比特币是加密货币网络中第一个成熟的试验品，也是因为比特币网络的出现，才后继发展出以太坊等世界计算机的雏形。
不过后续公链为了性能需求，做了过多更改和添加，其中最重要的是会把公链的共识彻底更改为PoS，尽管以太坊还没有彻底改变，但也已经提上日程。
我们不禁需要思考，能不能不修改PoW共识，而达到其性能呢？我们就以本文讨论一下，PoW共识该如何进化。
因为共识算法主要应用在区块链网络结构的共识层，可以理解为layer1。而如果对PoW共识进行更改，那对比对象就是比特币的PoW中本聪共识和以太坊的ethhash，今天不用谈其对ASIC芯片和GPU芯片的规定，而是在PoW出块验证过程中的变化。
中本聪共识是区块链早期广泛使用的一种共识方法。目前为止中本聪共识仍是容错能力最好的，其设计简单，通讯开销低，经过了数十年的验证。但是该共识有一个自然的吞吐量限制。其吞吐能力较低，出块时间过长，用户体验较差。
金色财经链上活跃度播报丨链上交易量上升19.91%:据欧科云链OKLink数据显示，BTC 24h链上活跃地址数总计885023，较前日下降0.58%；链上交易量总计671200.71BTC，较前日上升19.91%；链上交易笔数总计281701，较前日上升2.48%；BTC链上活跃度下降。
截至上午10时，全网算力约为94.44EH/s，较前日下降3.3EH/s，全网算力呈下降趋势。[2020/5/21]
如果你想提高吞吐量，你可以做两件事：一是增加块大小，二是降低块间隔，但这会增加孤块率。消耗带宽，也不利于交易确认。随着孤儿率的增加，系统的安全性下降，吞吐量下降。
当孤儿率非常高时，攻击者很容易秘密生成更长的链。攻击者则不需要51%的算力，可以用更少的算力覆盖区块链。
如果我们想突破吞吐量限制，必须想办法降低孤儿率。
金色相对论 | 汤英飞：挖矿成本是综合成本 技术先进不代表矿工会选择:本期金色相对论中，在关于“7nm矿机生产及对市场会有什么影响”这一问题上，币势得云算力商务总监汤英飞表示：“7nm技术并不成熟，新型技术的开发上线到完善是个漫长的过程，蚂蚁S9所使用的9nm工艺，其稳定性与16nm机器相比差距较大。更不用说更新的7nm的技术了。不可否认，7纳米芯片带来了芯片产业的前进之音，相比较在技术上肯定是先进的，其稳定性有待时间验证，往期产品中往往第一批的用户都是小白鼠，厂商需要根据用户反馈的问题不断的做修正，技术的进步迭代也正是这样一个过程。由于订单的原因，7nm的芯片产量目前不会太大，但是相信产能不是问题。不过挖矿成本是综合性成本，强调的是性价比，矿机裸机价格，算力、稳定性、功耗（电力成本）、配件成本、维护难易等等方面综合考虑，先进的芯片问世并不代表矿工们会马上选择，而是会考量这些方面的综合因素。”[2018/8/24]
孤块出现的原因来自于块的传播延迟，如果在传播另一个块时发现一个块，则其中一个注定是孤块。
金色财经现场报道：人民大学法学博士于鲁平：数字资产运营是信用风险最大集散地:金色财经6月3日现场报道，在今天的以太坊技术及应用大会上，中国人民大学法学博士、中央财经大学博士后于鲁平在演讲中说，数字资产运营风险主要包括：数字资产信用安全、外汇管理风险、数字运营市场风险、数字交易搞杠杆风险。现在很多资产运营就是信用风险最大的集散地方，所以把它列为第一位。区块链解决的是信用问题，但在信用资产尤其数字资产上面临的最大问题是信用问题。因为我们的资产经过中心化平台运营过程中，最担心的是数字资产被坑。这是一种主观和人为性风险所带来的，是从交易行为自古产生至今没有办法避免的，更何况在一个法制不健全 、规则不清晰时，信用是一个最大的问题。[2018/6/3]
而一些区块的传播速度较慢，是因为这些区块相关有更多的新交易，新交易是在区块打包前的10秒内生成的未同步交易，因此矿工必须先同步这些交易，然后才能进一步传播这些块。
金色财经讯:乌克兰正在拟定的一项新法案将把当地的加密货币生态系统纳入其央行的监管范围内。[2017/10/13]
例如，当节点A向节点B传播一个紧凑块并且其中没有新的交易时，节点B可以立即将这些紧凑块传输给它的所有邻近节点。
但是，如果区块中有新交易，节点B必须首先从节点A同步这些交易，然后验证这些交易的签名，这也需要时间。只有当整个区块的有效性得到验证时，节点B才能继续传播这个区块。
以太坊出现后，对中本聪共识并没有实质性的改善。其只是简单地缩短了出块间隔。
并且以太坊还有一个问题，因为交易的有效性取决于区块内的交易顺序，验证交易，必须等到区块收到后，因此无法在收到实际区块之前验证交易有效性。
也即是这样，每个区块中的每笔交易都会被视为新交易。交易传播中有很多冗余。例如一个以太坊客户端会将同一笔交易传播到不同的节点七次，
而这些交易就意味着以太坊会出现非常高的孤块率，数据表明，可能有时高达30%，严重占用网络资源，造成交易堵塞。
以太坊还有叔块的设置，如果这些孤块被纳入最长链，可以拿到部分奖励，但叔块的数量和奖励无济于事。
因此，这些迟缓的交易确认流程和技术现象，造成了PoW共识表现出的比特币网络和以太坊网络的问题。
那可以如何改善PoW共识?
在现有的设计案例中，可以看到两种必要的方法。
首先是挖矿难度调整，这是对于计算出块难易程度的预估，比特币和以太坊是定期调整的，并且是较长周期内调整，而改善后的PoW共识内可以通过一个小周期来调整，一个时隙会包含多少个块，以保证快速调整到平稳的难度值。这对出块时间也是重要的。
第二个必要的改进就是调整出块时间，而这涉及到很细节的过程。在上文中，因为区块打包前的新交易会不停延迟区块链传播时间，那如果让传播节点不再因新交易出现而延迟同步，出块就会变快速，但需要将新交易，以及漏掉的交易进行新的验证打包。这就需要一个新的交易提交渠道。
我们在NC-MAX的算法里查到了一个设计。
那就是将区块中添加了一个“叔块头”区域，允许矿工将尽可能多的叔块嵌入到一个块中。叔块可以在区块中传播他们的头和他们的交易提议区，但叔块不计入块大小限制。
另外还需要添加了一个交易提议区，其中可能包含一些新交易的提交，交易在传播区块后同步。并且是并行同步的，不会影响块的传播过程。只要哈希检查，不会影响块的有效性。
还有一种可以称之为智能的方式，那就是让出块时间设计为动态变化。
在PoW链正常的共识出块中，会出现孤块、叔块，这会影响链的数据，但如果通过一个数据来监控孤块和叔块，进而调整出块时间和块大小。就足以让所有链上的资源变得更智能。
例如还有一个公链的案例是引入叔块率等运行期数据，对出块时间，难度，出块奖励进行动态调整，进而最大限度利用网络资源。
详细的过程如下：当区块越大，出块时间越短，孤块会越多，而孤块率增加会降低双花攻击的难度，所以需要将孤块率限制在一个阈值之内。
如果在孤块基础上，引入叔块。首先，定义每N个块为一个Epoch。并且为每个Epoch定义出叔块。
这样就可以用Epoch内的叔块率评估网络的拥塞情况，并以此作为出块时间，出块大小调整的依据，实现充分利用网络，提升吞吐的同时，也可避免区块过大或者出块时间太短导致孤块过多，安全降低。
为了将叔块维持在一个合适的阈值内，在每个Epoch末，都会重新调整下一个周期的出块时间。
如果叔块率较高，则说当前的出块时间间隔下，网络中存在较多的分叉和孤块，我们需要调大出块的时间，缓解此问题。反之，则说明全网出块情况良好，还能进一步缩短出块时间，进一步提高全网吞吐。
以此看来，通过对PoW共识设计的改变，足以改善PoW链的表现能力，但如果用此与PoS链相比，仍旧是无法比较的，只是通过这样的改进，在面临网络拥堵情况下，链的处理能力是更高的，也是更可控的，这样的调整下，部分项目可以保持对PoW共识的信仰，同时其网络资源也是在矿工经济模型的保护之下运行的，在行业面临巨大问题时，可能会有缓冲效果。
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