這篇稍微複雜一點,可以看過前兩篇再來閱讀XD

今天呢要來講講讓區塊鏈得以運作的架構,比如說大家總是很好奇比特幣要怎麼挖,其實挖礦就是區塊鏈的共識機制中不可或缺的一環喔!但雖然共識機制是撐起區塊鏈的主要概念,卻不算很好懂,我怕一開始就講會讓沒接觸區塊鏈的人頭腦當機,所以選擇在第三篇來帶出它的概念

什麼是共識機制?

簡單來說,為了維護區塊鏈系統的穩定與公平,使用區塊鏈的人們要遵循同樣一種機制,要是違反機制的人就會被懲罰。道理很簡單,難的是不同的共識機制規則都不同XD

比特幣區塊鏈的共識機制-工作量證明 (PoW)

比特幣區塊鏈的共識機制是怎麼運行的呢?只要針對一個疑問來回答就行了,那就是:比特幣是從哪生出來的?如果是創始人中本聰發比特幣給大家,就完全違背去中心化的本意了,因為這等於中本聰等同於央行的角色啊!於是乎,中本聰創造的規則為:如果你用電腦開發出了區塊鏈的一個區塊 (也就是完成了記一筆帳這個動作),為了感謝你幫忙記帳、更新帳本的資料,系統就會自動發比特幣給你。由電腦給的錢,就夠公平夠去中心化了吧!

區塊鏈之三|談談建構區塊鏈的重要概念-共識機制,為你解答挖礦怎麼挖的!

(圖片來源:Bitcoinist )

這下真相大白了,原來所謂的『挖礦』,就是中本聰建立起的一種獎勵機制,如果你願意拿自己的電腦成為一個節點、建立比特幣帳本、幫忙記帳,也就是成為「礦工」,則系統將每幾分鐘給你一些比特幣當作報酬。那如果有很多人想當礦工呢?當然不是讓中本聰來面試篩選囉~他設定的機制是:設定很難快速解開但很好驗證,剛好適合電腦來計算的數學題,讓電腦去破解,搶先破解後就能採出一個區塊 (Block),並得到應有的比特幣報酬。這也代表你的電腦效能必須夠強,才能搶先開發區塊並成功挖礦。這一套透過讓你有錢賺,讓礦工心甘情願保有帳本、更新帳本的方式,就是比特幣區塊鏈中的共識機制了

這套共識機制的專有名詞就叫做工作量證明(PoW),你的電腦工作量越多,越有成為礦工的資格。隨著加入的礦工越來越多,照理來說區塊的開發會越來越快,但中本聰希望能維持十分鐘開發一個區塊的速度,好讓每本帳本,也就是每個節點的帳目更新更趨近同步;因此將數學題難度增加,更耗電腦效能,以數學題來說顯卡比處理器適合做計算。現在要以個人電腦來挖比特幣是不可能的了,都是靠顯卡山堆疊出的「礦機」來進行開採;如果你的財力沒有雄厚到組裝礦機,現在也滿流行租借礦機來使用的

▼礦機長這樣

(圖片來源:ifanr)

區塊鏈之三|談談建構區塊鏈的重要概念-共識機制,為你解答挖礦怎麼挖的!

就跟金子會越挖越少一樣,為了避免比特幣大量產出導致通貨膨脹,中本聰設定全球最多只會有2100萬枚比特幣,且每當有21萬個區塊被開發後,礦工拿到的獎勵就會減半。最早的時候每十分鐘開發一個區塊,礦工都可以拿到50比特幣,後來大概每四年就會收入遞減,以這個速度來看,估計西元2140年左右,比特幣就會通通被挖出來

總而言之,交易本身並不會讓比特幣增加,只是把錢從一個人轉移到另個人身上而已。是把帳記到帳本上的這個動作,才會讓礦工獲得比特幣,進而使比特幣的總數增加

共識機制的種類

除了工作量證明外,是有其他共識機制存在的!因為工作量證明並不是一套完美的共識機制運行法,因此有不少人希望能想出更好的共識機制。不過區塊鏈存在所謂的『不可能三角』,也就是針對安全性、去中心化、效能 (又稱可擴展性) 這三角,你不可能讓三角都同時滿足;因此現在的共識機制無非都是調整這三角的比例,例如安全性少一點、效能強一點……藉此找出更好的共識機制

區塊鏈之三|談談建構區塊鏈的重要概念-共識機制,為你解答挖礦怎麼挖的!

以下介紹三個最出名的共識機制,但共識機制是可以不斷產生,有無數種可能的

工作量證明 (Proof of Work,PoW)

以電腦運行的效能多寡來決定誰辛苦,誰就能拿最多的錢,就是所謂的工作量證明,也就是比特幣區塊鏈的運作機制囉!這套共識機制偏重三角中的哪些項目呢?聰明的各位基於對區塊鏈的了解,一定能答出來的~

它偏重的是安全性去中心化,公開透明的性質讓持有比特幣的人獲得安全性,去中心化則能避免有個核心機構來掌控大家,每個人都能做自己資產的主人。但相對地,效能 (可擴展性) 就被犧牲了;想想要讓每個節點的雲端帳本都一本一本去更新帳目,速度怎麼快得起來?所以比特幣大概每秒只能完成10多筆交易而已

同時它也非常消耗能源,現在電腦要運算的數學題越來越難,挖出一枚比特幣的碳排放量等同於一台車跑20公里,真的很誇張啊!另外一個隱憂是:只要有大公司策略性地提升自家礦機的規模,當運算能力佔所有區塊鏈電腦的51%以上時,就等於掌控了所有的比特幣,這就完全和中本聰當初的理念相違背了

權益證明 (Proof of Stake,PoS)

所謂的權益證明,就是你手上持有的貨幣越多,便能挖出越多的貨幣,一個錢滾錢的概念。以太幣當初的共識機制就是權益證明 (但後來改成PoS和PoW混用了) 。它不需要像PoS一樣那麼耗費能源,也不會讓資料更新、共識達成的時間拖到那麼長

但這不就表示富者恆富?沒錯!不過這套共識機制也不難思考,為了讓自己能夠持續賺錢,這群幣圈中的有錢人就會想方設法地來維持區塊鏈中的安全和平穩性,就跟我們現在的社會狀態差不多呢XD 而且除了資產M型社會化外,它還有個缺點就是:大家不願意把手上的錢給出去。為了賺更多錢,大家都不花費,貨幣的流通性就降低了

PoS同樣維持去中心化,但降低了安全性,去成就更強的效能。為什麼不安全?除了以太幣區塊挖礦開採的比較快,容易造成帳本資料不同步外;因為在富者恆富的生態下,很容易產生無利益攻擊( nothing-at-stake attack ),窮人想我本來就沒有錢,何不想方法來搶到有錢人的錢呢?因此以太幣一路走來也是風風雨雨,遭竊的事件其實挺多的

代表權益證明 (Delegated Proof of Stake,DPoS)

DPoS和PoS的運作原理是相同的,但DPoS委託了一群「代表」來成為節點,做記帳、監管、控制效能消耗量等等的工作,像是董事會投票的概念。優點是節點彼此之間確認帳本更新的速度提升,大大提升了貨幣運作的效能;缺點也很明顯:若跟純粹以誰的電腦比較快就能拿錢的工作量證明相比,當你開始依賴人,而非電腦的自動操作時,自然產生許多人為操作空間

除了以上三種共識機制,還有很多不同的共識機制,但你要說哪個共識機制是完美的?頂多是看哪套制度比較和你的意而已!有興趣可以看看延伸閱讀的文章:區塊鏈的共識機制和其運行規則

 

了解共識機制,是不是比較懂區塊鏈的運作原理啦?現在的台灣社會當然也運行著一套共識機制,我們的社會機制就是『選舉』,投票選出你願意相信的人,讓他們辦理關於國家的業務;至於錢幣的運行共識機制就是交給央行來發行貨幣,這可以看出:社會偏重的是不可能三角中的「效能」,可說是為了讓錢幣快速流通、讓政令立即施行是最重要的。要是領錢要等一天,一般人應該無法接受吧?這也是比特幣區塊鏈強調去中心化、安全性的特質,為什麼無法讓我們很快理解的理由,因為跟我們平常追求的快速、效率這樣的概念實在差太多了!

下篇文章,我們會繼續講區塊鏈的延伸應用,就再從「以太坊」繼續說明吧!

點我看更多區塊鏈:

區塊鏈之一|從來沒懂過?區塊鏈到底是什麼?五分鐘小教室

區塊鏈之二|區塊鏈有什麼特色?除了交易比特幣外 區塊鏈還能應用在哪?

區塊鏈之四|什麼是以太坊(Ethereum)?​

區塊鏈之五|交易速度慢?更新不易?區塊鏈面臨的問題

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