为什么 ICO 是诈骗？

这是前两个月，比特币和以太坊两种主要加密货币的单次交易费走势。高峰时一次交易就要好几美金！试问，您愿意买一杯星巴克付十块钱交易费么然，这是虚拟货币用于日常支付的根本障碍——就是 G20 首脑都提倡用比特币逛菜市场，也不会有人用。

由于交易费用是动态市场定价的，高成本的本质原因是系统支持的每秒交易速度(Transaction per Second, TPS)太低。目前比特币的 TPS 是 7，以太坊也只有 15。因此，在大量交易产生时，会迅速抬高手续费。拿上图中以太坊连续两周的交易费爆棚来说，就是“Fomo3D”这个热点游戏上线造成的，而以太坊上所有 DApp 的总日活，目前才不过几万。不过，这样的速度和手续费，对于黑市的大宗交易来说是完全可行的。

理想很美好，现实很骨感。交易速度和费用的问题不解决，V 神的智能合约体系只能是春秋大梦，以太坊也不过是一个精致的玩具。在这样的基础设施下，大多数 ICO 项目在一通乱吹之后，除了官 什么也做不了。当然，大多数发币者本来就知道自己什么也做不了，不过就是为了敛一把财，把这些定性为诈骗，一点都不过分。您瞧瞧下面的割韭菜曲线，多么销魂！

上面这个过程，涵盖了区块链的两个核心概念：

1. 每次整理的一批交易，就称为一个区块。区块越大，效率越高，不过区块太大了，传输失败比率就大大上升，所以区块的大小要在一个合理的范围内；

2. 抢令牌的规则，就是共识机制。目前流行的共识机制，有工作证明(Proof of Work，POW)和权益证明(Proof of Stake，POS)等两种。前者是谁干的活多，抢到令牌的机会就大；后者是谁的钱多，抢到令牌的机会就大。

在 POW 共识机制中，大家都努力解一道数学题，谁解出来就抢到了打包的令牌，这个过程就是上图中的“挖矿”。当然，会有一定的概率，不同节点在较短时间差内都解出了此题，这样他们都会把自己的打包结果提交 络，这就造成了分叉。分叉的不同区块，总会有一个被最终共识后的账本抛弃，这称为“孤块”。

下面我们就来计算一下，以 POW 为共识算法的去中心化账本，交易速度可以达到多高。此系统的第一个约束，是不能有太多的孤块：因为孤块是无效的，这浪费了算力，影响了矿工收入，最终会极大影响整个生态的稳定性。我们可以给定一个较宽松的上限，比如说，如果要求孤块率 S 不超过20%，如何估算 TPS 呢/p>

如果用 D 表示区块传输延迟，T 表示挖矿时间，那么孤块率可以用 D/T 来计算。经验表明，在区块不太大的情况下，延迟 D 与区块大小是近似线性关系，大约每 KB 是 8ms（比特币区块大小 1.5MB，延迟是 12s），因此，令 P 表示 TPS，假设每笔交易的大小是 0.5KB，则有 D=TP4ms。于是，我们有下面的约束：

很容易得到，在孤块率的要求下，POW 的 TPS 不能超过50！

悲催了，对孤块率的要求，使 POW 共识的 TPS 只能到几十！那么是否还有别的约束呢容易想到的是 络带宽的限制。假设节点 络带宽是 10Mb，此约束可以表达为：

可以验算，被带宽约束限制的 TPS，大约是 675，远大于 50！(当然，这个解对应的区块过大，已经不准确了。)

也就是说，由于有孤块率的限制，带宽是远没有用足的，另外，除了抢令牌以外的交易验证算力，也远非饱和。算力巨大，效率低下，这正是 POW 共识算法饱受诟病的主要原因。于是， 区开始探索牺牲一定的去中心化和安全性，换来更高效率的方案，比如 DPOS、PBFT 等等。目前，POS 的成熟产品还没有见到，DPOS 则离去中心化的主题甚远，我们还是要多问一句，POW 的速度真的无法提高了么/p>

出路么，自然是有的！大家一致的思路，就是把交易分到多条链上，例如以太坊正在进行的 Sharding 项目。假设有 C 条链并行打包交易，那么约束(1)左右都将乘以 C，单链的 TPS 约束不变；而约束(2)
是左边乘以 C，相当于变紧了，不过仍然不会影响到整体解。只要 C 不是太大，整体 TPS 就变成原来的 C 倍。

还有一个研究热点，就是要找到一种结构，让每个节点永远只保留部分链，这称为 scalable。如过每个节点只需保留 C/N 条链的话，约束(2)就又被松弛了下来，在这样的情况下，我们用 P’=C*P 表示系统总 TPS，那么上文的两个约束成为：

这样一来，总的 TPS 是可以被大大提升的！

不过，这两项技术都谈何容易！分链，就需要处理跨链交易，还要兼容智能合约，目前以太坊的 Sharding 项目基本上一筹莫展；Scalable 的方案，更是需要找到巧妙的分链方法，目前业界也是束手无策。

很多复杂的问题，都有个简单的答案。偶然的机会，最近我结识了一位瑞士的大神 W，这家伙读了两个博士，分别师从于数论和分布式计算泰斗，最牛的是，两个博士他都主动退学了！！博士期间，他发明了一项“线性时间复杂度拜占庭算法”，被以太坊创始人 V 神约去当面交流。从那次交流，他了解到以太坊正在进行的 Sharding 项目，大为感兴趣，于是开始研究此问题。

就在两个多月前，W 发现了 scalable 和跨链交易的巧妙方案，我看了文章，确实令人拍案叫绝。从理论分析，和已经实现的 demo 来看，这一新方法在不使用任何侧链和半中心化改造的前提下（后续可以叠加使用这些技术，进一步提高性能），可以将 POW 的 TPS 提升至过万，交易费用降低至不到 1 美分，而这些参数都是可以与 VISA 中心化支付系统相比较的。我相信，这应该是区块链远离诈骗，打造有价值应用的一个契机。

而我，也像沼泽中挣扎的人抓住了岸边的树枝，开始向他学习此领域除了诈骗和传销以外的技术，上面的内容，算是我的一点学习心得。

@北冥乘海生 2018.9

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