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。
金色晨讯 | 10月30日隔夜重要动态一览:21:00-7:00关键词：币安、比特币交易费、EIF、USDT
1.比特币交易费升至28个月高点。
2.福布斯：美国联邦调查局和国税局或正在调查币安。
3.欧盟下属基金EIF在区块链和AI领域投资8亿美元。
4.Uniswap计划增加空投地址的治理提案引发争议。
5.CME比特币期货10月合约收涨2.5%。
6.美股三大股指收盘均上涨 区块链概念股涨多跌少。
7.近半年新铸USDT的97.9% 从Tether官方账户直接转入交易所。
8.比特币持续上涨，日内最低报13388.89美元，最高报13635美元。[2020/10/30]
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。
金色沙龙丨吕国宁：区块链和互联网协议的分工和协作模式是互相依存，取长补短:在本期金色沙龙上，Nervos联合创始人吕国宁发言指出：区块链协议相比于互联网协议，核心差别是区块链的协议带有 enforcement 特性，按照中文的说法，区块链带有强制执行的效力。这是互联网协议在设计的时候不曾考虑的一个角度。从历史角度看，互联网底层基础协议， TCP/IP 这个协议支撑了整个互联网信息和通讯，从底层物理层到上层应用层，都依附于这个协议本身。区块链协议则先要考虑协议本身的设计和取舍，然后才是实现，并且协议的上下文环境是去中心化，这导致协议必须带有强制效力才能维持运行。互联网协议解决的是信息流通问题，而区块链解决的事价值流通问题，解决问题的方法是不一样的，区块链和互联网协议的分工和协作的模式，最合适的方式是互相依存，取长补短。[2020/3/25]
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。
金色晨讯 | 3月6日隔夜重要动态一览:21:00-7:00关键词：世界经济论坛、bZx、V神、Tether
1. 云南省省长：推动区块链等信息技术与实体经济深度融合。
2. 世界经济论坛正在制定区块链行为准则。
3. 巴西教育部提议在区块链上颁发文凭。
4. 农业农村部副部长：疫情数据服务平台要强化区块链等的应用。
5. 因利率上升，bZx中锁定的ETH在两天内增加41.7%。
6. V神：无论有没有区块链，数字化都不可避免。
7. Tether授权增发6000万枚USDT。
8. BTC现报9063美元，近24小时上涨3.48%，市值为1653.87亿美元。[2020/3/6]
如果我们想突破吞吐量限制，必须想办法降低孤儿率。
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。
金色财经独家分析 成都想成为中国区块链技术中心:4月9日，成都市大数据协会正式成立，在同日举行的第一届会员代表大会上，新选举产生的第一届理事会通过了成都市大数据协会区块链专业委员会的成立申请。金色财经独家分析，之前成都市政协委员梁刚就提出，“区块链”是非常值得关注和大力发展的技术。他在市两会期间建议，把成都打造成为中国区块链技术中心。成都地处西南历来有天府之国的美誉，根据统计显示，2017年国内区块链新成立77个项目，地域分布：北京36%、上海20%、深圳15%、杭州8%、香港5%、成都3%。在西南地区中成都位列第一，从这一数据就可以看出成都对于区块链行业的重视程度。此次成都市大数据协会成立下属区块链专业委员会，将进一步促进成都区块链产业的发展。[2018/4/10]
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。
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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