比特币协议的未来：从实物货币到比特币支付技术

比特币的交易和确认速度较慢。比特币每10分钟产生一个新区块，每个区块为1MB，通常认为六次确认之后，交易不可逆转。因此，比特币的交易速度上限为每秒7笔，确认时间需要1个小时。为了提高交易速度，比特币需要改变工作量证明机制，提高区块的产生速度，以满足日常交易的要求。

为了实现分布式的存储方式，保证总账记录的数据安全，每个节点都要下载每笔交易，随着时间的推移，下载的数据库越来越庞大。比特币的节点越多，总账记录的数据越安全。这种分布式的存储方式浪费了大量的存储空间，也是去中心化付出的代价。为了节约存储空间，比特币设置了轻节点和钱包节点，这些节点不用下载所有的区块链数据，不能参加记账权的竞争，但是可以实现比特币的查询和转账功能，方便智能手机的使用者。

为了保证区块链不出现分叉，比特币协议引入了记账权的竞争机制。竞争结果取决于每个节点的计算能力，这种竞争机制称为工作量证明机制。工作量证明机制导致了计算机硬件方面的军备竞赛，催生了用于记账权竞争的矿机。早期的矿工主要利用计算机的闲置算力，而后来开发和生产的矿机只能用于特定数学问题的计算，这导致了巨大的资源浪费。比特币的计算需要耗费大量的电力。在记账权竞争的过程中，全世界的矿工节点需要耗费大量的电力，而这些电力消耗除了维护比特币的正常运行之外，不会给整个社会带来其他任何效益。比特币的工作量证明机制浪费资源，不利于环境保护，并因此遭到了广泛的批评。

矿机带来了算力过度集中的风险。首先，随着时间的推移和竞争的加剧，矿机的性能越来越好，利用普通计算机参与竞争的矿工逐渐被淘汰，整个网络算力的集中度提高。由于比特币的安全性取决于算力分散程度，这在某种程度上削弱了比特币的安全性。如果不诚实节点的算力超过其他所有节点，则不诚实节点获得记账权的概率更大，从而可能产生 “双花”问题。其次，矿机算力越强，越有可能最先产生新区块，从而在记账权竞争中处于有利地位。在新区块产生之后，产生新区块的节点最先开始在新区块的基础上工作，其他节点在收到新区块产生的消息之后，先要验证新区块的有效性，并在验证合格之后更新区块链数据，然后才能在新区块的基础上工作。

为了改进记账权的竞争机制，数字加密货币可以采用内存困难的数学问题，可以利用现有普通计算机的闲置内存资源，从而避免开发和生产专门设备造成的资源浪费。数字加密货币可以采用权益证明机制，也可以结合权益证明机制和工作量证明机制，参加记账权竞争的矿工先缴纳押金，然后用抽签的方法决定谁才有最终的记账权。这也是今后比特币和以太坊改进的方向。(www.xing528.com)

背景知识：工作量证明机制与权益证明机制

为了得到满足要求的数学问题的结果，矿工需要消耗大量的算力求解数学问题，因此，数学问题的结果就是矿工完成计算工作的证明。由于结果的验证过程比求解过程容易得多，最先解出数学问题的节点可以向其他节点告知计算结果。其他节点可以很快地验证数学问题的结果是否正确，在验证通过之后保存计算结果，并向其他节点广播计算结果，从而在多个节点之间达成共识。在此过程中，最先解出数学问题的节点可以获得比特币奖励。这就是工作量证明机制。工作量证明机制既是比特币的发行机制，也是整个分布式网络的共识机制。

在工作量证明机制中，新区块的记账权是通过全网竞争求解难题来分配的，只有最先求出结果的节点可以获得新区块的记账权，其余矿工则会对新区块进行验证和同步。这保证了全网共同保存着一份完全相同的账本，而记账人是竞争产生的，且得到了所有节点的认可。起初，在算力分散的情况下，工作量证明共识机制能够完全去中心化，维护网络安全。但是随着参与挖矿的算力上升，数学问题的难度系数越来越大，特别是在矿机出现之后，造成了大量的资源消耗。由于工作量证明机制的缺点，人们提出了权益证明机制来保证网络安全。权益证明机制的共识不是由计算算力决定的，而是取决于各个节点持有货币的数量，从而可以大大减少资源浪费，降低系统运行的成本。在权益证明机制下，记账权是以币龄为权重的持有货币的数量来进行随机分配的。换句话说，持有的货币越多，币龄越长，则获得记账权的概率越大。