比特币安全模型综合探讨

比特币网络越大，它就越安全。

从长远来看，区块补贴和交易费用之间会有有机的安全权衡。随着网络效应变大，对区块空间的需求增加，从而减少了对区块补贴的需求。我们有经验证据表明这种情况正在发生，未来的预测看起来很乐观。

比特币的区块空间是一种稀缺而独特的商品。它将继续积累需求。

2017 年的牛市并不是因为数百万用户突然使用区块链在全球范围内转移资金，并试图将交易成本、兑换成本、波动成本和协调成本降至最低。

· 比特币交易者的价格弹性很高。即使在交易费用较高的环境中，对比特币区块空间的需求也在增长。

块奖励

大约每 10 分钟创建一个新的比特币区块，其中包含新铸造的比特币（“区块补贴”）和交易（包括发送交易的实体支付的交易费用）。新铸币的价值加上交易费用被称为“区块奖励”。

根据比特币的硬编码货币政策，每块新铸造的硬币数量随着时间的推移而减少，最终在 2140 年达到 0%（也称为去通胀模型）。在撰写本文时，超过 83% 的比特币已经被铸造，目前的年通货膨胀率仅为 3.8%。到 2040 年，超过 99% 的比特币将被开采。

“实际上，随着用户数量的增长，没有人可以充当中央银行或美联储来调整货币供应量。那将需要一个受信任的一方来确定价值，因为我不知道如何让软件知道各种物品的真实价值。如果有一些聪明的方法，或者如果我们想信任某人来积极管理货币供应将其与某物挂钩，然后我们就可以为此制定规则。”——中本聪

中本聪认为不可能设定一个“适当的”通货膨胀率（由于当地知识问题），并且这会引发政治攻击，因此他决定将人为决策从过程中移除。每次货币政策发生变化或修改时，人类治理都会重新进入系统，从而使货币供应的确定性失效。这最终导致社交可扩展性降低，从而增加了网络碎片和分歧的风险。可预测的货币政策是关键：比特币对长期稳定性和透明度的关注为投资者和开发商创造了信心。

换句话说，比特币的固定货币政策有效且直接地解决了产权问题：没有硬性供应上限，任何特定持有者所拥有的未来总股票份额变得不确定；结果，可变供给政策几乎总是随着时间的推移稀释个人的金钱份额。这些货币的价值往往会增加，因为供应上限解决了这个产权问题。

我不会花更多时间在比特币的货币政策上，因为我认为这是一个单独的主题，需要专门的文章（我将在接下来的几个月内发表）。

那么这有什么关系呢？区块奖励激励矿工保护网络。随着通货膨胀趋于零，矿工将越来越多地仅从交易费用中赚取收入。一些人担心仅交易费用无法为矿工提供足够的补偿。存储大量财富时，安全和信任至关重要。

比特币的安全模型

“几十年后，当奖励变得微不足道时，交易费用将成为 [矿工] 的主要补偿。” — 中本聪

比特币现有的 UTXO 集（账本）和新区块受到博弈论和物理学的保护。比特币使用工作证明 (PoW) 来使账本的更改变得困难，这消除了信任并为任何可能的攻击者带来了外部成本。矿工购买硬件（资本支出）和电力（运营支出），并期望根据所花费的工作量（哈希）获得部分区块奖励。区块奖励在经济上激励矿工行为。

随着比特币价格的上涨，区块奖励的价值也在上涨，这会激励矿工增加更多的计算能力来挖矿。加密货币网络的计算能力越高，51% 攻击的成本就越高。

安全预算可以保护网络免受 51% 的攻击，这些攻击大多发生在区块链的顶端，而不是需要更多资源的全链重写。

在网络的早期，区块补贴对比特币矿工的奖励超过了交易费用。随着比特币的通缩货币政策，区块补贴大约每 4 年下降 50%。这会造成波动和价格上涨：如果需求保持不变（或增加），供应减少意味着需求正在追逐更少的新铸造比特币进入市场。这种效应带来了新的投机者，这是其设计之美的一部分，因为供应冲击为比特币带来了更大的知名度。

“随着用户数量的增加，每枚硬币的价值都会增加。它有可能创造一个积极的反馈循环；随着用户的增加，价值也会上升，这可能会吸引更多的用户来利用不断增长的价值。” ——中本聪

虽然两者都代表相同的安全预算，但区块补贴和交易费用却大不相同。对于区块补贴，该价值既可以用作发行新比特币的合理方式，也可以用作协议中内置的病毒式 FOMO 循环，增加比特币信徒的数量和网络效应。它进一步扩展了仅通过交易费用提供安全性的需求。所以这就是为什么它被称为“补贴”。

从长远来看，会有一个有机的取舍：随着网络效应变大，对区块空间的需求增加，从而减少了对区块补贴的需求。虽然我们不知道为什么中本聪专门为比特币选择了这样的发布时间表，但我们可以推测。两次减半之间的间隔是漫长的规划和建设时间。在类似的时间内，我们给美国总统四年的时间来实施他对整个国家的计划。

通过 Awe 和 Wonder (ter.com/Awe_andWonder) 所做的模型，我们可以看到，在 2030 年左右，交易费用将开始始终代表区块奖励的健康部分。当交易费用在长期（每年）中占区块奖励的 50% 以上时，比特币将演变为更多地依赖交易费用来生存。

批评者经常声称仅交易费用并不能提供足够的安全性。但是什么是适当的安全级别？这是非常主观的，因为等待确认的数量取决于交易规模和网络的健康状况。但是，尽管存在主观性，我们仍然应该尝试进行计算。在 MIT 比特币会议上，Nic Carter 提出了几种量化适当安全预算的方法：

阈值：在给定的安全支出水平下，比特币被认为是安全的

股票：安全支出应与比特币本身的价值挂钩

增量：交易费用必须相对于交易量很大

就个人而言，我认为安全性最好用最终达到阈值水平的库存百分比来衡量。库存比增加更有意义，因为随着 ASIC 效率的降低，矿工将越来越关注长期运营。最终，这达到了一个门槛水平，即使是最富有的国家也很难突破。

我假设数千亿美元（以当前美元计）将是足够的安全预算，因为政府很难证明浪费这么多钱来 51% 攻击比特币区块链的前沿。他们还必须公开回应这次攻击，因为他们的公民（纳税人）、企业和银行都将投资于比特币。

请注意，51% 攻击不会“杀死”比特币，因为您仍然无法轻松撤消历史交易，here() 计算其努力。

“这也可能会增加交易费市场的价值，因为移动比特币的需求应该会增加，从而为非攻击者服务于交易费市场创造更多动力” - 尼尔伍德芬

最后，在持续 51% 攻击的绝对最坏情况下，必须保留的是 UTXO 集（账本）。如果必须删除 SHA256，那就这样吧。在这种情况下，比特币可以采用另一种已经有成熟市场的挖矿算法，使所有国家级矿机变得无用。我想明确表示，这将是最后的努力，并不能保证它会成功，但是，这可能发生的简单事实可能会阻止一个国家​​尝试这样的攻击。

需要注意的是，PoW 不仅实现了 51% 攻击的最小化并增加了网络效应，它还实现了其他目标，同时还确保了创造货币的成本可以证明是昂贵的（不可伪造的成本）。

比特币区块空间是一种稀有而独特的商品

优质地产别无选择

开采交易可以被视为购买了区块的一部分。以此类推，平均每 10 分钟产生固定数量的土地，人们想通过交易对那块土地进行竞标。即使在零通胀环境下，出售这块土地也能支持矿工。土地的价格是由交易需求决定的，因为供应是固定的并且是已知的。基本前提是，如果网络被使用/评估，它将奖励矿工验证/保护网络。

有人认为山寨币区块空间是等效的替代品。然而，我们有很多方法可以揭穿这个理论。比特币房地产是优质房产（例如：德克萨斯州中部地区的廉价土地无所谓，它永远不会有旧金山的景点或社交网络，因此需求会减少）。比特币区块空间的独特价值在于安全成本、兑换成本、波动成本和协调成本。

以下部分大量借鉴了 Donald McIntyre 的文章“Observations on Paul Sztorc's Bitcoin 'The Long-Term Security Budget' Essay”（他允许我使用未引用的大量直接引用章节，以便文章具有更大的连贯性）

安全成本：由于累积的总计算能力（能量），比特币是最安全的加密货币网络。这将为高价值、高度安全的比特币转移创造一个市场，例如中央银行、政府、银行间、公司和其他愿意支付高额费用的大型支付用户。还有一个安全反馈循环，因为其他链将通过进行链上交易来借用比特币的强大安全性，正如我们最近在 Veriblock 中看到的那样。

交易成本：当发送者和接收者想要使用比特币作为价值存储，但需要转移它们时，“从比特币转到山寨币，以较低的交易费用发送，然后在另一端将其转回比特币存在摩擦货币”。两种方式的交易佣金（0.1–4%）、点差（由于山寨币的流动性差）和交易费用之间会有一点差异，超过这个点最好支付比特币交易费用。如果比特币是一种很好的价值储存手段，那么转移将发生在比特币内部，原因与比特币是一种很好的价值储存手段相同。

波动性成本：人们经常忘记考虑波动性成本，这取决于您的持有期。山寨币通常比比特币具有更高的波动性，而波动性会随着交易规模的扩大而产生令人讨厌的影响。一个假设的例子：

莱特币：10 美元付款 x 10% 交易量 + 0.01 交易费 = 1.01 美元

比特币：10 美元支付 x 1% 交易量 + 0.20 交易费 = 0.30 美元

莱特币：100 美元付款 x 10% 交易量 + 0.05 交易费 = 1 美元0.05

比特币：100 美元付款 x 1% 交易量 + 1.00 交易费 = 2.00 美元

假设比特币交易费用增加了 5 倍，但莱特币的波动性损失使交易费用约为 10 美元！相反，即使你从波动中赚钱，你仍然需要支付资本收益。下图显示了比特币、莱特币和以太坊的平均费用和波动率。不幸的是，如果没有多个代币的平均个人持有期，很难计算波动的平均成本。

协调成本：并非所有硬币都能存活。全球范围内将有一个有限的竞争性区块空间市场。这是因为我们的心智有限，我们不考虑250个加密货币名称、转账费用、后续250个价格，每次转账时选择最便宜的一个（@NickSzabo4）。我们的大脑只能支持理解2、 最多 3 个硬币的价值，并且可以在一定程度上互换使用它们（尽管在适当的 UX/UI 之后存在很弱/未经证实的可能性，此外，因为比特币囤积者对比特币交易有很强的亲和力只有（一神论），多币持有者将被迫用比特币进行交易（暴政的少数）。例如：Square、Bakkt 和 Fidelity 目前只支持比特币。

最终，比特币核心软件被证明是一个成熟的生态系统。随着越来越多的开发人员和企业审查和依赖比特币的代码，这增加了比特币独特区块空间的价值。

“比特币就是金钱。多币种是易货交易。” - 康纳布朗

考虑到以上所有因素，未来的硬币数量将受到限制，区块空间和交易容量也将受到限制。这意味着价值转移的成本将根据价值和安全要求在幸存的链中分配。但最终，每个山寨币都提供了一个风险较高的较低安全模型。

“如果一条链是迄今为止最安全的链，为什么大多数财富和价值的应用程序不将它用于安全？随着越来越多的用户购买更安全的链，他们的购买压力将推高价格。价格上涨将导致安全性增加。从那里开始，最终使用、流动性和网络工作将相互叠加。然后应该使用这些最有价值和最安全的链来保护最富有和最有价值的 dapp。随着安全性随着性别差距的扩大，具有与更昂贵的同行相同的安全模型但价值更低的区块链将越来越少。侧链、第 2 层系统等将使仿冒链的“差异化特征”越来越不重要。”——Alex Sunnarborg

“在上一次牛市期间，山寨币和 ICO 的突然增加是一场模仿比特币创造财富的竞赛。并不是说数百万人突然使用区块链在全球范围内转移资金并试图降低这些费用。换句话说，山寨币和 ICO 激增与 2017 年加密泡沫的巧合是普遍的淘金热（我们都在试图寻找黄金/价值存储），但不是通过交易费用动态定价和套利的合理区块空间。 “——唐纳德·麦金太尔

虽然我没有足够的数据来支持这种说法（而且这是非常主观的），但我认为大部分付款是针对早期采用者的。与传统支付方式相比，使用加密货币支付更困难、更昂贵且更慢。毕竟，比特币的基础层是为新的全球货币体系建立最坚实的基础，而不是创造另一个 Venmo。

交易需求

“我敢肯定，20年后，交易量可能非常大，甚至没有。” - 中本聪

另一个担忧是，随着交易费用的增加，用户会回避交易以避免交易费用。然而，根据经验，情况并非如此：随着交易/数量的增加，交易费用也会增加。

价格弹性

“再也没有人去那里了。那里太拥挤了。” - 瑜伽士贝拉

考虑大多数北美、欧洲和亚洲消费者/企业（大多数加密货币玩家）的用户体验。在大多数情况下，任何交易费用都比现有的支付方式具有更高的摩擦力，因此任何费用都被认为是“昂贵的”（相对于现金或信用卡）。

“想想保险等费用。你为安全买单。” ——阿里·保罗

比特币交易者的价格弹性（相对于交易费用）很大程度上取决于所发送支付类型的性质（不可变的价值存储）。在 2017 年的高峰期，交易费用中位数为 38 美元。在此期间，我们短暂地看到了一些交易费用高于补贴的区块。我们可以查看交易价值存储的成本以进行比较：

电汇法定货币

对于美国银行而言，国内电汇的平均费用为 30-40 美元，国际电汇费用为 65-80 美元（包括汇入和汇出汇款费用）。

离岸（7 万亿美元的市场）

“开立离岸银行账户的启动费范围从……1935 美元到 3745 美元 [银行账户和实物文件]”——离岸银行业务简介

房地产（250 万亿美元的市场）

“在 2017 年 4 月和 2018 年 3 月之间，来自中国的买家购买了 40,400 套房屋，总计 304 亿美元。他们每次购买的中位数为 439,100 美元”——全国房地产经纪人协会

房屋的平均成交成本为价值的 2%，即 8,000 美元。我敢肯定，个人将来会很乐意花 50 美元购买一项无法轻易从他们手中夺走的不可变资产（不像房地产，在地缘政治争端中很容易被夺走）。

实物黄金交割（7.5 万亿美元市场）

唐纳德·麦金太尔要求德国央行提供有关他将 300 公吨纽约联储黄金（当时价值 120 亿美元）从纽约市转移到法兰克福的信息。它花了 3 年时间和 480 万美元。

较小尺寸的黄金交付可能需要保险、经过验证的运输或在取货/交付过程中的物理保护等。估计至少在 10-100 美元左右。

提高交易密度

Nick Carter 在麻省理工学院的演讲重点关注增加交易需求的两种方式：增加交易的经济或语义密度。语义密度是关于让其他区块链，例如 Veriblock，将他们的数据嵌入到比特币区块链中。经济密度是关于增加第 1 层的交易类型，具体如下：

隐私

“Schnorr 可以创建新的交易类型，打破区块链分析中广泛使用的启发式方法，使仅通过查看区块链几乎不可能查明特定实体，同时通过聚合签名改进每个区块。区块的交易密度。” - 卢卡斯·努齐

第 2 层（例如：闪电网络）

随着比特币的扩展（第 1 层上的 Schnorr，第 2 层上的闪电网络等），它将变得越来越高效，从而推动更高的链上使用率。杰文悖论直观地预测了这一点——随着汽车变得更加省油，每年行驶的里程数也会增加。第 2 层将支持大量廉价的小额交易，而第 1 层代表较大交易的更昂贵的结算层（集装箱船 vs 货柜 - Nick Carter）。闪电网络通过增加每个链上 txn 的效用（通过允许每个 txn 做许多 txn 的工作）来增加链上费用，从而使最终用户可以承受高昂的链上费用。

由于企业和 Lapps 是围绕闪电网络建立的，他们的大部分运营支出将是渠道管理。随着这些运营商重新平衡渠道并优化连接和容量，这将确保对一级结算的持续需求。在链上，区块空间非常宝贵，因此交易会根据注册转移占用的空间收费。链下，流动性非常宝贵，因此交易对通过渠道转移的金额收取费用（因为它需要重新平衡）。换句话说，链上和链下交易具有互补的不同收费模式。无论交易价值如何，链上的交易费用都是恒定的，而链下的交易费用则按转移价值的百分比定价。

我们已经看到证据表明，即使以高度实验性的形式，闪电网络也在增加第 1 层的使用。2019 年 2 月创建了一个区块 (bdc881e382314499b8070eaaf485e7），其中 25% 的区块是开放通道的闪电网络交易。这是可以检测到的，因为闪电网络使用 SegWit 可扩展性补丁，所有开放的闪电网络通道都是 SegWit 交易。*

“闪电网络中的节点散布关于网络中存在哪些（公共）渠道的八卦，包括对资金交易的引用，我们将对其进行检查以确保公告是真实的。这也被低估了，因为还有一些私人/未发布的频道。” - Snyke

反量子

“采用抗量子技术也将导致更大（和更昂贵）的交易。后量子加密算法需要更大的密钥大小，这反过来又增加了交易中非见证数据的大小。” ——卢卡斯·努齐

总体

我们有经验证据表明，在未来几十年，总费用收入将慢慢趋于等于整体补贴。基于这些数据，交易费用无法取代区块补贴的担忧最终被夸大了。

下图显示了交易费用占区块补贴的百分比。

正如 Alex Saunberg 指出的那样，只有比特币和以太坊有足够的交易费用来补偿矿工而不会出现通货膨胀。任何其他网络都不太可能竞争。

安全稳定

“随着区块变满，交易费用波动似乎呈现非线性。这可能导致哈希率出现相应的大幅波动。” ——尼克·萨博

稀缺的区块空间是一件好事，因为我们将看到大量积压的交易，这表明未来奖励矿工的意图，从而稳定系统。2017 年的堵塞证明该系统可以创建和维护积压的订单。

一个合理的担忧是纯交易费用保证模型中现金流的波动性。交易费用以市场为中心，这意味着它们会根据供需情况上下波动。基本假设是交易费用产生的现金流会不稳定，这会降低网络的安全性。Dan Mcardle 总结得很好：

“随着老牌公司的参与，挖矿变得高度商品化，矿工不太可能玩短期游戏，更愿意选择连续挖矿。更进一步，矿工可能会与其他服务（例如：OTC）进行垂直整合，从而成为一个额外的利润中心（这意味着他们不太担心可能会逐个进入游戏）”——Dan McArdle

矿工喜欢稳定的现金流，这就是他们想加入矿池的原因。他们没有试图通过打短期比赛来赢得盖帽，而是组队取胜。

在最坏的情况下，挖矿费用不稳定，实际上并没有破坏系统揭秘比特币和区块链(四)，它只是延长了结算时间，直到交易费用增长到足以让挖矿重新开始。实体增加交易费用以响应和反击时间偏好。

此外，补贴的实际价值在过去几年中变得非常不稳定，而尽管补贴价值缩水了 80%，但挖矿仍然保持强劲和稳定。这种“不稳定”并没有影响到网络，随着市场的不断成熟，采矿业将变得更有弹性，以应对更大的波动。

未来，矿工可能会提前拍卖未来区块中的空间，这可能会对他们的收入产生稳定影响（就像农民出售农作物期货一样）。基本前提是，如果比特币使用量增加，未来区块空间的自由市场将正确定价。

最后，如果这是一个市场无法自然解决的大问题揭秘比特币和区块链(四)，那么我们可以对协议进行一些小改动，以平滑手续费收入。但是，这会使基础协议更加复杂，我们还没有完全探索其背后的博弈论。例如：

“其他长期低补贴时代的想法包括通过在区块间隔内平均交易费用来平滑交易费用收入。” — 亚当·贝克

后补贴时代的安全建模

在补贴后的世界中，交易费用会是什么样子？我建立了一个模型，帮助我们思考它们在 2140 年可能会是什么样子（以今天的美元计算），并提供一些必要的假设，您可以在下面自己查看。在 2140 年最拥挤的状态下，一级交易的成本可能低至 8-82 美元，具体取决于比特币的市值。对于大多数消费者而言，第 1 层的交易很少见，电汇也是如此。

10万亿市值

假设

超比特币化

就像过去十年一样，比特币幸存下来并蓬勃发展，并继续以指数方式获得市场份额。我选择比特币的超比特币化价值的最大市值在 10 万亿美元（价值略高于黄金）和 100 万亿美元之间，这是多头的共识估计。为了正确看待这个价值：

全球总财富：750 万亿美元

房地产：225万亿美元

菲亚特：50 万亿美元 - 100 万亿美元

黄金：7.5 万亿美元

块大小

块大小受延迟、带宽和存储的限制。如果不从根本上改变数据包路由的工作方式，或者在延迟方面提高传输速度（延迟的另一个考虑因素是 Tor 的可用性），那么仅根据带宽或存储增加来选择增长率并不是正确的选择。让我们看一下一般较大块大小的问题。

当然，更大的区块大小可以减轻交易者的一些明显的费用压力（从而减少公众对不知情的批评者的审查，并降低交易者的“成本”）。然而，这改变了节点运营商的成本，同时以某种方式降低了分散性，而分散性正是比特币最初的价值所在。此外，这增加了矿池的集中化。允许何种程度的中心化是比特币社区正在进行的争论。

有补偿节点运营商的市场机制。例如：鼓励中继、交易数据、服务水平协议等。然而，目前，这主要是理论上的。

如果决定增加区块大小，其增长率应该会降低（类似于比特币的通货膨胀率）。否则，我们将不得不在以后同意一个限制较小的软分叉，这与我们期望的立场完全相反。一些研究表明，8MB 可能是没有有害影响的最大块大小。

最后，围绕减少块时间进行了一些讨论，这将提供进一步增加块大小的能力。

一级效率

借助 Schnorr 签名（即将推出），此次升级预计可将存储和带宽使用量减少至少 25%。我们可以假设在接下来的 120 年里会有一些额外的效率提升（Taprooft/Graftroof 在不久的将来）。

在下面的图表中，我们可以看到，在未来十年中，交易费用占市值的百分比将趋于略高于每天 0.001%。即使区块补贴继续下降，随着比特币获得更多采用，总挖矿收入（即安全性）呈指数增长。

TPS

假设当前的第 1 层最大为 20 TPS，带有隔离见证。TPS 取决于交易的字节大小，但我必须选择一个值来构建模型。

有缺陷的潜在解决方案

现阶段不建议增加 2100 万硬上限或“解锁”休眠币的提议，原因有以下三个：

缺乏证据表明减少整体补贴将是一个问题

· 由于其道德权衡，此要求存在分歧

如果问题至少在十年后不会出现，则会出现更可接受的解决方案

综上所述

我解释了什么是足够的安全级别、比特币的主要（和不可复制的）区块空间、交易要求、补贴用完时会发生什么以及安全稳定性。我们有经验证据表明，适当的安全预算融资将通过交易费用来平衡。权衡总是在通货膨胀（大宗补贴）和交易费用之间，而比特币能够最可靠地收取交易费用。如果十年内没有经济（交易）量，比特币无论如何都会失败。

大多数公认的批评家在他们的模型中用荒谬的假设预测失败和悲观。相反，赛博朋克用代码说话。

中本聪本质上是一位学者，他编写生产代码并在首先关注实际意义的环境中发布工作模型。

尽管环境非常恶劣，但他的实验性比特币已经运行了 10 年——所有数据表明我们有理由相信它会继续蓬勃发展。