区块链技术发展与未来展望

区块链诞生不到10年。 虽然引起了世界的关注，但很多相关技术还不够成熟，对区块链的技术探索从未停止过。 对于区块链存在的资源消耗、扩容、51%攻击、区块间博弈和冲突等问题，业界一直保持广泛关注。 为了解决这些问题，也出现了许多新的技术突破。

虽然技术还不成熟，但人们对各种比特币项目仍保持着浓厚的兴趣，区块链项目很可能成为下一个“风口”。 目前，区块链的活跃应用主要集中在数字资产、智能合约、跨境支付等领域。 同时，区块链与大数据的结合，区块链在共享经济领域的应用，区块链生态也是未来大有可为的领域。

区块链技术的问题

区块链的“算力竞争”既保证了“去中心化”系统的安全，也消耗了资源（尤其是电力）。 如何解决区块链运行带来的资源占用和浪费也是一个问题。 这将成为区块链广泛应用之前需要解决的问题。 区块链的处理速度和规模也是一个问题。 可以说，区块链拓展的探索一直在进行中。 此外，由于矿池的出现，51%攻击的问题也值得关注。 最后，设计一种激励兼容的共识机制，增加系统中违法行为的成本比特币的未来展望，避免区块链节点之间在交互过程中博弈和冲突，也是区块链需要解决的问题。

资源消耗问题

区块链的共识机制是算力竞争，非常依赖网络节点贡献的算力。

这些计算主要用来做什么？ 主要用于解决SHA256哈希和随机数的查找，即使用CPU进行纯计算，不会产生任何实际社会价值。 因此，在一般意义上，这些算力资源被认为是一种“浪费”，浪费了人力、CPU等物力资源，同时浪费了大量的电力资源。

正因为如此，人们对区块链共识机制的探索从未停止过。 人们试图用其他共识机制来代替算力竞争，不同的共识机制也催生了大量的“山寨币”。 但直到现在，算力竞争仍然被认为是最安全、最可靠的共识机制。 比特币用户和支持这种共识机制的人认为资源消耗是值得的。

目前比特币的未来展望，用于挖矿的算力约为全网用户的1/10,000，因此这些消耗仍在社会能源能够承受的范围内。 与此同时，目前的比特币用户只有几百万。 如果未来这个数字增加几十倍甚至上百倍怎么办？ 届时，其消耗将给社会能源带来沉重负担。

至于挖矿，随着越来越多的矿工参与进来，挖矿难度越来越大，对CPU和显卡的性能要求也越来越高。 收益会越来越低，矿工也不会再愿意挖了。 这也是一个问题。

因此，一旦区块链投入大规模应用，如何解决区块链运行带来的资源占用和浪费问题，仍然是一个亟待解决的问题。

处理数据速度和规模问题

现在区块链存储的文本比较多，存储文件比较困难，因为每个区块只存储1MB，而最大的比特币区块链现在只有41.9万个区块，合集410GB。

比特币区块链的交易频率约为每秒 6.67 次。 每笔交易需要 6 次区块确认，生成一个区块需要 10 分钟。 全网确认一笔交易需要1小时。 以现有的规模，无法处理高频交易需求，比如证券交易。 像支付宝这样的处理规模在目前的区块链中是难以想象的。

因此，区块链要想大规模应用，必须解决处理速度和规模化的问题。

区块链每秒可以处理的交易量主要受限于两个因素：一是出块速度（每10分钟1个块）； 另一个是块大小限制（现在默认为 1MB）。 因此，要解决速度和规模的问题，只有两种方法，要么增加区块大小，要么提高区块生成速度。

这两种方法都存在争议，因为它们可能会影响协议的安全性。

首先，如果你提高区块链的生成速度（比如莱特币的区块每2.5分钟生成一次），就会出现很多冲突的区块。 正如我们之前所说，很可能有些节点还没有更新，而新的区块已经产生了。 这个点我们在讲DAG的时候已经讲过了。

而如果规模增加，意味着更大的区块需要更长的时间通过网络传播（受制于带宽），同时产生的区块更有可能在它们之上，这意味着它们将被抛弃。

区块链的扩容是业界非常关心的问题。 区块链扩容的分歧也导致了比特币的硬分叉。

51% 攻击的问题

随着区块链技术受到越来越多的关注，各种数字货币的价值飙升，导致越来越多的投机者希望通过挑战区块链的安全性来获利。 其中一个无法回避的问题就是51%攻击的问题。

在区块链刚刚兴起的时候，无论从技术论证层面还是实际操作层面，都不可能出现51%攻击的现象。

但是，现在随着区块链的发展和数字货币价值的不断提升，越来越多的人参与到这个产业链中。 随着矿池的兴起，51%攻击成为可能，针对区块链交易平台的攻击事件频发。 怎么看这个问题？

什么是 51% 攻击

区块链系统中每个节点（通常是一台计算机）的权利是相同的，任何一个节点的破坏都不会影响整个系统的安全，也不会造成数据丢失。 同时，任何一个节点的账本数据都是完全一样的，这意味着单个节点的数据篡改是没有意义的。 因为如果系统发现两个账本不匹配，就会认为相同账本数量比较多的节点版本才是真正的数据版本。 那几个不一致的节点账本是不真实的，系统会自动丢弃这部分，认为它被篡改了。

因此，要想篡改区块链上的数据内容，除非你能够控制整个系统中的大部分节点。 也就是说，通常所说的 51% 攻击可以发起对账本数据的更改。

当整个系统的节点数量高达数万，甚至数十万时，篡改数据的可能性就大大降低了。 因为这些节点很可能分布在世界的每一个角落，理论上，除非你能控制世界上大部分的计算机，否则你没有机会篡改区块链上的数据。

这就是区块链系统中 51% 攻击的问题。

简单来说，51%攻击就是区块链系统利用算力竞争达成共识，所以一旦系统中的一方拥有足够的算力（超过51%），就可以利用算力优势撤销自己的发生的支付交易。

在过去，51% 的攻击几乎是不可能的。

但是，现在随着矿池的兴起，又出现了另一种51%的攻击方式：搭建与原来相同的系统和相同数量的节点（算力），攻击区块链系统。 例如系统原本有10000个节点，攻击者再部署10001个节点，然后加入区块链系统。 由于攻击者已经获得了超过 51% 的控制权，因此能够发起攻击。

51%攻击问题不仅仅存在于比特币网络中，它也可以存在于任何区块链系统中。

以比特币为例，其具体操作如下：

（1）掌握足够的算力，无论是控制矿池还是使用其他算力资源，让自己的算力领先于比特币网络的总算力。 领先优势越大，成功的可能性就越大。

(2) 获得足够的比特币作为筹码，无论是自己挖还是从任何渠道购买。

(3) 攻击者利用手中的算力，从他对外支付交易前的区块开始，重构后面的区块，利用算力优势与全网赛跑，使得新创建的区块长度超过原来的主分支 block ，成为新的 master 分支。 例如，重构后的区块链长度为 10，但并未向网络广播。 同时，所有的比特币都在交易市场上出售、提取，或者直接卖给某个人或一群人。 这个交易记录会出现在正常的区块链中。 但是，由于正常区块链的长度为9，而重构区块链的长度为10，攻击者在交易后将新构建的区块广播到网络，网络会确认区块链是正确的。 这样一来，由于所有的外部支付交易都被撤销了，相当于收回了所有卖出的比特币。 但现金已被攻击者取走，损失的是交易市场。

毫无疑问，如果频繁发生51%攻击，对比特币网络来说是致命的。

尽管整个比特币网络的算力增长迅速，但只有少数几家巨头矿池有实力发起51%攻击。 普通个人或组织实施这种攻击的可能性越来越小。 如果是一些伪造的数字货币，被51%攻击的可能性很大。

51%的攻击几率

51%攻击是需要成本的，这种攻击的成本取决于系统原有的规模。 事实证明，系统中的节点越多，攻击者的成本就越大。 由于比特币是目前最大的区块链网络，据测算，要对比特币网络造成51%的攻击，要付出的成本高达270亿美元。

而攻击者还面临另一个困境，一旦成功发起攻击，将导致系统价值瞬间归零。 也就是说，一旦攻击者成功篡改了账本，全网可以立即识别出账本数据的不一致，让大家意识到系统账本已经是一个不可靠的账本，也就是说账本中记录的数据变得一文不值，这个系统中的代币也会变得一文不值。 也就是说，攻击者将无利可图。 目前全球主流交易平台都实行了严格的实名认证，及时变现也是一大难题。 没有利润，矿工不会轻易发动攻击。 因此，到目前为止，51%攻击只是理论上的问题，在实践中从未出现过。

然而，在2016年6月上旬，四个中国矿池控制了全网70%的算力：F2Pool、比特大陆的Antpool、BTCC矿池和BW.com矿池（BW.com）。 如果这些算力结合起来，就意味着能够控制比特币市场。

正如康奈尔大学 2014 年的一篇论文所证明的那样，一个勾结的少数群体故意通过隐藏开采的区块来分叉区块链，从而使其他矿工的努力变得徒劳。 虽然这只是理论上的可能性，但在 2014 年 Ghash.io 矿池一度控制了全网 50% 的算力。

因此，51% 攻击仍然是一个问题。

街区内的游戏和冲突

在比特币系统中，有一种“经典的区块拦截攻击”。

矿池挖矿模型刚出现时，存在区块拦截攻击问题。

它是矿池中的参与者发起的攻击，发起区块拦截攻击的矿工只向矿池发送部分工作量证明，但如果找到完整的证明，则会丢弃该证明。 因此，矿池仍然会向攻击者分配挖矿收益，但矿池无法从攻击者的算力中获益。 这减少了被攻击矿池中所有参与者的收益。

一般情况下人们不会这样做，因为这也降低了攻击者自身的利益。 但是，如果一个矿池伪装成另一个矿池，就会发生这种情况。

被攻击矿池的有效算力不会因攻击而改变，但其收益将被更多矿工（包括攻击者）分享。

因此，如何设计一种激励相容的共识机制，增加系统中违法行为的成本，避免区块链中节点之间的博弈和冲突，是区块链需要解决的问题之一。