間競爭沒有意義。

金色財經現場報道 火星王峰：區塊鏈對互聯網改變的帶來的啟示 :金色財經現場報道，在世界區塊鏈大會·三點鐘峰會宏觀經濟探討部分，藍港互動創始人、極客幫創始合伙人、火星財經發起人王峰分享了區塊鏈的啟示：1、區塊鏈是價值的互聯網，區塊鏈的第一動力是價值交換；2、互聯網的扁平化沒有帶來人類的繁榮，區塊鏈的大力發展能夠解決這個問題；3、互聯網造成了生產力的大幅提升，但大眾被前所未有的孤立，區塊鏈能夠將個體對這個世界的創造和參與解放出來；4、大量互聯網時代的軟件工程師將真正建設區塊鏈3.0；5、摸著石頭過河，區塊鏈需要越來越多的改革派和實干派；6、區塊鏈解決了信任問題，信任最高境界是無需信任；7、做不好社群就做不好區塊鏈；8、習慣了互聯網的免費午餐，在區塊鏈中要注意面臨風險；9、不要錯過比特幣投資，但是比特幣不等于數字貨幣；10、人性不能太貪，對于任何投資機會任何投資投資者都一樣。[2018/4/24]

大多數區塊都可以很快發現，所以這有什么關系嗎？

如果我們計算預期出塊時間，長尾區塊的貢獻其實出奇的大。如果計算平均出塊時間但忽略 20+ 或 30+ 分鐘這樣的異常值，則預期的出塊時間將下降到 6-8 分鐘。

關于打包時間，區塊空間的時間競爭基本上忽略了這些長尾塊。例如，我們假設超過 20 分鐘的交易被新的更高費用的交易取代，那么進入第一個區塊的交易的平均打包時間理論上應該下降到只有 6 分鐘。

實際上，并沒有下降到 6 分鐘。我們在慢速區塊分布中看到交易沒有被完全替換，但我預計第一個區塊打包時間可能在 8-9 分鐘范圍內，而不是天真的 10 分鐘近似值。

進一步計算被替換的交易將需要比本文提供的更全面的數據分析（嚴重依賴于區塊空間需求的趨勢、區塊間隔的后續隨機滾動等），結果可能是多峰諧波分布。

回到權益證明以太坊，假設非競爭性區塊空間，不變的 12 秒區塊間隔表明平均打包時間為 6 秒[6]（與工作證明中的 13 秒相比）。

然而，以太坊區塊空間競爭異常激烈。

即使區塊間隔不變，我們似乎也看到了強烈的時間競爭，甚至超過了比特幣長尾區塊空間的競爭。所有這些都在幾秒鐘內發生，每 12 秒重復一次。

那么，打包時間是否更短？我想這將取決于如何定義打包時間。如果以太坊上的第一個區塊是在區塊間隔的最后幾秒內提交的交易占主導，那么我不清楚方差的下降是否會產生有意義的差異。另一方面，如果我們談論的是單筆交易，其優先費用足以確保交易包含在內，那么預期的打包時間應該從 13 秒減少到 6 秒[7]。

注解：

[1] 指數概率分布的方差與區塊時間的平方成比例，因此比特幣區塊時間的方差是以太坊 PoW 區塊的 (600/13)^2 = 2130 倍。也許這可以解釋為何對以太坊區塊時間的分析相對缺乏。

[2]該指標假設以太坊不處于硬分叉的時間窗口，在硬分叉時間窗口，出塊時間開始呈指數增長，以迫使礦工采用這種變化。

[3]截至撰寫本文時，30 天的平均哈希率為 2.5075 億 TH/s，因此在一個 10 分鐘的區塊中有 250.75×E6×E12×(60×10) = 1.5E23 次哈希嘗試。為了找到一個硬幣翻轉等效物，我們采用一個以 2 為底的對數，它等效于 76.9 次連續的硬幣翻轉。

[4]該樣本中的慢速區塊是在 2022 年 12 月 22 日至 2023 年 1 月 12 日之間發現的偽隨機序列，包含 40 個塊，區塊間隔時間在 42 到 75 分鐘之間。

[5]該樣本中的快速區塊是在 2022 年 12 月 22 日至 2023 年 1 月 12 日之間發現的一個由 86 個區塊組成的偽隨機序列，區塊間隔時間在 2.5 分鐘到 6 分鐘之間。

[6]如果我們由于驗證者的錯誤而忽略空塊，則不變。

[7]不幸的是，合并前數據似乎不可靠，盡管這可能只是由于區塊空間的超級競爭性質加上區塊時間差異而造成的，我沒有足夠的信心發布它。

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