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摘要：在對(duì)于區(qū)塊鏈的研究中，研究人員首先通過(guò)比特幣萬(wàn)次交易的數(shù)據(jù)，分析了影響比特幣提交時(shí)間的因素。更致命的一點(diǎn)是目前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)并沒(méi)有相應(yīng)的問(wèn)題處理機(jī)制，如在指定時(shí)間內(nèi)交易未完成后主動(dòng)取消交易，導(dǎo)致區(qū)塊鏈在實(shí)際應(yīng)用中的可用性較差。
區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N起源于2008年的分布式賬本系統(tǒng)，在隨后的發(fā)展中逐漸擴(kuò)充了功能和用途，實(shí)現(xiàn)基于去中心化信用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易、協(xié)調(diào)與協(xié)作，從而為解決中心化機(jī)構(gòu)普遍存在的高成本、低效率和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不安全等問(wèn)題提供了解決方案。
而新一代區(qū)塊鏈具有去中心化、時(shí)序數(shù)據(jù)、集體維護(hù)、可編程等特點(diǎn)。首先是去中心化: 區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的驗(yàn)證、記賬、存儲(chǔ)、維護(hù)和傳輸?shù)冗^(guò)程均是基于分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 采用純數(shù)學(xué)方法而不是中心機(jī) 構(gòu)來(lái)建立分布式節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系, 從而形成去中心化的可信任的分布式系統(tǒng); 其次是時(shí)序數(shù)據(jù): 區(qū)塊鏈采用帶有時(shí)間戳的鏈?zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù), 從而為數(shù)據(jù)增加了時(shí)間維度, 具有極強(qiáng)的可驗(yàn)證性和可追溯性; 第三是集體維護(hù): 區(qū)塊鏈系統(tǒng)采用特定的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制來(lái)保證分布式系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)均可參與數(shù)據(jù)區(qū)塊的驗(yàn)證過(guò)程(如比特幣的 “挖礦”過(guò)程), 并通過(guò)共識(shí)算法來(lái)選擇特定的節(jié)點(diǎn)將新區(qū)塊添加到區(qū)塊鏈; 第四是可編程: 區(qū)塊鏈技術(shù)可提供靈活的腳本代碼系統(tǒng), 支持用戶創(chuàng)建高級(jí)的智能合約、貨幣或其他去中心化應(yīng)用. 例如, 以太坊 (Ethereum) 平臺(tái)即提供了圖靈完備的腳本語(yǔ)言以供用戶來(lái)構(gòu)建任何可以精確定義的智能合約或交易類型。
在對(duì)于區(qū)塊鏈的研究中 ，研究人員首先通過(guò)比特幣30萬(wàn)次交易的數(shù)據(jù)，分析了影響比特幣提交時(shí)間的因素。首先是作為礦工激勵(lì)因素的手續(xù)費(fèi)，更高的手續(xù)費(fèi)能夠吸引礦工優(yōu)先將該交易寫入?yún)^(qū)塊從而更快地提交。而locktime則是主動(dòng)設(shè)定延時(shí)，開(kāi)始時(shí)此交易是無(wú)效的，直到指定區(qū)塊被挖出該交易才變成有效并被提交到網(wǎng)絡(luò)。最后是交易請(qǐng)求的到達(dá)順序，對(duì)于一個(gè)交易鏈條其中的交易到達(dá)的順序并不會(huì)是相同的，如果一筆交易先于其父先交易到達(dá)，即源交易不明的孤立交易，該交易會(huì)進(jìn)入內(nèi)存池等待或者超時(shí)后刪除。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)手續(xù)費(fèi)、locktime都不是造成交易鏈條中的子孫交易延遲提交的關(guān)鍵因素。
在對(duì)以太坊的實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)于交易費(fèi)在25Gwei以下的交易，gas price越高提交所需的延遲越短。但當(dāng)gas price大于25Gwei，手續(xù)費(fèi)對(duì)延遲的影響就比較小了。且實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示gas limit與提交延遲沒(méi)有太大關(guān)聯(lián)。作者最后對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)于有序和無(wú)序的交易序列來(lái)說(shuō)，gas price的影響不大，并且網(wǎng)絡(luò)的連通性對(duì)于交易的廣播有消極的影響。
對(duì)于目前的區(qū)塊鏈來(lái)說(shuō)，一個(gè)主要的問(wèn)題就是無(wú)法保證交易一定能完成，且不能準(zhǔn)確確定交易的完成時(shí)間。更致命的一點(diǎn)是目前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)并沒(méi)有相應(yīng)的問(wèn)題處理機(jī)制，如在指定時(shí)間內(nèi)交易未完成后主動(dòng)取消交易，導(dǎo)致區(qū)塊鏈在實(shí)際應(yīng)用中的可用性較差。而在《區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和展望》中提到的一系列應(yīng)用，在性能較差、不確定性高、問(wèn)題處理機(jī)制匱乏的網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際性能堪憂。
對(duì)于當(dāng)前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，其現(xiàn)有機(jī)制導(dǎo)致從系統(tǒng)中讀取信息的能力遠(yuǎn)強(qiáng)于寫入信息的能力，且提交所需的延遲和成功與否都具有較大的不確定性。從底層提高系統(tǒng)對(duì)信息的處理是比較好的解決手段，但當(dāng)?shù)讓痈倪M(jìn)較為困難時(shí)則需要在當(dāng)前基礎(chǔ)上改進(jìn)時(shí)，提供一個(gè)主動(dòng)終止交易的機(jī)制就能夠發(fā)揮重要的作用，使得交易結(jié)果可控，提高了系統(tǒng)的可用性。從中也可以看出，當(dāng)前的區(qū)塊鏈系統(tǒng)，雖然系統(tǒng)中的使用硬件的算力已經(jīng)比較高，但是處理能力仍然不足，不能夠支撐計(jì)算密集的智能合約或者高頻交易且容易受到Dos攻擊的影響。所以未來(lái)可以考慮將從區(qū)塊鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面提高系統(tǒng)處理能力、改善等待機(jī)制提高提交成功率和添加完善真正應(yīng)用所需的功能作為主要研究方向，進(jìn)一步提高系統(tǒng)可用性。
"On Availability For Blockchain based Systems", Ingo Weber??, Vincent Gramoli??, Alex Ponomarev?, Mark Staples??, Ralph Holz??, An Binh Tran?, Paul Rimba?
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