中央财经大学金融学博士：区块链共识机制经济学分析-Law Markop

POW在区块链系统中成熟的标志是2009年比特币主网的上线。作为区块链最经典的共识机制，其核心思想是通过去中心化的算力竞争来保证系统交易数据的一致性。节点。 驱动算力竞争的经济激励是获得下一个区块的记账权和系统自动产生的Token奖励。 就比特币区块链而言，这项工作是指解决复杂但易于验证的SHA256数学问题，并且该问题的解决方案在算法中进行了标准化。 [8] 生产方式的标准化促进了流通方式的标准化。

POW的思想由来已久，就是通过增加经济成本来提高市场中诚实参与者的比例，从而筛选出不诚实的节点。 1993年，POW的思想被用来解决垃圾邮件问题，要求邮件的发件人计算某道数学题的答案，以证明发件人的诚实，增加恶意邮件发件人的成本. [9] POW概念于1999年正式提出，为POW在区块链系统中的应用奠定了坚实的基础。 [10] POW的运作模式和分配制度形象地再现了数字经济范式下马克思主义劳动价值论和按劳分配制度：商品价值是由无差别的一般人类劳动凝聚而成； 在数字经济时代，无差别的一般人类劳动在很大程度上不是由人类直接劳动完成的，而是基于计算能力的。 与生产方式相对应，分配的代币数量与市场参与者贡献的算力成正比。 2008年的国际金融危机是比特币和区块链的直接原因，POW也体现了区块链经济体系对中央财政和货币政策主导的信用经济体系的反对和抵制。 此外比特币区块链的经济机制包括，POW需要部署矿机、研发芯片、建设产业园，将带动整个产业链经济的发展，助力区块链由虚走向实，赋能实体，更容易被接受受传统经济和金融业的影响。 接受。 2019年11月，比特币矿机厂商嘉楠科技在纳斯达克上市，成为“全球区块链第一股”。

同时，POW也引起了广泛的争议，包括强大的算力带来的巨大功耗。 根据 Arvind Narayanan 于 2018 年 5 月向美国参议院能源和自然资源委员会提交的一份报告，当时，比特币挖矿每天消耗约 5GW 的电力，接近全球电力消耗的 1%。 随着比特币下一个减半周期的临近，算力增长非常快，这就造成了更大程度的功耗。 另一方面，POW支持者认为，标准化的电力是全球通用的通用产品，算力和电力凝聚了无差别的人类劳动。 “比特币”的重要原因是算力的不断增长，这也反映了社会对比特币的共识增强。但毫无疑问，POW区块链项目不可能大规模采用POW，除非人类能源的解决方案取得突破。近年来，包括以太坊在内的一些区块链项目推出了从POW到其他共识机制的转换路线。

采用 POW 的另一个问题是区块链系统难以实现商业应用。 比特币出块时间约为10分钟，大量交易发生时无法及时确认。 尽管后来诞生的基于 POW 的区块链做了一些改进，比如将莱特币的出块时间缩短到 2.5 分钟，但仍然难以满足商业需求，这也给 POW 的推广带来了很大的困难。 虽然 POW 存在能耗高、出块时间长等问题，但其理念已得到一定程度的认可。 许多新的区块链项目在原有POW的基础上改进了共识算法。 主要改进方向是降低能耗，提高出块速度。 实现这种提升的基本经济路径有3种：一是直接增加市场容量，同时按比例提高市场交易和数据处理率。 该路径只能提高出块速度，对能耗没有直接影响。 二是产生基于POW的区块链经济体系的“关键少数”。 “关键少数”在一定时间内随机更新，“关键少数”完成剩余的记账等经济活动。 这部分经济活动的数据可能不在主链上。 这种经济路径不仅提高了区块生成的速度，还降低了能源消耗。 三是将区块链系统分片，并行处理和存储所有市场经济活动。 这种经济路径不仅提高了区块生成速度，还降低了能源消耗，但它破坏了每个区块中存储的交易数据的完整性。

2016 年 3 月，基于 POW 的新共识算法 Bitcoin-NG 将时间划分为不同的时间段。 在每个时间段内，由一个领导节点负责出块和交易打包。 Bitcoin-NG包含两种不同类型的块：用于选举领导节点的关键块和包含交易数据的微块：关键块是基于POW产生的，关键块选举领导节点，允许领导节点以低于预设阈值的速率生成微块。 [11] Bitcoin-NG在经济层面的解决思路类似于“隔离见证+闪电网络”，即区块的市场容量不变，去中心化在某个时间截面通过选举领导节点来放弃，提高了区块的生成效率，从而间接增加了市场容量。

Elastico 于 2016 年 10 月提出，是第一个基于拜占庭容错的安全分片协议。 它通过对整个区块网络进行分片来增强系统的可扩展性。 这个想法是将区块链网络隔离成多个分片，这些分片可以并行处理不重叠的经济交易集。 [12] 分片改变了区块链系统的区块生成和存储结构。 虽然它提高了区块生成速度并降低了能耗，但它破坏了存储在每个区块中的交易数据的完整性。

2017年，Omni Ledger在Elastico共识的基础上，提出了ByzCoinX共识，通过抗预测的公共随机协议，选择具有统计代表性的大规模分片来处理经济交易，并引入跨分片提交协议比特币区块链的经济机制包括，用于原子-级事务处理。 [13] ByzCoinX共识结合了Elastico共识和选举共识的优点，通过并行的跨分片数据处理优化了区块链系统的性能。 它是一种无需长期去中心化即可提供可扩展性的架构。 沿着将选举共识融入POW共识的发展路径，经过时间证明（POET）、运气证明（POL）、空间证明（POSP））和有用工作证明（Proof of Useful Work，POUW）共识机制以及其他不需要消耗算力挖矿的算法相继诞生。 在去中心化、高效和安全无法同时实现的现状下，基于POW共识机制的区块链项目必须有所取舍。 虽然目前POW共​​识效率低、能耗高的缺陷难以根除，但POW仍然是历史最悠久、影响最大的共识机制。 广泛接受的工作量仍然为区块链项目的价值提供了坚​​实的支持。

经济社会的核心权利是记账权，配套的基础设施是如何同步账本，保证所有市场主体拥有相同的公共账本，所有利益相关者拥有相同的私有账本。 当发生单笔交易时，如果这笔交易不能被市场机制捕获并作为一个因素纳入，那么这笔交易实际上并没有对市场价格的形成起到作用。 同样，在区块链经济系统中，整个经济行为的市场化过程如下：首先，从所有利益相关者组成的社区集合{M}中选出记账节点集合{A}。 这个过程用f({M}) → {A}表示记账节点集合{A}拥有经济系统的记账权。 第二，将记账节点集合{A}根据区块容量、交易等待时间、交易手续费等多重因素综合排序后，将整个经济系统在当前时间段内的交易打包到一个区块中，生成将新区块广播给所有验证节点集合{D}或其代理节点D。第三，收到广播的新区块后，所有验证节点集合{D}或其代理节点D验证其交易的正确性. 如果新区块中的交易得到大多数验证节点的认可，它将被更新到区块链中。 第四，记账节点集合{A}向最长主链添加新区块，记录了从创世区块到最新区块的完整交易信息。 如果主链发生分叉，则需要根据其算法共识选择一个分支作为主链。

综上所述，算法共识机制将集体决策的方式和集体决策的结果用代码表达给每个成员。 区块链的算法共识机制相当于在经济系统中起基础性作用的资源分配机制，但具体的资源分配机制也会随着人类群体意识、人类掌握和使用技术的能力、以及当前包括区块链在内的数字技术正在深刻改变传统经济体系。 同时，政府的宏观经济政策也会对资源配置产生深远的影响。 宏观经济政策反映了政府的经济理念和对经济形势的判断等主观意见。 同样，算法共识机制也可以由开发团队人为修改。 比特币技术开发团队Bitcoin Core对比特币区块链进行了多次升级。 以太坊的发展社区也做了长期规划，将共识机制从POW改为POS Planning，分为“Frontier”、“Homestead”、“Metropolis”和“Serenity”四个阶段。 区块链算法共识直接受到决策共识的影响，但当决策共识未能达成共识时，就会出现分叉，导致区块链系统有自己的算法共识，而分叉也成为现阶段的区块链经济体系。 系统性风险的最大来源。

比特币区块链系统于2009年上线主网，至今已有十余年。 决策共识对比特币区块链的发展起到了关键作用。 中本聪在 2010 年 7 月将比特币区块链的最大区块容量设定为 1M，比特币区块链大约每 10 分钟产生一个区块。 这不仅更好地保护了中小矿工的利益，也限制了比特币经济系统的数据处理能力。 随着链上交易的增加，交易延迟变得更加频繁，交易费用增加，这使得比特币难以发挥货币作为流通媒介的功能，无法成为实际意义上的货币。 [7] 针对这一问题，自2015年5月以来，比特币社区各利​​益相关者通过公开解释、辩论、会议、相互攻击、链上投票等方式提出了不同的比特币扩容方案，漫长而复杂的决策共识形成过程中，包括两次因决策共识难以收敛而产生的影响深远的硬分叉：一次是2017年7月发生的比特币硬分叉，产生了现在的比特币和比特币现金（Bitcoin Cash，BCH）； 另一个 BCH 硬分叉发生在 2018 年 11 月，产生了比特币 ABC 和比特币 SV。

由于公链没有进入门槛，本质上需要通过代币进行治理。 区块链的市场共识是指代币参与交易时形成的市场均衡价格。 区块链市场共识的形成既包括代币与法币交易（法币交易），也包括不同代币之间的交易（币币交易）。 算法共识和决策共识从基本面、技术面和新闻面影响市场共识的形成：当区块链算法共识的安全性难以得到保障时，系统的代币价格必然暴跌； 当决策共识难以收敛时，也会分散系统中的资源，动摇各个节点的信心，进而对市场共识产生负面影响。 反过来，市场共识对算法共识和决策共识也有重要的反应。 均衡的市场价格和良性的市场共识形成机制对算法共识和决策共识有积极影响。

不同算法共识的经济影响

目前在区块链行业挥之不去的一个障碍是机器语言和经济语言之间的鸿沟。 机器语言的程序员缺乏对经济学的理解。 同时，由于看不懂代码和技术图表，经济学家很难纠正和完善区块链经济系统。 这深深阻碍了区块链技术和经济属性的发展。 从经济学的角度阐述区块链的算法共识具有深远的理论和实践意义。