BlockChain：《Blockchain Gate》听课笔记——以POW机制为例阐述共识机制的激励相容设计

导读
区块链技术通过巧妙的经济激励和技术设计，创造了一种新型自由开放系统的协作机制，能够很好地适应经济一体化深度发展下大规模多边协作的技术需求。

激励机制

惩罚机制

激励机制

区块链是一个公共可见的账本，用来记录交易的历史信息。当一笔新的资产交易被创建时，资产转出方需要通过签名脚本来证明自己是资产的合法使用者，并且指定输出脚本来限制未来对本交易的使用者（即资产收入方）。如果是合法创建并签名的，则该笔交易现在就是有效的，它将被广播到区块链网络并被传送，每一个收到交易的节点将会首先验证该交易，确保只有有效的交易才会在网络中传播，而无效的交易将会在第一个节点处被废弃，直至抵达挖矿节点。

挖矿节点在验证交易后会将这些交易添加到自己的内存池中构建新的区块。在PoW机制，矿工们接着通过反复尝试求解一种基于哈希算法的数学难题来竞争获得记账权，具体而言，矿工不断更换区块头的填充随机数并计算这个区块头信息的哈希值，看其是否小于当前目标值。如果小于，则成功“出块”，随后矿工将这个区块发给它的所有相邻节点。这些节点在接收后进行一系列的检查标准，去验证区块的正确性。检查的标准包括区块的数据结构和区块包含的交易合法有效；区块头的哈希值小于目标难度（确认包含足够的工作量证明）等。一旦一个节点验证了一个新的区块，它就会将新的区块连接到累计了最大工作量证明的区块链中，矿工挖矿成功。

在上述过程中，矿工获得两方面奖励：
(1)、一是代币奖励。矿工构建的新区块中的第一笔交易是一笔特殊交易，称为创币交易或者Coinbase交易。矿工挖矿成功后，将获得这笔新创造的加密代币。在比特币网络，每隔10分钟将一个新的区块添加至链上，每添加一个区块可以获得50枚比特币作为奖励（每四年减半）。
(2)、二是记账决策权与交易手续费。矿工拥有记账决策权，有权决定将哪些交易添加至新构建的区块，并对收录在区块内的所有交易收取手续费。

惩罚机制

通过惩罚设计，PoW设置了两道门槛：
1、第一道门槛设在矿工竞争记账权的时候，使得矿工不能随便“发言”（新增区块）。
(1)、一方面，矿工为获得记账权，须不断求解哈希难题，因此付出“不菲”的成本，这一成本是沉没成本，只要矿工想参与“发言”，那么无论他最终能否成功“发言”，他均必须付出这一笔建言成本；
(2)、另一方面，由于哈希难题的验证要比求解来的简单，对新出区块的验证成本微乎其微，因此只要矿工一错误“发言”（如交易无效、格式不符等），就会很快地被其他节点检测出来废弃掉，他之前付出的建言成本相当于对他的惩罚。
2、第二道门槛则设在区块被成功添加区块链后的修改，使得矿工不能随意更改区块链。在比特币网络，每2016个区块(大约两周)后，所有客户端把新区块的实际数目与目标数量相比较，并且按照差异的百分比调整目标HASH值，来增加（或减少）产生区块的难度，确保每10分钟1块的恒定出块速度。挖矿难度值的提高，增加了攻击的成本。攻击者如果要构造出一条比真实区块链更长的秘密区块链，需要在比特币网络产出6个区块的同时秘密产出7个区块。