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在一个夏日的下午,我们两人坐在咖啡馆里海阔天空地讨论区块链技术。我们发现讨论的焦点就在于区块链的效率。这种对于效率的考量,主要是与现有基于中心化云计算模式构建的标准互联网架构进行对比。进一步深入下去,我们觉得这是一种去伪存真的过程,会影响到未来区块链和数字资产技术应用落地的发展。


与区块链行业火热不同的是,作为一个普通的用户,似乎除了比特币、以太坊钱包之外,依然用不到什么真正基于区块链的产品。为此,区块链为普通用户到底能带来什么?这是值得我们所有人去深刻反思的。也许,我们未必需要用传统互联网产品的标准去要求这些分布式新技术。然而,面向未来可能出现的各种技术融合的可能,与传统方法和技术的对比,有利于我们梳理清楚这些新兴技术的性能特点与发展趋势,进而实现“区块链的可信与效率”二者兼顾。


1. 问题与挑战


1.1 区块链技术真的有效率吗?


区块链是一种区别于传统集中化分布式计算构架的技术。该技术反其道而行之,采用了点对点的网络通讯模式,通过冗余的区块链数据存储模式和共识计算过程,去除了物理上的中心化。这种技术确实带来了焕然一新的网络结构模式,


但是,另一方面,区块链的架构模式,让人们对其实际应用中的效率产生了疑问: 区块链的存储和计算,会有多个节点来做重复的存储和计算,会不会效率较低并且费用昂贵?特别是与中心化分布式计算技术比较,可以看到,去中心化的方案千好万好,最不好的一点就是:不经济和低效。目前,在以太坊及之后的一些区块链里,秒级成交已经成为了宣传点之一。为此我们就具体的情况从网络,账本存储,共识算法,智能合约等效率维度进行对比,提出挑战,引发思考,从而与业界同仁一起去追寻更好的答案。


为了便于进行实际的横向对比,我们取2018年8月15日的主流区块链运行数据做一个比较。在下文中,我们选取了目前区块链中最主流的比特币(btc)和以太坊(ETH),有较长历史的莱特币(LTC),以及新近得到普遍关注的加密币种达世币(DASH)等4个区块链公链项目,进行了专门的比较。



1.1.1 典型区块链的计算效率


2018年8月15日这一天,这四种公链基本的算力相关数据如下表所示。


公链   BTC   LTC   ETH   DASH  
全网算力   48.06 EH/s   251 TH/s   244 TH/s   1.538 PH/s  
Hash算法   SHA-256   Scrypt   Ethash   X11  
主流实现   ASIC   ASIC   GPU/ASIC   GPU/ASIC  
出块间隔   606 s   152 s   14.5 s   156 s  

该表中,“H/s”表示每秒钟hash函数的计算次数,前缀“T”表示10的9次方(即10亿),“P”表示10的12次方(即1万亿),”E“表示10的15次方(即1千万亿)。所以,基本看到为了维持整个公链的共识计算效果,各个公链的计算都是非常惊人。


接下来,我们将以以太坊为例,仔细分析一下以上算力是否经济,效率如何:


1)以太坊的共识计算,每年耗电48亿元


由于各种公链往往采用各自不同的共识计算方法,进而会采用不同的hash计算方法,表面上难以直接横向比较各个公链的计算效率。所以,有一个变通的方法是估算在同一类硬件中的执行效率,从而有直观的对比。例如,以ETH为例,我们可以假设全网采用了较为优化的AMD 580系列显卡。以此为基准,我们可以进行一个大概的估算。由各个数据来源报告所知,该显卡的实际计算能力为30 MH/s,即每秒钟计算“Ethash”的hash函数约3千万次,实际消耗功率为 0.135 KW/h(即用电单位”度”)。为此,简单可以估算出ETH全网约需要8,100,000张显卡。而主流的ETH矿机为8块显卡的配置,所以估计需要约 1,000,000台的以太坊显卡矿机。进一步估计出,ETH公链的小时耗电数为,1,093,500 KW/h,而每天(即24小时)需要耗电 26,244,000 KW/h,来维持全网的运行。大致按照每度电0.5元的费用核算,每天需要的电费成本估算为13,122,000元,即每天千万元级别以上的成本。而一整年更将耗资47.9亿元之巨。从中可以看出,要维持区块链的公链系统———这种去中心化公共设施的计算,能源消耗惊人。



2)以太坊的硬件设备投入与维护,每年硬件设备成本131亿元


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