比特币激励

比特币系统是典型的通过经济激励机制实现自我驱动的系统。比特币系统的可靠性依赖于整个系统的算力所构筑的强大壁垒。比特币系统不需要任何机构维持其信用,仅通过技术手段就可创建共识,从而产生价值。

1.转账交易激励

比特币通过创币交易到达矿工钱包后,通过转账交易进入流通网络。比特币只有发行和转账两种交易,并且在产生后只能由一个人转移给另一个人,而不能凭空消失。而在转账交易过程中,存在着参与转账的人员之间的利益再分配过程,具体表现为挖矿节点收取的交易手续费。

通过打包交易所产生的激励,是指每一个区块中包含的所有交易费用。交易手续费促使矿工尽可能收集更多的交易以提高激励。在比特币的生成空间耗尽之后,交易费将逐渐取代创造新块的奖励,成为维持比特币经济存在的最主要因素。比特币的交易手续费不取决于交易金额的大小,而是按用户发出交易的每千字节数据量收取0.0001BTC的价格。随着比特币交易需求量的不断提升,其有限的交易空间是造成交易费用上涨的主要原因。2016年4月以来,比特币定价策略变成了拍卖形式,因为比特币每个区块所容纳的交易量己经达到饱和,用户支付转账需要和其他用户进行竞价,矿工会在打包时对于价高者的交易给予较高的优先级。竞价机制使得比特币的交易手续费节节攀升。

挖矿节点处理交易按如下规则进行排序。

1)处理较高优先级交易。区块中用来存储交易的前50KB是保留给较高优先级交易的,不管该交易中是否包含挖矿手续费。较高优先级的确定是由挖矿节点处理交易记录时为每笔交易分配的,优先级通过币的新旧程度d、交易字节数、交易中比特币数量来综合决定。具体来说,对于每一个输入(Inputs)来讲,客户端会先将比特币的数量乘以这些币在块中存在的时间(币龄,age),然后将所有的乘积加起来,除以此次交易的大小(以字节为单位)。计算公式:

priority=sum

(input_value_in—units*input_age)/size_in_bytes

计算结果如果大于0.576,那么该交易可称为“较高优先级”,否则必须支付交易手续费。随着新的区块逐渐产生,留在内存池未被打包的剩余交易的块龄随之变大,最终会满足高优先级的门槛,从而被打包进区块。这种机制避免了零矿工费被无限期延迟打包的可能。

2)接着按矿工费排序交易。挖矿节点会选出包含矿工费的交易,并按照“每千字节矿工费”进行排序,优先选择矿工费较高的交易来填充剩下的区块。

3)如果区块中仍有剩余空间,挖矿节点可以选择那些不含矿工费的交易打包整合进区块中。

按上述规则构造区块后,节点通过挖矿工作,不断重复进行尝试,直到它找到的随机调整数使得产生的哈希值低于某个特定的难度目标,从而成功构建新的区块。经过全网每个节点的独立校验,在全网范围达成共识后,最终获得挖矿奖励和交易奖励。

交易手续费机制导致矿工在处理比特币交易时对高手续费的交易优先处理,信息不对称导致用户无法准确预估到底要支付多少手续费才能获得接下来的第一个区块的确认,也无法准确预估一笔交易确认的时间。支付服务的稀缺性导致用户广播交易时要么超额支付,要么由于支付费用不足而必须等待很长的确认时间。显而易见,高手续费降低了比特币在小额支付、日常支付和比特币区块链上应用的功能价值。

长期以来,大部分的收益仍然来自挖矿所得的比特币奖励,然而随着比特币挖矿奖励的递减,以及每个区块中包含的交易数量的增加,交易费占矿工收入的比重将会逐渐增加。在2140年之后,比特币发行总量达到上限后,所有矿工收益都将由交易费构成。

2.激励的再分配

比特币交易的合法性是由整个网络合理验证的, 只有大多数参与者认同某笔交易才视为有效。然而在 这种机制下,如何避免交易发起方通过伪造多个身份,发起“女巫攻击”来对某笔不合法交易进行确认,带来“双花”问题?基于控制系统中大部分算力比控制大部分实体难得多的假设,比特币协议使用POW来防止“女巫攻击”。在确认交易前,参与者需要做一些工作来证明他们的真实实体身份,通过寻找随机数使区块头哈希值小于等于某给定的难度目标值这项工作,不断地尝试不同随机数来寻找答案,获得区块的记账权。因此,算力成为验证交易能力获胜的关键,而不是实体身份的数量。挖矿计算的算法是固定的、简单的,并且没有在软件层面存在提升的空间,那么提升单个挖矿参与人效率则主要依赖于硬件的性能提升。

随着计算机性能的飞速提升、参与挖矿网络节点的不断扩张,难度值也不断进行调整,从而构筑起巨大的投入壁垒,导致攻击比特币区块链将会是异常艰难的事情,从而确保从而比特币主干区块链的安全性,构建出人类目前最安全的“数据之锚”。同时,这也决定了比特币挖矿是一场庞大而持久的矿机算力竞赛。自比特币诞生以来,矿机算力发生了若干次重大跃迁。

矿池将各节点贡献的算力按比例划分成不同的股份(Share),并遵循一定的分配机制来分配奖励。例如,PPLNS(Pay Per Last N Shares)机制是根据其在过去N股股份中所占比例来支付收益,具有一定滞后性,所有矿工根据自己贡献股份的数量来分配区块中的货币。PPS(Pay Per Share)则直接依据各节点算力在矿池中的占比,根据矿池每天平均可获得的矿产,为各节点估算和支付一份固定的基本理论收益,并立即为每一个Share支付报酬,而不必等待区块确认。该支出来源于矿池持有的比特币资金,会一定程度上减少矿工的风险,而将风险转嫁给矿池运营者,因此采用此方式的矿池将会收取7%〜8%手续费来弥补其为各节点承担的收益不确定性风险。矿工承担低风险,收益也相应较低。P2Pool的挖矿节点工作在类似比特币区块链的一种Shares链上,每个节点工作的区块,都包括支付给前期Shares的所有者以及该节点自己的比特币。此种模式下99%的奖励(50BTC+交易费用)会平均分给矿工,另外0.5%会奖励给生成区块的人。

在普通矿工参与挖矿的过程中,普通挖矿者除可能面临账号丢失、黑客攻击、钓鱼网站、木马等诸多问题,选择矿池还需要考虑矿池的诚信度、稳定性、收益能力、手续费等因素。另外,在选择矿机装备上,也存在个人投入与整体算力涨跌的博弈问题。按照比特币算法的设计,挖矿难度会随硬件设备性能的提高而加大,以保证公平性。计算难度增加意味着回本的周期越来越长,成本会越来越高,与比特币共生的矿机或将面临更加起伏波折的历程。

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