比特币系统长期缺陷分析及几点思考

比特币是P2P加密货币的先驱。 其数字现金的设计思路，使其天生适合电子支付。 经过5年多的发展，其支付规模已初具规模。 但经过深入的分析和思考，我们发现比特币用于大规模电子支付存在一些疑点：

1、激励机制：纯交易手续费收入占系统总价值的比例是否过低？

我们知道比特币最终的货币总量是2100万枚。 在所有币种已经发行或接近发行后，矿工依靠交易手续费获取收入来维持比特币网络的正常运行。 根据新币发行量4年减半的设计测算，到2033年，每个区块新币发行量将低于1BTC，矿工的收入将逐渐转向依赖交易，因为新币的发行新货币减少。 维护费。

附件：比特币新币发行年度数据表

年度范围：每块新币数量（完成率）

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2009-2012：50 (50%)

2013-2016：25 (75%)

2017-2020：12.5 (87.5%)

2021-2024：6.25 (93.75%)

2025-2028：3.125 (96.88%)

2029-2032：1.5625 (98.44%)

2033-2036：0.78125 (99.22%)

2037-2140：……（100%）

假设已经是2033年，我们来分析一下矿工的收益：

A) 每个新区块发行0.78BTC；

b) 交易手续费率为0.0001BTC/笔，10000笔交易收益为1.0BTC；

如果每个区块包含 10,000 笔交易，则所有矿工在 10 分钟内的收入为 1.78 BTC，即每天约 256.32 BTC。 这是整个比特币网络所有矿工的收益，也是维持比特币网络正常运行的一种激励。 请注意，这里不排除矿机和矿工的成本。

以每天256个BTC的毛收入，维持整个全球比特币网络一天的运行是否可行？ 与此时比特币网络2067万个BTC（2100*98.44%）的总价值相比，每天256个BTC的网络维护资金是不是太少了？ 如果忽略新币的收益，比特币系统每天只有144 BTC的运维资金。

我们可以简单计算一下：长期来看，挖矿成本与挖矿收益大致相等。 假设矿机平均寿命为10个月（300天），则全网挖矿成本约为43200个BTC（300*144），约占比特币总量2100万枚的0.2%，也就是说，要获得全网50%的算力，只需要支付比特币总价值的千分之一左右！

对于任何人来说，控制整个比特币网络50%的算力都不是发动51%攻击。 与比特币的整体市值相比，51%攻击的直接双花价值应该可以忽略不计。 双花攻击的真正价值在于扰乱市场信心，配合交易市场的多空操作，获取更大的收益。 或者，对于大型企业集团甚至国家实体而言，简单的“可以控制交易”就足够有吸引力了。 毫无疑问，这样的比特币将不再可靠，摧毁比特币的不是几笔双花交易的损失，而是一个失败的系统。

结语：比特币的支付功能需要以极低的交易手续费来吸引消费者，从而获得大量交易，但交易手续费是维持整个比特币网络正常运行的矿工唯一的收入来源。 在POW模型中，矿工纯粹依靠算力进行网络运维的情况下，这是一对难以调和（甚至无法调和）的矛盾。

思考：在权益证明（POS）模式下，网络由持有者维护，因此不存在矿工利益与系统分离的机制。 比特币也能从POW挖矿转为POS运维吗？ 到现在为止，有人提出了一种适合交易手续费模型的POS机制——委托权益证明（DPOS：Delegated Proof-of-Stake），个人认为是非常可行的。 PS：Peercoin的POS机制是靠利息激励来鼓励存储的，不适合依赖交易手续费激励的比特币。

2、区块的有效广播：包含大量交易的大区块能否及时广播到全网？

在前面的分析中，我们假设每个区块只包含10,000笔交易，这会使矿工的收入不高。 也许你认为当时更多的交易量就足以支撑矿工的正当利益。 但是我们估算一下，如果每个区块包含 10,000 笔交易，那么这个区块有多大？

利用已有的比特币区块链数据，随机抽取一段1000个区块，统计该区块的交易数据（注：已剔除5个只有一笔交易的区块，实际参与统计的区块数为995个） :

数据项：统计值

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区块高度范围：312096-313095

交易总数：413941

区块总大小：238478.09 KB

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计算：

每笔交易的平均数据大小：0.576 KB

10,000 笔交易的总数据大小：5.76 MB

如果假设每个区块包含 10,000 笔交易，那么这个区块的大小约为 5.76MB。 区块创建后，需要及时广播到比特币网络进行验证和确认。 对于这样大小的数据块，它的P2P广播效率如何，即能否在短时间内广播到全网？ 如果更多的交易呢？

根据中本聪的设计，非全节点的历史区块链可以被大大压缩，但这只是针对历史区块。 即时验证的块需要完整广播，并且不能以这种方式显着压缩。 如果采用普通的压缩方式，由于交易数据大部分是随机性强的哈希值，数据压缩率不高。 或许比特币区块之间 10 分钟左右的“长时间”放宽了对数据块大小的一些限制，但这个宽限度有多少呢？ 一个包含 100,000 笔交易的 50MB 区块？

当然，你可以说，随着科技的飞速发展，未来网络的数据传输速率将完全不是问题。 也许你是对的，但物理技术的发展可能跟不上比特币快速的市场需求，互联网也时有堵车。 如果比特币网络缺乏足够的 P2P 分发，本地互联网拥塞也可能影响比特币。 影响稳定运行。

结论：大量交易包含大量数据。 如果将比特币用于日常支付，全球支付交易量将是一笔不小的数目。 巨大的交易量和数据块的全网广播是矛盾的。

思考：除了无效的压缩方式外，由于每个节点都在监听全网广播的交易，交易的原始数据已经存储在本地，或许区块中的原始交易不需要再次广播比特币一个区块的大小约为，只有某某以一致的格式组织和计算其Hash——只是广播交易的摘要，这样交易在区块中的数据价值就可以减少很多。 当然，这个想法的可行性还没有深入研究。

3.无限区块链：存储和检索海量区块链数据的压力是否会导致全节点数量减少？

基本上，存储在区块中的交易是永久保存的，因为如果旧区块中的某个BTC没有被使用过，就使得这个区块必须一直存在（否则N年后如何验证这笔钱）。 随着技术的发展，持久化存储可能不是问题，不断增加的“适当数据大小”的存储对于现有或未来的存储技术和数据检索技术来说应该不是问题。 比特币的设计可以极大地压缩历史区块链数据，即使交易量巨大，压缩后的区块链数据也非常精简。 但这种压缩是有损的，全节点必须维护完整的区块链数据。

我们简单算一下，如果每个区块包含10000笔交易，历史区块链的数据规模增长：

A）每块5.76MB（之前计算的值）；

b) 每年产生52560个区块（6*24*365）；

C) 区块链年增长总量为302745MB (5.76*52560)。

即年区块数据增长约300GB。 对于大型矿池或专门的中心节点来说，每年300GB的数据增长不算什么，但可能会导致个人或小型全节点逐渐退出，从而影响比特币网络的去中心化特性。

或许理论上永久存储的无限区块链应该被设计成尽可能抑制交易的产生，最大程度压缩原始数据的存在（这就是Peercoin作为“骨干”货币的设计理念） . 而比特币鼓励大量的交易，大量的交易会产生大量的数据……

结语：凡事从量变到质变都有一个“度”的界限，不可逾越。 技术进步对无限区块链数据增长的适应至少是一个制约因素——技术水平限制了比特币的市场规模。 当然，如果我们等得足够久，技术进步最终会超过市场需求，但那是另外一回事了。

4、资源消耗：与现有的节能环保可持续解决方案相比，是否需要无休止的矿机竞争和专用电费？

我们都知道比特币是一种工作量证明设计（POW 挖矿）。 只要有利可图，对Hash算力的争夺就永无止境。 也就是说，为了争夺区块的交易确认权，矿机会不断推陈出新，扩大规模，淘汰旧矿机。 重要的是，这种竞争是无止境的，除非挖矿的利润不再具有吸引力，即当挖矿的利润基本等于成本时，竞争才会稳定下来。 但这仍然只是为了保持平衡。 矿机不会大规模扩容，但新旧设备的淘汰更新仍在进行中……

有人会争辩说，运行全球规模的加密货币/支付网络是值得的，与传统的银行/货币系统相比，成本非常低，非常经济！ 也许是的，是的，非常棒。

银行起源于工业时代，带着工业时代特有的愚蠢来到了21世纪的信息时代。 本世纪是智商的世纪。 各种想法都是通过计算机软件实现的，然后作用于真实的物理世界。 思想、智慧乃至精神，才是这个世纪最真实的财富和资源。 我们伟大的新时代金融的根基——P2P加密货币体系，为什么一定要和旧时代的傻厚比起来呢？ 根本不是一个级别的东西，就跟现代汽车一样，你怎么拿都不好意思拿。 让它的速度和续航能力与上个世纪的马车比一比。

与比特币比较的对象应该是它同时代的、平行的竞争者——也就是众多的山寨币（或山寨币）。 如果有更好更好的解决方案，为什么要视而不见？ 进步不需要被限制，更​​不用说有任何理由退缩。 事实上，由于科技的进步和大规模的普及，现在人类对自然环境的影响非常大。 如果人类不能克制自己对自然的影响，那么自然的反馈可能会让全人类后悔莫及。 你没看到今天极端气候正在慢慢开始增加吗？ 暑更热，寒更冷，雨水失调，难见天色。

或许，比特币对资源的消耗，可以认为只是一种态度问题，被一些人看到了，实际上是可以容忍的，好吧，就这样吧。 但是专业矿机的出现也带来了另一个潜在的问题。 因为矿机不是电脑，不具备电脑一般的计算能力，而且算法是硬编码到芯片里的，所以……如果比特币需要修改或升级挖矿算法，大-矿机的规模部署将成为算法变革的阻力。 众多利益的博弈，比特币该如何改道……至少，专业矿机是一个巨大的“硬编码”，一定程度上制约了比特币的演进。

事实上，正如有人提出的那样，比特币不仅仅是一种电子货币，它实际上实现了一种依赖数学和机器的非人类“客观信用”，它一定会应用于人类社会“与信用相关”的领域。各个层面，但 POW 运维的高昂成本无疑是这种普及应用的巨大障碍。

结论：POW工作量证明机制是加密货币设计的一个基本点，但它应该只是一个起点而不是终点。 只有大大降低系统运行的成本，才有可能发展加密货币及其在社会各个方面的应用。

思考：POW机制下的自由市场竞争是一个重要的优势，使得比特币网络的算力分布可变，从而实现动态的优胜劣汰。 但DPOS的选举机制也可以达到同样的效果，DPOS消除了POW挖矿的高成本和日益严重的中心化问题。

5、交易量规模：全球每天巨额的购物支付真的适用于比特币区块链系统吗？

这是一个真正的问题，它会影响整个身体。 交易量的大小影响区块大小和区块链大小，以及由此产生的支付确认效率。

在前面的计算中，我们假设每个区块可以容纳 10000 笔交易，平均每分钟 1000 笔交易。 如果比特币直接用于人们日常生活中的支付，这样的估计无疑是过于小气了。 举个参考，2013年双十一（11月11日），中国支付宝的日交易量高达1.88亿笔，平均每分钟约13万笔。当然，这是因为双十一的促销活动，但这可以作为参考，而且只是支付宝的交易额，基本上只针对中国消费者。

如果比特币用于支付日常消费并流行起来，在全球范围内，保守估计，假设每分钟100,000笔交易？ 如果是这样的话，一个区块需要包含100万笔交易，之前的计算数字需要乘以100，即一个区块的体积大约是570MB——广播效率是多少？ 当然，矿工的交易手续费收入也有所增加，但这仍然只占比特币总价值的20%，即50%的算力只需要支付总价值10%的成本比特币。 而且全节点的区块链数据每年会增加30TB，其中心化趋势会更加严重。

结论：全世界依赖同一个比特币区块链进行日常购物的消费者支付可能并不合适。 更重要的是，它可能还需要为各种“非购物”应用程序托管信用转移交易。

思考：或许真正适合小额支付的系统至少需要和主链分离，使用侧链分布式或者传统的中心化数据库更合适。 如果主链是安全的P2P网络模型，那么侧链或者中心化数据库就不需要太在意它的中心化特性。 PS：侧链也可以集中运维，而且不止一条。

比特币系统的节点采用P2P点对点传输，也就是常说的去中心化网络。 之所以采用这种分布式、去中心化的网络传输，不仅是为了网络的健壮性（解耦和稳定性），也是为了抑制中心化权力，以及中心化​​权力失控时对网络的破坏。 通俗地说，也可以说这样的网络体现了民主思想，或者说是一种类似于蜂群或蚁群的适应性群体系统。

这样的系统本身就很恶心，抑制了中心化权力的产生，再加上密码学保护隐私的设计，这是一个很难集中控制和监督的系统。

现阶段，世界各国依靠拥有真实个人身份信息的银行系统直接监管货币的流向，从而监控可能发生的洗钱犯罪活动。 这种监管简单而古老，非常有效，但显然很难适应没有中央控制点的比特币系统。 货币体系的基本特征发生了变化，相应的监管方式也需要不同的设计，甚至需要重新思考监管的边界。 新的、有效的监管方式还没有出现，那么政府的态度是什么，或者说政府应对新事物的思路和研究能力如何？ 这是一场真正的冲突。 新技术是推动社会进步的强大动力，但现实社会中的既得利益和复杂的人性，仍然是新技术或社会进步的变数。

这不是比特币系统的缺陷，而是它不得不面对的问题，这个问题也适用于所有其他运行在 P2P 中的加密货币。 比特币一旦进入普罗大众的世界，就不再只是一个技术问题。 它涉及自由、伦理、社会管理、政治利益，甚至是世界善恶生态及其平衡。

思考：传统货币起源于互联网诞生之前。 未来的网络数字世界是否仍将完全遵循传统货币的逻辑，答案或许显而易见。 集权与分权并不敌对，应该像男女一样，共同组成一个和睦的家庭。 或许集中监管和分散个人保护可以相得益彰，构建一个逻辑上完整的健康社会。 俗话说易说：一阴一阳，谓之道。 监管的边界可能需要重新考虑？

七、对未来的期许与祝福

我曾经很欣赏比特币巧妙而优美的设计，并为它有可能为缺乏监管的法币体系带来改善而感到兴奋。 它用密码学打造一个真正安全的非人类信用结构，用P2P给自己强大的生存能力，用开源让大家在严格监管下有信心。 可以说，它为未来世界变得更美好提供了一种新的可能……

比特币是一个社会实验，现阶段已经演变成一种社会实践，但任何事物的发展都不会一帆风顺，需要自我修正、改变、成长、进化。

比特币在5年多的发展过程中，逐渐显现出一些大大小小的缺点和问题，相应地产生了改进的山寨币，比如基于权益证明（PoS）的Peercoin，它注重隐私。 致力于数学探索的素币暗黑币，以及期望实现图灵完备的以太坊。 在正常的自由市场中，竞争是不可避免的，也是健康的，它使以比特币为首的 P2P 加密货币生态系统更加强大。

在众多思想的碰撞中，反思比特币的本质……我们发现，比特币的意义不仅仅是“电子现金”那么简单，也不仅仅是全球跨境支付那么简单。 事实上，比特币实行的是一种全新的信用体系。 这种信用不同于传统的信用概念。 它是基于机器的。 当系统正常运行时，这个功劳也是绝对的。 与法律法规无关。 在互联网世界中，这个系统也是通用的比特币一个区块的大小约为，简单易用。 流行一句话：“比特币不需要信用”，其实就是在说：“比特币不需要人的信用，因为它本身就是信用。”

既然如此，那么这台机器的信用体系的价值又会是多少呢？ 货币？ 只是申请，付款？ 这是货币的功能，可以打开全球臃肿低效的银行系统的血液吗？ 这似乎是很自然的事情。 还有什么？ 答案好像太多了。。。合同，产权证，数据防伪，版权时间证据，身份存储与认证。。。呵呵，请原谅我的眼光和想象，貌似和信用有关的东西都可以注册 本系统处理客观无误！ 于是，人力解放了，世界客观上平等了……~~

祝你好运^_^。 。呵呵

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