區塊鏈能兼顧可信與效率嗎？

在一個夏日的下午，我們兩人坐在咖啡館里海闊天空地討論區塊鏈技術。我們發現討論的焦點就在于區塊鏈的效率。這種對于效率的考量，主要是與現有基于中心化云計算模式構建的標準互聯網架構進行對比。進一步深入下去，我們覺得這是一種去偽存真的過程，會影響到未來區塊鏈和數字資產技術應用落地的發展。

與區塊鏈行業火熱不同的是，作為一個普通的用戶，似乎除了比特幣、以太坊錢包之外，依然用不到什么真正基于區塊鏈的產品。為此，區塊鏈為普通用戶到底能帶來什么？這是值得我們所有人去深刻反思的。也許，我們未必需要用傳統互聯網產品的標準去要求這些分布式新技術。然而，面向未來可能出現的各種技術融合的可能，與傳統方法和技術的對比，有利于我們梳理清楚這些新興技術的性能特點與發展趨勢，進而實現“區塊鏈的可信與效率”二者兼顧。

1. 問題與挑戰

1.1 區塊鏈技術真的有效率嗎？

區塊鏈是一種區別于傳統集中化分布式計算構架的技術。該技術反其道而行之，采用了點對點的網絡通訊模式，通過冗余的區塊鏈數據存儲模式和共識計算過程，去除了物理上的中心化。這種技術確實帶來了煥然一新的網絡結構模式，

但是，另一方面，區塊鏈的架構模式，讓人們對其實際應用中的效率產生了疑問： 區塊鏈的存儲和計算，會有多個節點來做重復的存儲和計算，會不會效率較低并且費用昂貴？特別是與中心化分布式計算技術比較，可以看到，去中心化的方案千好萬好，最不好的一點就是：不經濟和低效。目前，在以太坊及之后的一些區塊鏈里，秒級成交已經成為了宣傳點之一。為此我們就具體的情況從網絡，賬本存儲，共識算法，智能合約等效率維度進行對比，提出挑戰，引發思考，從而與業界同仁一起去追尋更好的答案。

為了便于進行實際的橫向對比，我們取2018年8月15日的主流區塊鏈運行數據做一個比較。在下文中，我們選取了目前區塊鏈中最主流的比特幣（btc）和以太坊（ETH），有較長歷史的萊特幣（LTC），以及新近得到普遍關注的加密幣種達世幣（DASH）等4個區塊鏈公鏈項目，進行了專門的比較。

1.1.1 典型區塊鏈的計算效率

2018年8月15日這一天，這四種公鏈基本的算力相關數據如下表所示。

該表中，“H/s”表示每秒鐘hash函數的計算次數，前綴“T”表示10的9次方（即10億），“P”表示10的12次方（即1萬億），”E“表示10的15次方（即1千萬億）。所以，基本看到為了維持整個公鏈的共識計算效果，各個公鏈的計算都是非常驚人。

接下來，我們將以以太坊為例，仔細分析一下以上算力是否經濟，效率如何：

（1）以太坊的共識計算，每年耗電48億元

由于各種公鏈往往采用各自不同的共識計算方法，進而會采用不同的hash計算方法，表面上難以直接橫向比較各個公鏈的計算效率。所以，有一個變通的方法是估算在同一類硬件中的執行效率，從而有直觀的對比。例如，以ETH為例，我們可以假設全網采用了較為優化的AMD 580系列顯卡。以此為基準，我們可以進行一個大概的估算。由各個數據來源報告所知，該顯卡的實際計算能力為30 MH/s，即每秒鐘計算“Ethash”的hash函數約3千萬次，實際消耗功率為 0.135 KW/h（即用電單位”度”）。為此，簡單可以估算出ETH全網約需要8,100,000張顯卡。而主流的ETH礦機為8塊顯卡的配置，所以估計需要約 1,000,000臺的以太坊顯卡礦機。進一步估計出，ETH公鏈的小時耗電數為，1,093,500 KW/h，而每天（即24小時）需要耗電 26,244,000 KW/h，來維持全網的運行。大致按照每度電0.5元的費用核算，每天需要的電費成本估算為13,122,000元，即每天千萬元級別以上的成本。而一整年更將耗資47.9億元之巨。從中可以看出，要維持區塊鏈的公鏈系統———這種去中心化公共設施的計算，能源消耗驚人。

（2）以太坊的硬件設備投入與維護，每年硬件設備成本131億元

從公鏈系統所需投入的設備成本考慮，目前以太坊主流顯卡礦機，包含8塊顯卡，其成本大約為2.5萬元。那么，據此估算總共的網絡需要250億元的設備投入。按照三年折舊來換算，估計為83億元的每年費用。如果不考慮網絡帶寬成本，加上維護費用則進一步可以推算，一年的以太坊公鏈系統設備成本在131億元。因此可知，目前公鏈的設備投入與維護成本非常高。

（3）交易成本：以太坊VS中心化方案=52:0.000013

交易費用上，以太坊的交易成本也遠遠高于中心化解決方案。據 https://etherscan.io/ 數據統計，從2017年9月1日至2018年9月1日，總共發生了約2.5億筆交易。所以根據上述年度成本折算，則平均每筆交易的成本在52元。與目前銀行轉賬的費用相比，沒有任何優勢。就國內銀行的普遍情況看，各行的柜臺轉賬，普遍按照匯款金額的0.5%至1%收取手續費，50元封頂。而網銀和手機轉賬是免費的。因而，除非是高于5000元以上的大額度轉賬，用區塊鏈進行小額度轉賬有點的得不償失。當然，在某些特殊情況下，例如跨境跨行的數字貨幣轉賬，由于不需要跨各國銀行系統進行復雜的兌換和結算，區塊鏈方案的成本和轉賬時間會優于傳統方案。

另一方面，以全年2.5億筆的交易量推算，以太坊網絡平均每秒鐘約執行8筆左右的交易，即8TPS。在基于工作量證明的去中心化方案中，近百萬臺礦機僅是在為了獲得記賬權，就消耗了大量的電力，并沒有對記賬本身帶來多大幫助。而上萬臺全帳節點也是在任一時刻，只有一個節點在記賬。對比傳統的中心化解決方案，要達到10TPS左右的交易量，用一臺中等性能的服務器即可做到，其成本約為每年1萬元。最后換算成交易成本，僅為0.000013元，這是值得深思的數字。

（4）轉賬費用：以太坊VS中心化方案=0.6:免費

與此相關的是，礦工費太貴。如果你要讓一筆以太坊交易成立，是需要花費一定的礦工費的。所謂礦工費，對于以太坊公鏈來說，就是指交易發起者需要燃燒一定的燃料Gas，但是Gas的費用是用以太坊結算，用于獎勵那些主動傳播這筆交易的人。而如果你想要在以太坊上實現“秒級信息傳遞”，高額的礦工費自然是少不了的。例如，據最近區塊鏈瀏覽器應用 https://etherscan.io/txs中的數據，每筆普通速率的以太坊公鏈交易礦工費大約在0.0005ETH左右。按照目前1個ETH兌換約1200元（2018年9月初的價格）換算，即0.6元左右。所以與目前銀行轉賬的費率相比，并沒有太大的優勢。因為大多數小額的銀行轉賬是免費的。如果想做到高速轉賬，每筆會上漲到0.003ETH左右，即3.6元左右，甚至更高。

幸運的是，目前以太坊等數字貨幣價格在歷史的低位，所以轉賬費率相對便宜。但在牛市行情下，交易火爆時，以太坊的交易費率也會水漲船高。例如，2018年初以太坊曾上漲到1個ETH兌換約10000元左右。那么在那時，以人民幣作為結算單位，交易費率是現在費率的10倍，遠遠高于目前中心化的解決方案。

（5）全網有效記賬計算能力僅相當于單機全帳節點

以太坊全網龐大的硬件設備（每年131億元）支持的巨大算力（244TH/s）和巨大的電力消耗（每年48億元）僅僅是為了達成POW共識，獲取記賬權，全網有效計算能力（其有效記賬算力）僅相當于單機全帳節點（一臺普通的服務器）。