Bitterfly重塑共识机制 突破穿越时空的价值围城

近来在著名的学术交流网站researchgate上出现了由哈佛大学学生发表的文章：“Bitterfly：蝴蝶熵权共识算法”。文章指出了POW的弊端，并提出了蝴碟算法。文章在肯定了比特币的同时，也指出比特币已经难以承担区块链的未来。

比特币发表11年之后，是否能够完成它当初的初心并且支撑整个区块链行业，又再一次被放在话题桌上。

比特币的创世区块链记录

“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks.”

–中本聪

从比特币的创世区块链中记录说起，自比特币问世以来，国际金融货币格局悄然发生变化。

目前，区块链最大的应用场景集中在数字货币投资领域，全球数字货币市场已有4000余种数字货币，比特币因通过简洁的 POW 设计，彻底解决了数字货币研究领域难以攻克的双花问题，从而掀起数字货币革命的风暴。但由于POW 机制的设计也有不足，它的 TPS 目前难以承载更大的商用场景，旧的霸权体系暂时难以被击倒。结合目前的情况来看，虽然比特币实现了存储价值和交换、跨境支付等功能，真正实现了‘货币去国 家化’从 0 到 1 的突破。但是，改变货币国家化的现状以及将铸币权回归大众的愿景已渐行渐远。

那么，作为比特币开发者中本聪，当初在设计此P2P网络时，选择了工作量证明（PoW）算法完成共识机制，工作量证明（PoW）能否支撑起区块链的未来呢？

共识机制

共识机制就是每个节点对于本区块的正确性达成共识。共识是一切交易的基础，达成共识越分散（参与度越高），其效率就越低，但安全性越高，因此也越稳定；相反，达成共识越集中（参与度越低），效率越高，也越容易出现独裁和腐败现象，安全性越低。如何平衡这些因素，使其具有应用价值，是我们值得探讨的重要话题。

PoW优缺点

以其中主流PoW(Proof of Work)为例，POW的全称为Proof of Work翻译过来就是“工作证明”或者“工作量证明”。根据区块头与一个随机数进行哈希运算，可简单理解为必须通过大量数学计算之后，才能将区块挂入区块链中。在PoW中，攻击者必须进行工作量证明才能把分叉链加长，必须付出比全网更大的算力（51%以上）才能跑的最快，同一时间形成更多区块，让人误以为这是最长的链，从而完成攻击，但这显然是不可能的。

这个系统的设计逻辑没有问题，但在PoW的过程中，需要消耗大量无谓的算力与能源。

首先，PoW所需的算力不断增大，比特币为了保证每10分钟出一个块，同时在2140年产生2100万枚全部比特币，就必须每2016个块之后进行难度升级。所以挖矿设备也不断的进行更新换代才能满足需求。从CPU挖矿，到GPU，到FPGA挖矿等等，耗电量也与日俱增。

有英国的研究表明，2017年用在比特币“挖矿”上的电量超过29.05太瓦时twh（1太瓦时为十亿度电），超过了全球159个国家的年均用电量。爱尔兰全国（477万人口）一年的用电量也只有25太瓦时的电力。而今年的最新估计表明，这一数字已经接近哥伦比亚全国的用电量，达到59.6twh。

可以推算，如果没有在机制(mechanism)上的彻底变革，仅仅用于完成PoW计算的电力花费将迟早超过全球任何一个国家的年均用电量。更何况，电力能源属于二次能源，为了产生电力需要花费的一次能源（如煤炭、石油、水力、天然气）的消耗更是难以计数。长此以往，在利益的驱动下，假如未来全球大多数的能源都被用来挖矿，那将会造成世界性的能源危机。

由此可见，PoW算法是去中心化的经过大规模网络检验的第一个算法，但是效率低，资源消耗也大。简单来说，优点是1. 工作量证明相对安全，攻击成本非常高2. 一定程度上是公平的，投入的算力越多，获得打包权的几率越大。工作量证明的缺点是，挖矿需要昂贵的计算机硬件，并消耗大量的电脑功率。虽然这样可以保障网络的安全，但是除了挖矿运算之外，没有其他的用途。它是让节点消耗电力计算谜题来产生区块的，并且一个区块的产生并确认，其它区块就作废了，为计算这些作废的区块花费的资源就浪费了。

工作量证明的基本思想是算力决定出块权。它主要防女巫攻击（Sybil Attack）。什么是女巫攻击：它是说攻击者可以低成本地制造很多账户，然后控制这些账户一块儿去行动，让别人看上去以为人多势众的样子。比如说在论坛上大家会见到有水军引导舆论，再比如电影评分的网站也会有人专门去组织去在上面刷评论刷分等等。这些弊端也是导致如今以比特币为首使用POW算法难以发展的因素。那么理想中的区块链技术和公链是怎样的呢？

理想的公链

理想的公链，应该在安全、效率、应用、智能、可信计算、用户体验等方面满足大众和各行各业的要求和愿望。目前区块链产品和系统离这个要求相差甚远。什么时候一链在手，万事可搞定，是下个11年里区块链未来发展的方向。起码得具备以下特征:

第一是安全性；

第二是效率性；

第三是大规模应用，因为现在只能实现小规模的应用；

第四是实现可信计算，运行区块链的终端应该是一个可信计算系统；

第五，要有很好的用户体验，像微信和和支付宝一样，大家用起来方便舒服，愿意用，但也不能局限在支付。

为解决POW算法不足，蝴蝶算法应运而生，Bitterfly 底层算法使用 POW 算法，保障底层网络足够安全。针对POW 算法能耗高投入大等问题，Bitterfly 开创性的提出了蝴蝶算法。蝴蝶算法与 POW 的结合，可通过二层协议等跨链方式进行价值转换。犹如蝴蝶效应一般，蝴蝶算法应运而生,为解决POW算法不足提供了可能，它不但基于比特币 11 年以来取得伟大成果，还更具分权属性、更具应用性、更具普适性。

蝴蝶算法（POF）–新玩法的优势

Bitterfly 站在比特币的肩膀上，借用蝴蝶效应的爆发力，探索将铸币权归还个人的理想。无论从共识机制， 区块链性能以及社区治理更加优化， Bitterfly 拥有商用级的区块链确认速度（5000+TPS），是可服务多种生态和 应用的企业级 BAAS（Blockchain As a Service）开源平台。同时，Bitterfly 将支持多种类型 的计算设备，甚至包括云服务器。通过激活闲置的服务器资源，为 Bitterfly 提供强有力的算力支持。

另一方面，在社区治理上Bitterfly 将引入节点竞争机制，渐进地释放 210 个节点，煽动蝴蝶的翅膀。首 先通过蝴蝶矩阵网络，掀起 Bitterfly 的改革风暴。再通过合理的末位淘汰机制，激发节点活力， 保障节点能够持续为 Bitterfly 作出贡献。

如今区块链行业经过多年发展，形成了 4 种主流的挖矿模式，分别是 POW、POS、POC 以及 POST。 这四种挖矿模式在实际运用中，都有其优势和不足之处。Bitterfly 作为一条具有开放性和包容性的公链，志在汇集全行业的力量，打造最领先区块链挖矿机制。

蝴蝶算法POF 正在启用新的去中心化业务模型，以消除中间人和效率低下的情况。 蝴蝶区块链上形成的不信任连接正在创造彼此进行交互和交易的新方式。POF 是 POW+FLY（改进型 PBFT）两种算法的融合简称，POW 用于保证人人都可公平的参与 Bitterfly 区块链网络获得记账权，防止女巫攻击，同时增加了去中心化程度，也保证了 Bitterfly 底层网络的安全性。

工作量证明（POW）不仅是区块链技术的核心，也是目前所有区块链性能的瓶颈所在。换言之，未来区块链技术的发展，很大程度上取决于工作量证明（POW）相关技术的发展，能够突破就能有所发展。共识算法在复杂网络环境，或者社会环境里，取得决策一致性的保障算法，从工程角度来说，也许所有的共识算法都不够完美，但是其概率保障依然是让人们可信赖的。在此基础上，Bitterfly 提出的 POW+Butterfly（改进型的 PBFT 算法）的双层算法，除了通过 POW 算法来满足系统足够的安全性和去中心化特性，还给系统具有上层商用应用服务的性能，向着区块链理想公链迈进。

1. 交易时间缩短至15秒，赋能商业应用新生态

比特币交易的生命周期始于交易的创建，目前比特币系统中一般取6个区块作为交易确认时间，即在交易被写入区块后再等待6个基于该区块生成（一般是60分钟），再实际进行该交易其他资产的交接，而这个过程所需的时间是非常漫长的。

针对这个问题，Bitterfly改进了工作量证明机制：首先，Bitterfly的共识达成发生在验证节点之间。参与投票节点的身份是事先知道的，每个验证节点都预先配置了一份可信任节点名单，在名单上的节点可对交易达成进行投票。其次，Bitterfly共识算法的拜占庭容错（BFT）能力为（n-1）/5，即可以容忍整个网络中20%的节点出现拜占庭错误而不影响正确的共识。因此，算法的效率比POW等匿名共识算法要高效，商用级的区块链确认速度（5000+TPS）将交易的确认时间缩短到了几秒钟，完全可以满足绝大多数的交易不受时间限制，实时进行。

2. Cloud-API云服务器挖矿，减少算力+电力投入

从2010年开始挖矿，随着越来越多的矿工加入比特币网络中，挖矿的难度急剧增大，全网每秒要进行几万亿次的哈希计算，挖矿对电脑的硬件和矿机的性能提出了更加苛刻的要求。随着被挖出的比特币数量逐渐减少，矿工们为了确保有利可图，成千上万台矿机每天24小时挖矿，用电量消耗十分庞大。据英国《每日电讯报》报道，开采这种加密货币所需电力激增至每年77.78太瓦时，相当于智利的总耗电量。

Bitterfly作为一条具有开放性和包容性的公链，改进了比特币的挖矿方式，首次提出云服务器挖矿Cloud-API的概念。Cloud-API支持多种类型计算设备，包括接入全球多个云服务器供应商，如亚马逊云、微软云、阿里云、谷歌云、IBM云等，通过高效聚合全球算力资源，实现挖矿裂变效应，不仅大幅度降低了挖矿门槛，还能有效避免资源浪费。从投资成本角度来说，在保证矿机高性能运作下，节约电力将使传统的专用矿机不再具有优势甚至面临被淘汰的境地。

3. POW+Bitterfly双层算法，承载商业应用之需

比特币由于系统吞度量（TPS）每秒处理的数量过低，很容易造成网络拥堵严重，难以满足用户交易的核心诉求。在落地应用方面，由于扩展性差、交易费用高、确认时间长等问题，导致比特币难以承载更大的商用场景。随着“区块链+”的概念不断深入推进，用户已从单纯的关注数字货币价格和交易，逐步转为更加重视其使用范围的大小。根据市场需求提高落地应用能力是比特币和其他数字货币的发展趋势。

Bitterfly开创性地提出了POW+Bitterfly双层算法，即改进型 PBFT 算法。Bitterfly通过 POW 算法确保底层区块足够安全的同时，以价值储存、去中心化数字资产兑换、支付与清算等技术，服务多种商业生态和应用。根据使用者（个人、企业、政府）、资产所有者、服务运营商、产业链上不同经营主体（设备供应商、在线电商、金融机构、物流企业等），以及区块链业务特点，对底层进行模块化拆分，达到应对多维度、多角色的安全防护、数据隐私保密、分布式数据存储、可信数据资产接入和交易。

4. 21个创世节点，凝聚社区共识

比特币社区的上层管理就算是最低门槛也是大部分人的天花板，因为比特币的社区治理更侧重于技术的升级与维护，且治理体系非常复杂，需要极强的专业能力。虽然社区“人人可参与”，只要大体上认同比特币的核心价值并愿意参与其中相关活动，就可以被认为是社区成员，但相较于金字塔顶部而言这些人缺乏认同感，流动性较大。

所以，Bitterfly从机制上首要倡导的就是让每个节点主动推广Bitterfly的价值观，在理念上达成一致。其次，以“做贡献，得奖励”的方式促进社区共享共治，形成合力稳健发展。Bitterfly社区将不设准入门槛，不论是否拥有技术背景，均可竞争节点资格。Bitterfly总共诞生210个节点，节点会通过多种方式来帮助社区未来的发展。

总而言之，区块链技术本质上是一个点对点的分布式数据库，其中各个节点通过共识算法维护区块链系统的一致性，实现不同节点之间的信任并计算各个节点相应的权益，也是区块链技术魅力所在。目前比特币发展有限，POW难以支撑区块链的未来。Bitterfly 站在比特币肩膀上，如今又再次煽动了区块链改革的翅膀。Bitterfly 在下一个 11 年里，能否走完比特币还没走完的路？弥补现有技术不足？或许它煽动翅膀之时，就是下个 11 年风暴开启之时。

本文来源：比特币教父
原文标题：Bitterfly重塑共识机制 突破穿越时空的价值围城

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编译者/作者：比特币教父

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